À mes deux R., que la sérendipité
a si justement placés sur mon chemin.

« La phase la plus excitante à entendre en science, celle qui annonce les nouvelles découvertes, n’est pas “Eurêka !” (j’ai trouvé !) mais plutôt “Tiens, c’est marrant…” »

ISAAC ASIMOV

L’EXISTENCE DES BACTÉRIES

LES « PETITS ANIMAUX » D’ANTONI VAN LEEUWENHOEK

(1674)

Commerçant néerlandais prospère, puis modeste fonctionnaire municipal pendant près de quarante ans, Antoni Philips van Leeuwenhoek est un ovni de la sphère scientifique. Dépourvu de formation académique, il est pourtant devenu, en faisant bon usage de son temps libre, l’un des plus grands savants de son époque. Cet autodidacte créatif et atypique s’est laissé porter par le vent sans réelle méthode scientifique, naviguant à vue, guidé par sa seule curiosité. Il livre toutefois à la postérité une œuvre impressionnante sur la technique des microscopes, qui lui ont permis de révéler au monde l’univers inexploré des micro-organismes vivants (protozoaires, bactéries, spermatozoïdes). Ces « petits animaux », comme il se plaisait alors à les appeler, ont révolutionné des pans entiers de la médecine et de la biologie.

Comment un amateur, passionné par l’origine du goût des aliments, va-t-il accidentellement faire l’une des plus grandes découvertes de l’histoire des sciences ?

Rien ne prédestinait initialement Antoni van Leeuwenhoek à jouer un rôle de premier plan dans la recherche scientifique. Né le 24 octobre 1632 à Delft, aux Pays-Bas, il est le benjamin et unique garçon d’une famille de cinq enfants. Son père, Philips van Leeuwenhoek, un fabricant de paniers, est emporté par la maladie en 1637 alors qu’Antoni a seulement 5 ans. Dans la foulée, sa mère se remarie avec un peintre, Jacob Jansz Molijn, qui décède à son tour en 1649. Après un court passage à l’école de Warmond, il est confié à son oncle, avocat dans un petit village voisin. Et à 16 ans, quasi analphabète, il se met au service d’un drapier établi à Amsterdam en tant qu’apprenti comptable. De retour à Delft en 1656, il ouvre une draperie-mercerie, qui semble lui apporter une certaine aisance financière, et se marie avec Barbara de Mey, avec qui il fonde une grande famille. En 1660, Antoni décroche un premier emploi municipal comme chambellan à l’hôtel de ville, puis occupe successivement les postes d’huissier des échevins, géomètre, et jaugeur des barils de vin en charge du contrôle des importations. Sa première femme meurt en 1666, lui laissant le soin de s’occuper de sa fille, Maria, seule survivante de ses cinq enfants.

Si la mort est très présente dans son existence, Antoni van Leeuwenhoek côtoie la vie à travers la lentille de son microscope. Ses différents postes municipaux lui laissent tout loisir d’aiguiser sa curiosité scientifique. Se rappelant son métier de drapier, Antoni s’emploie dans un premier temps à vérifier la pureté de ses étoffes. C’est pour cette raison qu’il met au point dès 1668 ses premiers instruments grossissants. Il possède bientôt plus de quatre cents lentilles confectionnées par ses soins, de petites sphères de verre biconvexes à grande courbure dont le pouvoir optique dépasse en clarté et en transparence les meilleurs modèles de l’époque. Ses microscopes « maison », capables d’agrandir des objets plus de trois cents fois, sont des prodiges d’ingéniosité, composés d’une lentille unique encastrée entre deux plaques de métal. L’objet à observer est alors placé sur une aiguille qui, grâce à une vis, peut tourner sur elle-même, monter ou descendre, de façon à être rapprochée ou éloignée de la lentille selon la volonté du scientifique. Nul n’élaborera d’instruments de meilleure qualité pendant près d’un siècle.

