La diffusion et l’endosmose

Les substances dissoutes qui se trouvent en un point quelconque du protoplasme ou du suc cellulaire d’une cellule peuvent se répandre dans la masse générale du protoplasme ou du suc cellulaire. La diffusion joue un rôle important dans ce phénomène , mais la rapidité de la diffusion n’est pas toujours aussi considérable qu’on se plaît généralement à le croire; il sera très intéressant de s’en assurer. Sur une table à l’abri des oscillations, on place un long vase cylindrique en verre rempli d’eau. On jette un morceau de bichromate de potassium dans l’eau et on ferme l’ouverture du vase au moyen d’une lame en verre. Le bichromate de potassium se dissout; mais, après quelques jours, les couches supérieures du liquide ne présentent qu’une très légère coloration jaune, alors que les couches inférieures ont la couleur caractéristique de la solution concentrée du sel employé. Dans cette expérience, on n’a cependant point évité toutes les circonstances pouvant faire naître des courants dans le liquide. Il en résulte que la propagation de substances dissoutes par diffusion ne se produit pas avec une rapidité particulière.

(1) Bibliographie : Sachs, Handbuch d. Experimentalphysiologie d. Pflanzen , 1 865, p. 431 ; Detmer, Vergl. Physiologie d. Keimung sprocesses d. Samen , 1880, p. 78 et 290 ; Reinke, in Botan. Abhandlungen de Hanstein, vol. 4, cahier 1.

Si, en tenant compte de cette observation, on cherche à connaître les causes qui déterminent l’accélération de la diffusion des substances dissoutes dans le protoplasme et le suc cellulaire, on verra qu’il faut placer en première ligne les courants protoplasmiques et les mouvements que subissent les organes végétaux exposés à l’action du vent.

Il se pourrait que la diffusion des corps dissous jouât dans le transport des aliments dans la plante un rôle beaucoup plus grand que celui qu’on lui attribue aujourd’hui. Et, comme cela se conçoit aisément, la preuve en serait fournie, si on pouvait établir par de nouvelles recherches que la propagation des combinaisons protoplasmiques entre cellules voisines, déjà constatée d’une façon certaine dans quelques plantes, se fait très généralement. Mais, dans tous les cas, de nombreuses expériences sur les plantes nous montrent que les phénomènes osmotiques présentent un intérêt prépondérant, et, pour ce motif, ils méritent toute notre attention.

Un cylindre en verre d’environ 8 cm. de longueur et 3 cm. de largeur est fermé à une de ses extrémités par un morceau de vessie de porc. On peut obtenir une fermeture tout à fait complète du cylindre, en plaçant la membrane lorsqu’elle est humide sur une des extrémités du tube et en l’y fixant au moyen d’une ficelle ou, mieux, à l’aide d’un anneau en caoutchouc. Le cylindre en verre sera ensuite complètement rempli d’une solution de sucre à peu près concentrée, et son extrémité supérieure, fermée au moyen d’un bouchon en caoutchouc percé d’une ouverture dans laquelle on a introduit un long tube en verre. Si on note la hauteur de là solution sucrée dans le tube et qu’on plonge la partie inférieure de l’appareil dans l’eau distillée , on observera bientôt que le liquide monte dans le tube. L’eau traverse la vessie de porc par osmose, et, bien qu’une certaine quantité de la solution sucrée aille se mélanger à l’eau, la quantité de liquide qui pénètre dans l’appareil est plus grande que celle qui en sort. 11 en résulte une augmentation de volume pour le liquide qui se trouve dans l’appareil. Si on plongeait la partie inférieure de cet appareil pendant un temps déterminé (1-2 heures) dans l’eau à la température ordinaire, puis dans l’eau chaude (à 30° C. par exemple), il serait aisé de constater, en mesurant l’ascension du liquide dans le tube, que l’osmose s’effectue plus rapidement sous une haute température que sous une basse. 11 ne serait pas difficile d’obtenir un ralentissement de l’osmose. Il suffirait de placer la partie inférieure de l’appareil non plus dans l’eau distillée, mais dans une solution à 20 °/0 de sel marin (1).

