La génétique moderne a été lancée par la pratique de l’agriculture : le moine morave Gregor Mendel a découvert des gènes en croisant des pois avec un pinceau dans le jardin de son monastère à Brno. Le généticien russe Nikolai Vavilov s’est inspiré de la sélection des cultures. Même le naturaliste anglais Charles Darwin avait noté les changements extrêmes dans les formes animales créés par l’élevage sélectif. La biologie cellulaire, elle aussi, a été stimulée par une technologie modeste et pratique. La science savante est née d’un bricolage peu savant.
Dans le cas de la biologie cellulaire, c’était tout simplement l’art de voir : le monde mesuré, observé et disséqué par l’œil. Au début du XVIIe siècle, une équipe d’opticiens néerlandais père et fils, Hans et Zacharias Janssen, a placé deux lentilles grossissantes en haut et en bas d’un tube et a découvert qu’elles pouvaient grossir un monde invisible. Les microscopes à deux lentilles seraient éventuellement appelés « microscopes composés », tandis que ceux à lentille unique étaient appelés « simples » ; tous deux s’appuyaient sur des siècles d’innovation dans le soufflage du verre qui avait fait son chemin des mondes arabe et grec jusqu’aux ateliers de verriers italiens et hollandais.
Au IIe siècle av. J.-C., l’écrivain Aristophane décrit les « globes ardents » : sphères de verre vendues comme boules sur le marché pour concentrer et diriger les faisceaux de lumière ; si vous regardiez attentivement à travers un globe brûlant, vous pourriez voir ce même univers miniature magnifié. Étirez ce globe brûlant dans une lentille de la taille d’un œil et vous obtenez le spectacle, soi-disant inventé par un verrier italien, Amati, au XIIe siècle. Montez-le sur une poignée, et vous avez une loupe.
Les scientifiques trouveraient bientôt leur chemin dans un monde miniature invisible – un cosmos entier jusque-là inconnu des humains – l’envers du cosmos macroscopique observable à travers un télescope.
L’innovation cruciale introduite par les Janssens était de fusionner l’art du soufflage du verre à l’ingénierie du déplacement des morceaux de verre sur une plaque montée. En assemblant un ou deux morceaux de verre en forme de lentille parfaitement lucides sur des plaques ou des tubes métalliques, avec des systèmes de vis et de rouages pour les faire glisser, les scientifiques trouveraient bientôt leur chemin dans un monde miniature invisible – tout un cosmos jusque-là inconnu des humains – l’avers du cosmos macroscopique observable à travers un télescope.
Un commerçant néerlandais avait secrètement appris par lui-même à visualiser ce monde invisible. Dans les années 1670, Antonie van Leeuwenhoek, un marchand de tissus à Delft, avait besoin d’un instrument pour examiner la qualité et l’intégrité du fil. Les Pays-Bas du XVIIe siècle étaient un réseau en plein essor de marchandisage de tissus – les soies, les velours, la laine, le lin et le coton arrivaient en andains et en paquets des ports et des colonies, et étaient échangés via les Pays-Bas dans toute l’Europe continentale. S’appuyant sur le travail des Janssens, Leeuwenhoek s’est construit un microscope simple, avec une seule lentille fixée sur une plaque de laiton, et une petite platine pour monter les spécimens. Au début, il l’utilisait pour évaluer la qualité du tissu. Mais son intérêt pour son instrument artisanal est vite devenu compulsif : il a focalisé son objectif sur tous les objets qu’il pouvait trouver.
Le 26 mai 1675, la ville de Delft est inondée par une tempête. Leeuwenhoek, alors âgé de quarante-deux ans, a recueilli une partie de l’eau des égouts de son toit, l’a laissée reposer pendant une journée, puis a placé une gouttelette sous l’un de ses microscopes et l’a exposée à la lumière. Il fut instantanément ravi. Personne de sa connaissance n’avait rien vu de tel. L’eau regorgeait de dizaines de sortes d’organismes minuscules – des « animalcules », les appelait-il. Les télescopistes avaient vu des mondes macroscopiques – la lune teintée de bleu, Vénus gazeuse, Saturne annelé, Mars moucheté de rouge – mais personne n’avait signalé un cosmos merveilleux d’un monde vivant dans une goutte de pluie. “Ce fut pour moi parmi toutes les merveilles que j’ai découvertes dans la nature la plus merveilleuse d’entre elles”, écrivait-il en 1676. de l’eau.”