Au début des années 1670, Antoni van Leeuwenhoek mène ses premières observations microscopiques en dilettante, faisant défiler sous la lentille de ses microscopes un large échantillon du monde vivant : du sang, des têtards, des pieds de grenouille, des nageoires d’anguille, des ailes de chauve-souris, de nombreuses espèces d’oiseaux, des poils d’ours, des écailles de poisson, des abeilles, des moucherons, des puces, des punaises, des vers à soie, ou encore des poux…

Il publie ses premières constatations dès 1673 dans les Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres. Par la suite, Leeuwenhoek ne communiquera que par cet intermédiaire, envoyant au total près de trois cents lettres à l’institution savante ! L’autodidacte n’a d’autre choix que de les rédiger dans un néerlandais plus qu’approximatif, car il ne maîtrise ni l’anglais ni le latin. La communauté scientifique du XVIIe siècle ayant quelques principes, Leeuwenhoek est longtemps considéré comme un amateur chanceux, un illettré sans méthode, sans formation technique ni connaissances solides. La diffusion des résultats de ses expériences, qu’il s’obstine à mener en solitaire, s’en ressent. La méfiance de ses pairs redoublera d’ailleurs lorsqu’il enverra à la Royal Society sa dix-huitième lettre, décrivant une série d’observations qui, si elles se voyaient confirmées, s’opposeraient à l’ensemble des théories biologiques de son temps.

Contrairement aux apparences, Leeuwenhoek se lance rarement dans des observations sans avoir une petite idée en tête. Certains membres de la Royal Society, impressionnés par la qualité de ses instruments, sollicitent son aide pour étudier tel ou tel objet. C’est notamment sous leur impulsion qu’il analyse des cheveux au microscope – afin de déterminer s’ils poussent par la pointe, comme c’est le cas des plantes, ou bien s’ils s’allongent à partir de la racine. C’est aussi à la suite de la publication d’une étude sur les propriétés des gaz par le chimiste et physicien Robert Boyle qu’il se livre à l’examen de divers cristaux chimiques. Malheureusement, au microscope, cheveux et cristaux s’avèrent assez peu révolutionnaires. Leeuwenhoek devra son destin à une idée fixe quelque peu saugrenue : comprendre l’origine du goût.

La première lettre du Néerlandais évoquant sa passion pour le goût date du 19 octobre 1674, toujours à l’adresse de la Royal Society de Londres. Légèrement malade, Antoni van Leeuwenhoek a constaté chez lui une diminution du sens du goût et a sauté sur l’occasion. Il raconte : « L’hiver dernier, étant malade et presque incapable de ressentir le goût, j’ai examiné l’apparence de ma langue qui, dans un miroir, s’est révélée avoir l’aspect d’une fourrure, et j’ai jugé que ma perte de goût était causée par la peau épaisse qui recouvrait ma langue. » Selon lui, un « manteau de fourrure » interfère avec ce qu’il appelle des « petits points sur la langue », qui doivent jouer un rôle dans la perception du goût. Jusque-là, rien de farfelu : ces petits points sont effectivement les papilles, et, parmi elles, figurent les papilles gustatives.

C’est donc en toute logique que Leeuwenhoek suit son intuition et examine au microscope les petits points sur la langue… d’un bœuf. Le naturaliste y détecte des « projections pointues très fines », composées de « très petits globules ». Le chercheur amateur emploie régulièrement, au point d’en abuser, le terme « globule » dans l’ensemble de ses lettres, croyant en remarquer partout. Ainsi, Antoni vise juste lorsqu’il décrit les globules rouges dans le sang comme des « globules qui rendent le sang rouge ». En revanche, il trompe ses lecteurs lorsqu’il stipule que le fluide clair, séparé des globules rouges une fois le sang coagulé, est lui aussi composé de globules – il s’agit du sérum, ou plasma, un liquide justement débarrassé de ses cellules et des protéines de coagulation. Même les particules de craie sont, selon le chercheur, composées de « globules transparents » qui, arrangés ensemble d’une certaine façon, donnent au matériau sa couleur blanche. C’est d’ailleurs entre autres pour son emploi abusif du terme « globules » que Leeuwenhoek fait l’objet de critiques, notamment de la part de scientifiques français. En apparence, l’amateur se moque des quolibets, heureux d’avoir découvert le composant de la langue essentiel au goût, à savoir les fameux « globules ».

Dans une lettre datée du 11 février 1675, il va même beaucoup plus loin dans son enquête. Le chercheur s’intéresse dorénavant au goût du hareng, un poisson très populaire dans la cuisine néerlandaise et fréquemment dégusté cru. Sa méthode scientifique se veut toute personnelle et son raisonnement empreint de poésie. Leeuwenhoek étudie en effet la formation de cristaux de sel placés dans de l’eau qu’il laisse s’évaporer à température ambiante ou en la chauffant. Le savant note ainsi qu’à température ambiante, des « cristaux carrés » se forment, mais qu’à plus haute température, les cristaux ont l’apparence de petits « tuyaux fins et pointus ». Il en conclut tout naturellement que la raison pour laquelle les gens n’apprécient pas le goût du hareng cuit tiendrait à ce que la chaleur dégagée par la cuisson donne au sel cette forme de cristaux pointus dont l’effet est d’irriter les globules de la langue. La prédilection populaire pour le hareng cru proviendrait quant à elle de la forme carrée des cristaux de sel, beaucoup moins irritants pour les globules.