Pour se rendre exactement compte d’un grand nombre de phénomènes physiologiques, surtout de ceux qui sont sous la dépendance de la turgescence, il importe beaucoup de s’assurer que l’osmose peut exercer

(1) Voy. Detmer, Beiträge zur Theorie des Wurzeldrucks , in Sammlung 'physiologischer Abhandlungen de Preyer, vol. I, cahier 8, p. 29, léna, 1877.

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des pressions considérables. On construira l’appareil que représente la fig. 41. Le cylindre de verre G, possédant 10 cm. de longueur et 2 cm. de largeur, est fermé à sa partie inférieure, plongée dans l’eau, au moyen d’un morceau de vessie de porc. Dans l’orifice pratiqué dans le bouchon en caoutchouc qui ferme l’extrémité supérieure du cylindre, on introduit un tube en forme de t (T) dont la partie verticale a est mise en communication avec un petit tube en verre b , étiré en pointe.

La partie horizontale du tube en t est mise en communication avec un manomètre M par un tube en caoutchouc à parois épaisses, autour duquel on enroule déplus un fil de fer. Dans ce manomètre, se trouve du mercure. La portion restante de l’appareil est complètement remplie d’une solution à peu près concentrée de sucre, et, finalement, on ferme à la lampe l’extrémité pointue du petit tube b.

La solution de sucre attire par osmose des quantités d’eau considérables. Il en résulte une pression dans l’appareil, qui fait monter le mercure dans le manomètre. J’ai trouvé, par exemple, dans une expérience, qu’après trois jours, le mercure était de 47 cm. plus élevé dans une branche que dans l’autre. La pression dans l’appareil dépassait, par conséquent, de beaucoup une demi-atmosphère.

55. Les propriétés diosmotiques de la membrane cellulaire et du protoplasme.

Les poils staminaux de Tradescantia constituent des matériaux remarquables pour l’étude des propriétés diosmotiques de la membrane cellulaire et du protoplasme. Ces poils se détachent facilement du filet à l’aide d’une fine pince. On remarque, à l’examen microscopique, qu’ils sont constitués par une rangée de cellules. La membrane cellulaire, le protoplasme, le noyau et, enfin, le suc cellulaire, d’un beau violet, sont faciles à observer dans chaque cellule (voy. fig. 31).

Fig. 41. — Appareil pour montrer les pressions produites par les phénomènes osmotiques.

DEUXIÈME DIVISION

Nous faisons passer, du bord de la lamelle aux poils de Tradescantia , de la glycérine ou des solutions plus ou moins concentrées de sucre ou de sel marin. Ces liquides attirent l’eau du suc cellulaire, de sorte que le protoplasme se contracte et qu’il se produit des cavités entre la membrane et la surface extérieure du corps protoplasmique. Les cellules étaient turgescentes, elles sont maintenant plasmolysées. Cette expérience nous permettra ensuite de constater ce fait important : que l’hyaloplasme du protoplasme vivant doit être imperméable à la substance colorante dissoute dans le suc cellulaire des poils de Tradescantia , car elle n’est point sortie du protoplasme après la plasmolyse.

Un phénomène tout différent s’observe quand nous faisons agir sur les poils staminaux de Tradescantia de l’alcool absolu qui les tue; le suc cellulaire violet abandonne alors le plasma : l’hyaloplasme étant de • venu perméable à la matière colorante. Cet hyaloplasme et surtout le noyau se colorent d’une manière intense, et un liquide coloré peut même s’échapper des cellules. 11 sera ensuite très instructif de faire agir des liquides contenant des matières colorantes et provoquant la plasmolyse sur des cellules à suc cellulaire incolore, comme, par exemple, les cellules épidermiques des feuilles de Tradescantia.