Il voulait regarder plus, construire des instruments plus fins pour visualiser ce nouvel univers captivant des êtres vivants. Et ainsi Leeuwenhoek a acheté les perles et les globules de verre vénitien de la plus haute qualité, puis les a broyés et polis laborieusement en formes parfaitement lenticulaires (certaines de ses lentilles, nous le savons maintenant, ont été fabriquées en étirant une tige de verre dans une fine aiguille sur un live flamme, cassant l’extrémité, puis laissant l’aiguille “buller” dans un globule en forme de lentille). Il a monté ces lentilles sur de fines plaques de métal, fabriquées en laiton, en argent ou en or, chacune avec un système de plus en plus complexe d’armatures et de vis miniatures pour déplacer des parties de l’instrument de haut en bas et atteindre une mise au point parfaite. Il a fabriqué près de cinq cents lunettes de ce type, chacune étant une merveille de bricolage méticuleux.
De telles créatures étaient-elles également présentes dans d’autres échantillons d’eau ? Leeuwenhoek a supplié un homme qui se rendait au bord de la mer de lui rapporter un échantillon d’eau de mer dans une “bouteille en verre propre”. Et encore une fois, il a trouvé de minuscules organismes unicellulaires – “le corps d’une couleur de souris, clair vers la pointe ovale” – nageant dans l’eau. Finalement, en 1676, il enregistra ses découvertes et les envoya à la société scientifique la plus auguste de son temps.
« En 1675, écrivit-il à la Royal Society de Londres, j’ai découvert des créatures vivantes dans l’eau de pluie, qui n’avaient résisté que quelques jours dans un nouveau pot de terre. Lorsque ces animalcules ou atomes vivants se sont déplacés, ils ont mis en avant deux cornes, se déplaçant continuellement. Le reste du corps était arrondi, un peu aiguisé vers la fin, où ils avaient une queue, près de quatre fois la longueur du corps.
C’était comme s’il avait été avalé par son propre microscope, de taille raccourcie. Bientôt il fut presque invisible, diminué, oublié.
Rien. Des formes floues, comme les ombres d’un monde fantomatique, se déplaçaient dans mon champ de vision. Un flou. Déçu, j’ai ajusté doucement le bouton de mise au point, comme l’aurait fait Leeuwenhoek. L’anticipation me faisait sentir viscéralement chaque tour de vis, comme si le bouton tournait, en fait, le long de ma colonne vertébrale. Et soudain j’ai pu voir. La goutte apparut brusquement, puis tout un monde à l’intérieur. Une forme amiboïde traversa l’objectif. Il y avait des branches d’un organisme que je ne pouvais pas nommer. Puis un organisme en spirale. Une tache ronde et mouvante, entourée d’un halo des filaments les plus beaux, les plus tendres que j’aie jamais vus. Je ne pouvais pas m’empêcher de voir. Cellules.
En 1677, Leeuwenhoek observe des spermatozoïdes humains, « un animalcule génital », dans son sperme ainsi que dans un échantillon d’un homme atteint de gonorrhée. Il les a trouvés « se déplaçant comme un serpent ou une anguille nageant dans l’eau ». Pourtant, malgré son ardeur et sa productivité, le marchand de tissus était notoirement réticent à laisser des observateurs ou des scientifiques examiner ses instruments. La suspicion était réciproque, car les scientifiques étaient souvent tout aussi dédaigneux à son égard.
Henry Oldenburg, le secrétaire de la Royal Society, a imploré Leeuwenhoek de «nous familiariser avec sa méthode d’observation, afin que d’autres puissent confirmer de telles observations», et de fournir des dessins et des données de confirmation, car sur les quelque deux cents lettres envoyées par Leeuwenhoek à la société, seulement environ la moitié ont fourni des preuves ou utilisé des méthodes scientifiques jugées aptes à la publication. Mais Leeuwenhoek ne fournirait que de vagues détails sur ses instruments ou ses méthodes. Comme l’a écrit l’historien des sciences Steven Shapin, Leeuwenhoek n’était « ni un philosophe, ni un médecin, ni un gentleman. Il n’avait fréquenté aucune université, ne connaissait ni latin, ni français, ni anglais. Ses affirmations [sur les organismes microscopiques existant en abondance dans l’eau] ont mis à rude épreuve les schémas de plausibilité existants, et son identité n’a été d’aucune utilité pour assurer la crédibilité de ces affirmations.
Il semblait parfois se délecter de l’identité de l’amateur réticent et réservé – un marchand de draps cajolant un ami pour qu’il lui apporte de l’eau de mer dans une bouteille en verre. La seule façon de croire ce drapier devenu microscopiste qui bouleversait aussi la vision de la biologie, proposant un nouvel univers d’organismes microscopiques, était de se fier au témoignage d’un groupe hétéroclite de huit habitants de Delft qu’il avait réuni. Ils juraient que les « animaux nageurs » pouvaient, en effet, être observés à travers ses instruments. C’était de la science par affidavit, et la réputation de Leeuwenhoek en a souffert. Méfiant et agacé, il s’enfonça plus profondément dans un monde miniature qui ne semblait visible qu’à lui seul. “Mon travail, que j’ai fait depuis longtemps”, écrit-il avec indignation en 1716, “n’a pas été poursuivi pour gagner les éloges dont je jouis maintenant, mais principalement par un besoin de savoir, dont je remarque qu’il réside en moi plus que la plupart des autres hommes.
