CELLULELes mouvements

Le mouvement est, avec la capacité de reproduction, l'une des propriétés qui définissent le vivant. Au niveau cellulaire, certains mouvements peuvent être observés à l'aide du microscope optique conventionnel, tandis que d'autres se produisent à une échelle de dimension quasi moléculaire et requièrent des microscopes plus perfectionnés. En effet, les structures spécialisées dans la production de mouvement, comme la myofibrille du muscle ou le flagelle du spermatozoïde, sont de véritables automates moléculaires dont les dimensions ne sont que légèrement supérieures à celles des macromolécules qui les constituent.

Les bases mécano-chimiques des mouvements cellulaires reposent toutes sur l'utilisation d'un nucléotide, adénosine triphosphate (ATP) ou guanosine triphosphate (GTP), dont l'hydrolyse contrôlée fournit l'énergie nécessaire au mouvement. La liaison entre deux phosphates attachés à ces molécules représente donc la source universelle d'énergie dans le vivant.

Dans le présent article, nous nous limiterons à l'étude des événements accessibles à l'observation directe. Après avoir caractérisé l'ordre de grandeur des mouvements à l'échelle du vivant, on examinera les principaux modes de locomotion au niveau cellulaire, c'est-à-dire la nage et la reptation. Cela nous amènera à nous interroger sur les problèmes comportementaux que cette locomotion révèle : les réponses aux signaux ont-elles un intérêt adaptatif qui puisse compenser leur coût énergétique par rapport à un déplacement au hasard ?

Ce qui peut paraître un avantage dans une perspective évolutive reste à évaluer. Dans ce débat, les anomalies des mécanismes du mouvement cellulaire fournissent d'utiles enseignements.

Rapidité du phénomène

La gamme de vitesse des mouvements observés dans le vivant est très large. Les cellules qui nagent en milieu liquide se déplacent à des vitesses comprises entre 0,1 et 1 millimètre par seconde. Les cellules qui migrent sur une surface sont beaucoup plus lentes, se déplaçant de 0,01 micromètre par seconde pour un fibroblaste, à 0,1 micromètre par seconde pour le leucocyte neutrophile du sang. Des amibes sont capables de se déplacer beaucoup plus rapidement, dépassant 10 micromètres par seconde.

Les structures subcellulaires spécialisées dans la motilité peuvent produire des mouvements beaucoup plus rapides. La propagation de l'onde de battement d'un cil ou d'un flagelle chez les eucaryotes est de l'ordre du millimètre par seconde, alors qu'un muscle ou certaines structures contractiles primitives peuvent se contracter à des vitesses de l'ordre de 10 à 100 millimètres par seconde. C'est avec de telles performances au niveau des structures élémentaires qu'un champion de course de vitesse peut se déplacer à une vitesse de l'ordre de 10 mètres par seconde, grâce à la coordination de ses muscles assurée par le système nerveux ; c'est également le cas des animaux sélectionnés au cours de l'évolution sur leur aptitude à la course, comme le guépard pour capturer ses proies, ou le cheval pour fuir ses prédateurs. Ce principe de coordination des actions qui permet d'augmenter les performances lorsqu'on assemble des structures élémentaires est valable à toutes les échelles, des molécules aux organismes (fig. 1. Taille des structures en mouvement).

Taille des structures en mouvement et vitesses de déplacement correspondantes

Échelle de taille des structures en mouvement et échelle des vitesses de déplacement correspondantes. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les mouvements intracellulaires se produisent également sur une échelle importante de vitesse. Le transport axonal lent des neurones a une vitesse de l'ordre de 0,01 micromètre par seconde, et le transport rapide de l'ordre de 1 micromètre par seconde. Le mouvement des chromosomes durant l'anaphase a une vitesse intermédiaire. Certains mouvements intracellulaires peuvent être beaucoup plus rapides, dans des cellules spécialisées comme les mélanophores ou les érythrophores, grâce auxquels certains animaux, comme les poissons, peuvent rapidement changer de couleur pour se confondre avec l'environnement : le mouvement des corpuscules chargés de pigments peut y dépasser 10 micromètres par seconde. Il en va de même pour les courants cytoplasmiques de certaines cellules géantes d'algues, pouvant atteindre une taille de quelques millimètres à plusieurs centimètres. Les courants cytoplasmiques internes de l'amibe Physarum sous sa forme plasmode sont plus rapides en [...]

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Taille des structures en mouvement et vitesses de déplacement correspondantes
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Chimiotaxie
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