Je faisais ces expériences de la façon suivante. Des fragments d’épiderme de feuilles de Tradescantia étaient plasmolysés, au moyen d’une solution de sel marin, de la manière donnée, puis déposés dans le jus, de coloration assez foncée, de cerises écrasées. La matière colorante traverse la membrane cellulaire, pénètre dans les cavités situées entre cette membrane et le plasma, mais ne parvient pas à imprégner le plasma lui-même. Si on soumet d’abord les cellules épidermiques de Tradescantia à la plasmolyse, et si on tue ensuite ces cellules par immersion dans l’eau chaude de fragments d’épiderme que l’on dépose ensuite dans le jus de cerises, le plasma et le noyau cellulaire se coloreront d’une façon assez intense : le protoplasme tué étant devenu perméable à diverses substances qui ne peuvent le pénétrer lorsqu’il est vivant.

Pour démontrer que le protoplasme à l’état normal est imperméable au sucre et qu’il est perméable à cette substance lorsqu’il est mort, on porte des morceaux de betterave, soigneusement essuyés, dans l’eau distillée, à la température ordinaire. Ces morceaux de betterave y sont portés, d’une part, directement; d’autre part, après leur mort par immersion dans l’eau chaude. Au bout de quelques heures, on prélève une petite quantité de chacun de ces liquides, on l’additionne de quelques gouttes d’acide chlorhydrique dilué et on la fait bouillir pendant un temps assez court. Le liquide qui a reçu les morceaux de betteraves tués, laisse facilement apercevoir la présence de sucre au moyen de la solution de Fehling; l’autre ne contient pas de sucre.

Démontrons que, fréquemment aussi, l’hyaloplasme, à l’état normal, est imperméable aux substances minérales. Pour cela, nous prépare-

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rons des solutions à 2-4 % de chlorure de sodium ou de nitrate de potassium, dans lesquelles nous porterons des poils staminaux de Tradescanlia ou des bandes d’épiderme prises sur la nervure médiane de la face inférieure de la feuille de Tradescantia discolor. (Cette plante, à cultiver en serre, peut donner en n’importe quelle saison ces matériaux d’étude). Leurs cellules possèdent un suc cellulaire coloré. Les solutions pénètrent dans les cellules par les membranes cellulaires. La plasmolyse, qui s’effectue au bout d’une heure ou deux, persiste pendant plusieurs heures encore, lorsqu’on laisse les matériaux d’étude dans ces solutions salines. Ce dernier détail a une grande importance pour nous, car si le plasma, dans les conditions indiquées, était perméable au sel marin et au salpêtre, il se dilaterait peu à peu de nouveau dans les cellules par suite de l’augmentation du pouvoir osmotique du suc cellulaire des corps protoplasmiques (1).

Les propriétés osmotiques de Phyaloplasme vivant sont très différentes de celles de la membrane cellulaire, comme nous le savons. Le premier, en général, n’est pas perméable aux substances colorantes, sucre, etc., tandis que la membrane cellulaire remplit vis-à-vis de ces corps le rôle d’un parchemin végétal. Il sera, par conséquent, intéressant de faire quelques expériences pouvant nous renseigner sur la perméabilité osmotique de la membrane. On peut employer, comme dialyseur, un large tube en verre fermé à sa partie inférieure par du papier parcheminé. Dans mes expériences, je donne à l’appareil une disposition quelque peu différente pour en faciliter le maniement. Un tube en verre, à parois épaisses, de 80 mm. de longueur et 40 mm. de diamètre, porte à sa partie inférieure un anneau en laiton qui est pourvu extérieurement d’un pas de vis. Une des faces de la membrane est appliquée sur le bord inférieur de l’anneau, tandis que l’autre se trouve en contact avec la face tournée vers le haut d’un second anneau de laiton, un peu plus mince que le premier. Sur la partie inférieure du dialyseur, on visse enfin une chape en laiton possédant une ouverture circulaire dont le diamètre est de. 40 mm. Les pièces libres en laiton du dialyseur sont fixées au moyen d’une laque spéciale. On place alors l’appareil sur de petits supports en verre dans un cristallisoir dans lequel on verse de l’eau distillée, et on met dans le dialyseur la solution dont on veut examiner le pouvoir osmotique. Dans les expérience qui se font avec des extraits de betteraves, des solutions sucrées ou salines, on peut aisément observer que la matière colorante, le sucre ainsi que les substances minérales, sont capables de traverser la membrane employée et de se répandre dans l’eau ambiante.