C’était comme s’il avait été avalé par son propre microscope, de taille raccourcie. Bientôt il fut presque invisible, diminué, oublié.
Contrairement à la plupart des gentlemen scientifiques de son époque – des hommes issus de familles riches qui pouvaient se permettre de ruminer sur les sciences naturelles sans ruiner le prochain chèque de paie – Hooke venait d’une famille anglaise indigente. Étudiant boursier à Oxford, il avait survécu en faisant son apprentissage auprès de l’éminent physicien Robert Boyle. En 1662, même en tant que subordonné de Boyle, il s’était imposé comme un penseur puissamment indépendant et avait trouvé un emploi en tant que «conservateur des expériences» à la Royal Society.
L’intelligence de Hooke était phosphorescente et élastique, comme un élastique qui brille en s’étirant. Il entrerait dans des disciplines, puis les élargirait et les éclairerait comme par une lumière intérieure. Il a beaucoup écrit sur la mécanique, l’optique et les sciences des matériaux. Au lendemain du grand incendie de Londres, qui a fait rage pendant cinq jours en septembre 1666, détruisant les quatre cinquièmes de la ville, Hooke a aidé le célèbre architecte Christopher Wren à étudier et à reconstruire des bâtiments. Il a construit un nouveau télescope puissant à travers lequel il pouvait visualiser la surface de Mars, et il a étudié et classé les fossiles.
Nichée parmi ces images de parasites et de ravageurs se trouvait une image d’apparence relativement prosaïque qui ébranlerait tranquillement les racines de la biologie.
Au début des années 1660, Hooke a commencé une série d’études avec des microscopes. Contrairement aux inventions d’Antonie van Leeuwenhoek, il s’agissait de microscopes composés. Deux lentilles de verre finement broyées ont été placées aux deux extrémités d’un tube mobile, qui a ensuite été rempli d’eau pour améliorer la clarté. Comme il l’a écrit : « Si… un objet, placé très près, est regardé à travers lui, il agrandira et rendra certains objets plus distincts que n’importe lequel des grands microscopes. Mais parce que ceux-ci, bien que [excessivement] faciles à faire, sont pourtant très gênants pour nous, à cause de leur petitesse et de la proximité de l’Objet ; c’est pourquoi, pour éviter les deux, et pourtant n’avoir que deux réfractions, je me suis muni d’un tube d’airain.
En janvier 1665, Hooke publia un livre détaillant ses expériences et observations en microscopie, intitulé Micrographia: Or Some Physiological Descriptions of Minute Bodies Made with Magnifying Glass with Magnifying Glass with Observations and Inquiries On Thereups. C’était le tube dormant de l’année – “le livre le plus ingénieux que j’ai lu de toute ma vie”, a écrit le chroniqueur Samuel Pepys. Les dessins de corps minuscules, jamais vus auparavant à un tel grossissement, glaçaient et fascinaient ses lecteurs.
Parmi les dizaines d’illustrations méticuleuses, il y avait une énorme interprétation d’une puce; une image gargantuesque d’un pou, sa bouche grotesque et parasite agrandie à un huitième de page ; et l’œil composé d’une mouche domestique, avec ses centaines de lentilles, ressemblant à un lustre miniature aux multiples facettes. “Les yeux d’une mouche… apparaissent presque comme un treillis”, a-t-il écrit. Hooke a fait boire une fourmi au cognac afin qu’il puisse esquisser une image détaillée de ses bois. Mais cachée parmi ces images de parasites et de ravageurs se trouvait une image d’apparence relativement prosaïque qui ébranlerait tranquillement les racines de la biologie. C’était une coupe transversale d’une tige de plante – une fine tranche de liège – que Hooke avait placée sous son télescope.
Hooke a découvert que le liège n’était pas simplement un bloc de matériau plat et monotone. “J’ai pris un bon morceau de liège clair”, expliqua-t-il dans Micrographia, “et avec un canif aiguisé aussi aiguisé qu’un rasoir, j’en ai coupé un morceau, et ainsi laissé la surface extrêmement lisse, puis j’ai examiné très diligemment avec un microscope, j’ai pensé que je pouvais le percevoir comme un peu poreux. Ces pores ou cellules n’étaient pas très profonds mais consistaient en “un grand nombre de petites boîtes”. En bref, ce morceau de liège a été créé à partir d’un assemblage régulier de structures polygonales avec des “unités” discrètes et répétitives qui ont été rassemblées pour former l’ensemble. Ils ressemblaient aux nids d’abeilles d’une ruche ou aux quartiers d’habitation d’un moine.