Leeuwenhoek rapporte à la Royal Society ses expériences sur le salé, le sucré, l’arum, l’asperge, ou encore la cannelle, toutes renforçant sa conviction que le goût des différents aliments provient des particules microscopiques affectant les globules logés dans les petits points de la langue. L’affaire du hareng le met sur la bonne piste : il ne sait pas encore que son intérêt pour la nourriture « irritante » va donner lieu à un rebondissement inattendu.

Entre-temps, n’étant pas l’homme d’une seule passion, Leeuwenhoek s’est lancé dans l’analyse d’échantillons d’eau. L’histoire a commencé avec quelques gouttes issues des petits lacs de Berkelse, au sud de Delft. Antoni avait remarqué que leur surface changeait d’aspect en fonction des saisons : généralement claire pendant l’hiver et « nuageuse » l’été. Selon ses propres mots, le lac « développe un aspect blanchâtre, et il y a alors de petits nuages verts qui l’imprègnent, que les hommes de la campagne, habitant à proximité, disent causés par la rosée qui tombe alors, et ils l’appellent la “rosée de miel” ». L’examen des échantillons qu’il récolte un jour de 1674 – probablement à la fin du mois d’août – tandis qu’il se promène par un temps venteux, va changer l’histoire de la biologie et de la médecine. Dans une lettre adressée au secrétaire de la Royal Society, Henry Oldenburg, et datée du 7 septembre 1674, Leeuwenhoek raconte : « J’y ai trouvé […] une abondance de petits animaux rampants, dont certains étaient arrondis ; ceux qui étaient un peu plus grands […] avaient une forme ovale : sur ces derniers j’ai vu deux jambes près de la tête, et deux petites nageoires à l’autre extrémité de leur corps. […] Ces animacula avaient des couleurs diverses, certains blanchâtres, d’autres transparents ; d’autres avaient des écailles vertes et très brillantes : d’autres encore étaient verts au milieu et blancs à l’avant et à l’arrière, ou encore grisâtres. »

Leeuwenhoek comprend très vite l’importance du monde microscopique qui se dévoile sous ses yeux et finit par lui vouer une franche fascination. Ces « petits animaux », comme il les appelle, l’obsèdent au point qu’il multiplie les expérimentations avec diverses eaux de la région : eau de pluie, du canal, d’un puits, de la mer, ou neige fondue. « Le mouvement de la plupart d’entre eux dans l’eau était si rapide et si divers, vers le haut, vers le bas, en trajectoire circulaire, que j’avoue que je n’ai pu que m’en émerveiller. » Les résultats obtenus pendant deux ans sont communiqués à la Royal Society dans une lettre datée du 9 octobre 1676, qui restera la plus célèbre du genre.

Comme souvent, Leeuwenhoek mélange dans la même missive les conclusions d’observations distinctes les unes des autres. Les premiers paragraphes confirment ainsi la présence des « petits animaux » dans l’ensemble des échantillons d’eau. Conscient de son manque de connaissances théoriques, l’amateur s’excuse de ne pouvoir y consacrer plus de temps : « Ces observations concernant les êtres vivants dans les liquides susmentionnés exigent en effet une attention et une description plus précises : il faudrait donc leur consacrer l’entièreté de son temps, or, les circonstances ne me le permettant pas, je ne leur ai dédié que mon temps libre. »

Nous savons aujourd’hui que les « petits animaux » qui se tortillent, à en juger par leur taille, sont des protozoaires, de minuscules organismes unicellulaires évoluant dans l’eau, dans les sols humides ou à l’intérieur d’organes (poumons, intestins…). Ils sont responsables de nombreuses maladies, comme la malaria. Les petites bêtes de « forme ovale avec des pieds » pourraient indiquer des Rotifera, et les plus grandes, en mouvement lent, des protozoaires ciliés de type Ciliophora.