Comme beaucoup de substances qui jouissent de la propriété de tra-

(1) Bibliographie : Voy. Sachs, Experimentalphysiologie d. Pflanzen, ,\ 866, p. 447, où il est question notammentdes importants travaux de NaGKLi; voy. ensuite De Vries, Archives néerlandaises, 1871, t. 6; Pringsheim, Jahrbücher, vol. 16, p. 588; Detmer , Journal f. Landwirtschaft, Tl e année, p. 380, ainsi que Botan. Zeitung, 1886, n° 30.

DEUXIEME DIVISION

verser la membrane cellulaire ne pénètrent pas dans le plasma, il sera particulièrement intéressant de fabriquer des membranes qui ne se laissent pas traverser par des substances dont le papier parcheminé permet l’osmose. Nous préparerons des solutions à \ °/0 de nitrate de calcium et de phosphate disodique. Cette dernière substance sera versée dans le dialyseur fermé avec le parchemin, tandis que la première servira de liquide extérieur. Il se produira dans le parchemin végétal un précipité membraneux de phosphate de calcium. Et, après quelques heures, en ajoutant dans le dialyseur quelques gouttes d’une solution aqueuse de bleu de méthyle dans la solution de phosphate disodique, on remarquera que la substance colorante ne se répand point dans le liquide extérieur. Dans mes expériences, par exemple, ce liquide était encore incolore au bout de 24 heures. On enlèvera le liquide coloré du dialyseur, on prendra ensuite un nouveau parchemin et on remplacera le liquide extérieur par de l’eau distillée. Si, maintenant, on verse de nouveau la solution de phosphate disodique renfermant du bleu de méthyle dans le dialyseur, on remarquera que la matière colorante traverse immédiatement le dialyseur pour se répandre dans l’eau. Celle-ci, dans mes expériences, était déjà fortement colorée au bout de 2 heures. Les précipités membraneux de phosphate de calcium sontperméables au chlorure de sodium, comme il est facile de s’en assurer. Les expériences qui viennent de nous occuper n’ont d’autre but que de montrer que certaines substances qui peuvent traverser une membrane sont fréquemment arrêtées par d’autres membranes. Des expériences de ce genre sont, évidemment, d’un intérêt particulier pour la compréhension des relations qui existent entre la membrane cellulaire d’une part, et le protoplasme d’autre part. Seules, des observations spéciales permettront toujours de constater si un corps qui ne peut traverser une membrane artificielle peut pénétrer dans le protoplasme. Et, pour ce qui concerne le bleu de méthyle, on remarquera qu’il peut réellement pénétrer à l’intérieur des cellules par le plasma.

En abandonnant pendant 24 heures quelques exemplaires d ’Elodea canadensis dans une solution aqueuse à 0,0008 % de bleu de méthyle (on emploie 1 litre de liquide), on remarque à l’examen microscopique que le suc cellulaire est fortement coloré en bleu. Les cellules ne sont point tuées, car le mouvement protoplasmique existe toujours. La substance colorante, par conséquent, a dû traverser la membrane cellulaire ainsi que le plasma (1).

D’après les résultats de mes recherches, il arrive souvent que certaines substances (matières colorantes, sucres, acides végétaux, corps minéraux) ne traverser pas comme tels les couches membraneuses du plasma. Je ne veux point dire par là que l’hyaloplasme est imperméable

(1) Voy. Pfeffer, Untersuchurigen aus d. botan. Institut in Tübingen, vol. 2, p. 223 et

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em n’importe quelle circonstance pour les corps sus-désignés. Les obsservations récentes de divers savants, qui ne sont cependant pas encore arrivés à la solution, exigeraient plutôt une autre interprétaton. Il semblerait que certaines substances qui ne pasent pas d’ordinaire à travers le plasma parviendraient à le traverser lorsqu’il existe de fortes accumulations de ces matières dans les cellules. L’hyaloplasme modifierait vraisemblablement ses propriétés diosmotiques, à la suite de phénomènes vitaux et proportionnellement aux besoins des cellules. De longues et patientes recherches permettront seules de faire la lumière sur ce phénomènes.