L'organisme pluricellulaire : cours de Seconde en SVT

Un chat, un rosier, une amibe, toi : au premier regard, ces êtres vivants n'ont presque rien en commun. Pourtant, quand on les observe à une échelle très fine, on retrouve partout la même brique de construction : la cellule. Ce cours répond à une question simple en apparence. Comment un être vivant composé de nombreuses cellules, qui ne se ressemblent pas toutes, parvient-il à fonctionner comme un seul individu ?

Pour y répondre, nous allons suivre un fil logique. D'abord, nous distinguerons les organismes à une cellule et ceux qui en ont plusieurs. Ensuite, nous verrons comment un organisme pluricellulaire se fabrique à partir d'une cellule de départ. Puis nous comprendrons pourquoi ses cellules deviennent différentes (la spécialisation) et comment elles s'assemblent en tissus, en organes et en systèmes.

Une cellule est minuscule. Sa taille est de l'ordre de quelques dizaines de micromètres, sachant qu'un micromètre vaut un millième de millimètre ($1\ \mu m = 10^{-3}\ mm$). ⁴ Elle est donc bien trop petite pour que ton œil la distingue seule. C'est pour cette raison qu'on n'a pu observer les cellules qu'après l'invention du microscope, au XVIIe siècle. ⁴

Malgré la grande diversité des êtres vivants, les cellules partagent des caractères communs : des pièces très semblables, des molécules voisines pour porter l'information et pour convertir l'énergie, et des mécanismes comparables pour grandir, se diviser et régler leurs activités. ⁴ Cette ressemblance à l'échelle cellulaire s'explique par une très longue histoire évolutive commune. ⁴ C'est ce qui permet d'étudier, avec un même vocabulaire, une cellule d'animal, de plante ou de bactérie.

Les exemples classiques d'organismes unicellulaires sont les bactéries et des protozoaires comme l'amibe ou la paramécie. Les animaux et la plupart des plantes sont pluricellulaires. ⁴ Retiens que la frontière ne suit pas exactement la classification « animal / végétal / champignon » : certains champignons, comme les levures, et certaines algues, comme les diatomées, restent unicellulaires. ⁴ À l'inverse, d'autres champignons sont pluricellulaires : leur organisme prend la forme d'un filament qui s'allonge et se ramifie par son extrémité. ³

La différence essentielle porte sur la répartition du travail. Chez un organisme unicellulaire, une seule cellule assure toutes les fonctions de l'être vivant : elle se nourrit, se protège, se reproduit. ² Chez un organisme pluricellulaire, ces fonctions sont confiées à des organes, constitués de cellules spécialisées qui forment des tissus. ² Chaque cellule n'a donc plus à tout faire : elle se consacre à une tâche, et c'est l'ensemble qui assure la vie de l'individu.

Comment un organisme à plusieurs cellules se met-il en place ? La réponse tient en un mot : le développement. Toutes les cellules d'un pluricellulaire dérivent, en remontant dans le temps, d'une cellule unique. ³ Un organisme se forme en général à partir d'une seule cellule, par des divisions successives. ⁵

Distingue bien les deux idées, car elles ne font pas la même chose :

• la division augmente le nombre de cellules, sans que celles-ci soient forcément différentes ;
• la différenciation diversifie les cellules : au fil du développement, elles acquièrent des spécialisations associées à des fonctions particulières. ⁵

Si seule la division existait, on obtiendrait un amas de cellules semblables. Si seule la différenciation existait, on n'aurait qu'une cellule modifiée, donc pas de pluricellulaire. Il faut les deux.

Voici le point qui surprend souvent : les cellules d'un même organisme ne se ressemblent pas, et pourtant elles proviennent toutes de la même cellule de départ. Elles partagent donc le même patrimoine génétique. ⁵ Comment des cellules qui ont les mêmes plans de fabrication peuvent-elles devenir si différentes ?

La clé est la notion d'expression des gènes. L'information génétique est organisée en gènes, constitués d'ADN. Une cellule spécialisée n'exprime qu'une partie de ses gènes. ² Autrement dit, elle possède tous les gènes, mais elle n'en « utilise » qu'une sélection. Comme deux cuisiniers qui disposent du même livre de recettes mais ne préparent pas les mêmes plats, deux cellules peuvent avoir le même ADN et fabriquer des molécules différentes.

Cette expression sélective a des conséquences visibles dans la cellule. Les caractéristiques de structure et le métabolisme d'une cellule spécialisée dépendent de son équipement spécialisé, en particulier de ses organites. ² Les organites sont les pièces de la cellule qui remplissent chacune une fonction précise, un peu comme les organes d'un être complexe, et chacun possède une structure caractéristique qu'on reconnaît au microscope électronique. ⁴

Des cellules spécialisées isolées ne feraient pas un organisme. Ce qui compte, c'est leur organisation hiérarchique : chaque niveau regroupe les éléments du niveau précédent.

Un organisme pluricellulaire n'est pas la simple addition de ses cellules : c'est un ensemble qui fonctionne de façon stable parce que ses cellules coopèrent. Elles baignent dans un environnement intérieur qu'elles délimitent, assurent des fonctions spécialisées et agissent de manière concertée. ⁵ Les cellules sont interdépendantes : l'une ne peut guère vivre seule sans les autres, ce qui est la contrepartie de la spécialisation. ³

Chaque espèce possède aussi une façon propre de s'organiser : c'est son plan d'organisation. Il indique où se placent les organes et les tissus, et si l'individu porte des membres ou d'autres appendices. Ce plan est inscrit dans les gènes, et des espèces voisines dans l'évolution en ont souvent un semblable. ⁵ Voilà pourquoi des individus de la même espèce ont globalement la même architecture.

Enfin, une question d'évolution : la pluricellularité est-elle apparue une fois ou plusieurs ? Selon les sources de la biologie, il est quasi certain qu'elle est apparue de façon indépendante dans plusieurs lignées évolutives séparées depuis longtemps, notamment chez les eucaryotes (animaux, champignons, végétaux verts, algues brunes et rouges). ³ Il n'y a donc pas un seul ancêtre pluricellulaire commun à tous : l'organisation en cellules coopérantes a été « inventée » plusieurs fois.