Un peu plus loin dans la même lettre, Leeuwenhoek passe aux résultats d’une autre série d’observations. Il est venu en effet à l’esprit du chercheur l’étonnante idée de placer sous la lentille de son microscope… du poivre trempé dans de l’eau ! Leeuwenhoek poursuit là encore une logique toute personnelle qui s’inscrit dans la droite ligne de son enquête sur le sens du goût. Il tente de comprendre pourquoi le poivre provoque sur la langue une sensation si puissante : « Après plusieurs efforts […] pour découvrir autant que possible la cause de la puissance ou de la chaleur du poivre sur notre langue […], j’ai mis environ un tiers d’une once [une ancienne unité de poids] de poivre entier dans l’eau et l’ai placé sur mon bureau, sans autre dessein que celui d’adoucir le poivre, afin que je puisse mieux l’observer. » Leeuwenhoek cherche en réalité à déceler de « petites aiguilles » qui pourraient expliquer l’effet du poivre sur les « globules » de la langue.

Le scientifique laisse le poivre mariner pendant trois longues semaines, ajoutant de temps à autre de l’eau dans le récipient pour remplacer la partie du liquide évaporée. Le 24 avril 1676, il se penche enfin sur la mixture : « J’y ai discerné, à mon grand étonnement, un nombre incroyable de petits animaux, de types divers. » Suit une description détaillée de ce qui semble être plusieurs espèces de micro-organismes tels que des protozoaires, déjà identifiés auparavant. Puis, plus loin dans la lettre… : « La quatrième sorte de créatures, qui se déplaçait à travers les trois premières, était incroyablement petite, et si petite à mes yeux que je jugeais que si cent d’entre elles s’étendent l’une à côté de l’autre, elles n’égaleraient pas la taille d’un grain de sable ; et selon cette estimation, dix cent mille [sic] d’entre elles ne pouvaient égaler les dimensions d’un tel grain de sable. » Leeuwenhoek termine par le récit d’une cinquième observation menée le 6 août 1676 sur un échantillon d’eau poivrée : « C’était pour moi, parmi toutes les merveilles que j’ai découvertes dans la nature, la plus extraordinaire de toutes ; et je dois dire pour ma part qu’aucun plaisir plus grand n’est encore venu à mes yeux que ces spectacles d’autant de milliers de créatures vivantes dans une petite goutte d’eau se déplaçant les unes parmi les autres, chaque créature individuelle ayant son propre mouvement particulier. »

Sans le savoir, Leeuwenhoek vient de pénétrer, pour la toute première fois et en parfait dilettante, dans le monde invisible des bactéries. Ces organismes vivants microscopiques, le plus souvent unicellulaires, sont en effet de dix à cent fois plus petits que les protozoaires et, à la différence de ces derniers, sont dépourvus de noyau. On en dénombre aujourd’hui environ dix mille espèces, quand bien même le nombre réel doit se compter en millions. Les bactéries prennent des formes variées : sphériques, allongées, en bâtonnets, ou encore spiralées. Elles sont présentes absolument partout : il y a dix fois plus de cellules bactériennes que de cellules humaines dans le corps humain, dont mille milliards dans la peau, dix milliards dans la bouche et cent mille milliards dans l’intestin. Généralement inoffensives, voire bénéfiques pour l’organisme, elles sont parfois pathogènes, et peuvent être à l’origine de maladies infectieuses telles que le choléra, la syphilis, la peste ou la tuberculose.

Le 20 juillet 1676, Leeuwenhoek paraît avoir débusqué des spirochètes, de longues bactéries parasites de forme hélicoïdale provoquant la syphilis ou la maladie de Lyme : « J’ai vu à mon grand étonnement que certaines particules très longues et très minces […] étaient vivantes. À travers le microscope, ces créatures vivantes absolument merveilleuses sont apparues plus minces que les cheveux très fins de notre tête, et étaient à peu près aussi longues que le manche d’un couteau à pain […]. Leur corps entier est apparu de la même épaisseur, sans que je sois capable de distinguer une tête ou une partie de leur corps. »

La publication de la lettre ne passe pas inaperçue, sortant Antoni van Leeuwenhoek d’un anonymat relatif. L’existence de tout un monde peuplé d’organismes vivants microscopiques ébranle le monde scientifique, car elle contredit toutes les théories biologiques de l’époque. Un mur de contestation se dresse devant l’autodidacte, que les savants ne tardent pas à tourner en ridicule. Les attaques sont d’autant plus violentes que Leeuwenhoek garde jalousement le secret de l’impressionnante performance de ses microscopes, de sorte que nul ne peut reproduire ses expériences. La Royal Society se voit alors contrainte d’envoyer des experts dans son laboratoire de Delft, qui ne peuvent que constater la solidité de ses observations.