Il a cherché un nom pour eux et a finalement opté pour des cellules, de cella, un mot latin signifiant « petite pièce ». (Hooke n’avait pas vraiment vu de « cellules », mais plutôt les contours des murs que les cellules végétales construisent autour d’elles ; peut-être, nichée à l’intérieur d’elles, se trouvait une véritable cellule vivante, mais il n’y a aucune illustration qui prouve ce point.) « Un grand nombre de petites boîtes, » comme Hooke les imaginait. Sans le vouloir, il avait inauguré une nouvelle conception du vivant, et de l’homme.
Hooke a cherché de plus en plus loin de petites unités de vie indépendantes invisibles à l’œil nu. Lors d’une assemblée de la Royal Society en novembre 1677, il décrivit ses observations microscopiques sur l’eau de pluie. La société a enregistré ses observations:
La première expérience qui y était exposée était l’eau poivrée, qui avait été faite avec de l’eau de pluie… mise entière dedans environ neuf ou dix jours auparavant. Dans celui-ci, M. Hooke avait découvert toute la semaine un grand nombre d’animaux extrêmement petits nageant çà et là. Ils apparaissaient de la taille d’un acarien à travers un verre grossi environ cent mille fois en volume ; et par conséquent on jugea qu’elles étaient cent mille fois moins qu’un mite. Leur forme ressemblait à une très petite bulle transparente de forme ovale ou ovoïde ; et la plus grande extrémité de cette bulle ressemblant à un œuf s’est déplacée vers l’avant. On a observé qu’ils avaient toutes sortes de mouvements de va-et-vient dans l’eau; et par tous ceux qui les voyaient, on croyait vraiment qu’ils étaient des animaux ; et qu’il ne pouvait y avoir aucune erreur dans l’apparence.
Dans la décennie qui a suivi, Antonie van Leeuwenhoek, ayant pris connaissance des travaux antérieurs de Hooke, a communiqué avec lui, se rendant compte que les animalcules qu’il avait vus tomber sous ses lunettes pourraient être analogues à la collection d’unités vivantes – les cellules – dont Hooke avait été témoin dans liège, ou les organismes culbutant dans de l’eau poivrée. Mais il y a un ton abject et déçu dans ces lettres, comme celle-ci de novembre 1680 : « Comme il m’est souvent arrivé aux oreilles que je ne raconte que des histoires fictives sur les petits animaux… » Mais dans une note prémonitoire, rédigée en 1712, il poursuivit : « Non, nous pouvons encore aller plus loin et découvrir dans la plus petite particule de ce petit monde un nouveau fonds inépuisé de matière, capable d’être projeté dans un autre univers.
L’intérêt de Hooke pour la microscopie a finalement diminué. Son intellect itinérant avait besoin d’errer largement, et il retourna à l’optique, à la mécanique et à la physique. En effet, l’intérêt de Hooke pour pratiquement tout a peut-être été son échec critique. La devise de la Royal Society, Nullius in verba, traduite librement par « Ne prenez personne sur parole pour preuve », était son mantra personnel. Il passa d’une discipline scientifique à l’autre, offrant des idées puissantes, ne croyant personne, revendiquant la domination sur des parties critiques d’une science, mais n’affirmant jamais une autorité complète sur un sujet en particulier. Il s’était construit sur le modèle du philosophe-scientifique aristotélicien – un enquêteur sur toutes les questions du monde, un juge de toutes les preuves – plutôt que sur la vision contemporaine du scientifique comme l’autorité sur un seul sujet, et sa réputation en souffrit comme un résultat.
C’était une affirmation absurde. En effet, Hooke et plusieurs autres physiciens avaient suggéré que les corps planétaires étaient attirés par le soleil par des «forces» invisibles, mais aucune des analyses précédentes n’avait la rigueur mathématique ou la profondeur scientifique que Newton apportait au puzzle de Principia. L’argument de Hooke et de Newton s’est envenimé pendant des décennies, bien que Newton ait sans doute eu le dernier rire. Dans une histoire souvent répétée, probablement apocryphe, le seul portrait de Hooke a disparu lorsque Newton a supervisé le déplacement de la Royal Society vers ses nouveaux quartiers à Crane Court en 1710, sept ans après la mort de Robert Hooke – puis a négligé de commander une version posthume . Le pionnier de l’optique, l’homme qui a fait apparaître des univers entiers, nous est invisible. Aucune ressemblance ou portrait définitif de Hooke n’existe aujourd’hui.