L’année suivante, en 1677, Antoni examine son propre sperme « immédiatement après éjaculation » et y décèle à nouveau d’innombrables « petits animaux ». Il vient de découvrir les spermatozoïdes, qu’il étudie chez toutes sortes de mammifères et décrit ensuite minutieusement. L’amateur de génie vise juste en estimant qu’ils sont un composant normal de la semence humaine et animale, à l’origine de la reproduction. Ainsi, il bouleverse à nouveau les théories en vigueur à l’époque, comme l’illustre sa missive adressée en novembre 1677 au président de la Royal Society de Londres, Lord Brouncker : « Ce que j’ai observé, sans me comporter de façon coupable, était présent dans le résidu d’un coït conjugal. Si Votre Excellence considérait que ces observations sont susceptibles de dégoûter ou scandaliser les savants, je prie ardemment Votre Excellence de les tenir pour privées et de les publier ou de les détruire selon ce qui lui paraîtra convenable. »

Dès lors, c’est le déferlement des honneurs. Élu membre de la Royal Society en 1680, Leeuwenhoek reçoit la visite régulière de nombreuses personnalités telles que la reine Marie II d’Angleterre, Pierre le Grand ou encore Frédéric Ierde Prusse, mais aussi des philosophes, savants, médecins ou hommes d’Église. Des anonymes lui soumettent aussi une multitude d’objets à analyser.

Trois ans plus tard, il confirme sans ambiguïté ses observations de bactéries. Obnubilé par l’hygiène dentaire et très fier de conserver des dents propres et blanches du haut de ses 51 ans, il les examine régulièrement dans le miroir. Un jour, le scientifique remarque de petits dépôts blanchâtres entre ses molaires. Un petit coup de microscope suffit à révéler une fois de plus « de nombreux animaux vivants très petits, qui se déplaçaient très joliment ». À partir de cette période, il réalise des croquis de bactéries, assez grossiers, en marge de ses articles.

Mentionné dans tous les ouvrages introductifs de médecine ou de biologie pour avoir jeté les bases de la microbiologie, Antoni van Leeuwenhoek a fait de la curiosité pure et du simple plaisir de comprendre l’inexpliqué ses moteurs scientifiques. Tour à tour zoologiste, anatomiste, botaniste, biologiste, il s’est même improvisé démographe lorsque, en 1679, il tenta d’estimer la population maximale que la Terre pourrait accueillir (soit plus de treize milliards d’individus d’après ses calculs). L’abondance et la variété des études que produisit l’autodidacte, sans réelle méthode, lui attirèrent la méfiance voire le mépris des savants. Tout comme le fait qu’il soit incapable de s’exprimer en latin et de proposer des interprétations théoriques solides. Un dilettante, un amateur chanceux : voilà l’image qui lui colla longtemps à la peau.

Si peu crédible qu’il ait été pour la sphère académique, Leeuwenhoek a toutefois fait preuve d’une qualité essentielle que devraient lui envier bon nombre de chercheurs : il a su envers et contre tout (moqueries, critiques, dédain…) assumer la grande part d’improvisation de sa démarche scientifique. Rarement, à cette époque et aujourd’hui encore, un chercheur s’est affranchi à ce point du cadre théorique, acceptant l’autorité absolue de l’expérience et de la réalité proposée par la nature. Qu’importe si Leeuwenhoek s’est souvent éparpillé en suivant des intuitions risibles. Quel que fût le chemin qui le guida, il a laissé à la postérité une œuvre majeure qui, de fait, incarne la sérendipité par excellence. En étendant le champ de l’observable jusqu’à l’infiniment petit au moyen de microscopes révolutionnaires, il posa involontairement les bases de la biologie cellulaire pour les générations futures de savants, sans doute plus « professionnels » que lui. « Vous voyez comme ce bon Leeuwenhoek ne se lasse pas de fouiller partout où sa microscopie peut arriver », lâcha à son égard l’homme d’État et compositeur néerlandais Constantin Huygens dans une lettre du 4 mai 1679 à son fils, l’astronome Christian Huygens. « Si beaucoup d’autres [individus] plus savants [que Leeuwenhoek] voulaient prendre la même peine, la découverte de belles choses irait beaucoup plus loin. »

Couverture :
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