Si on mettait bout à bout tout l'ADN de votre corps, quelle longueur ça ferait ?
― Plus de 40 fois la distance jusqu'au Soleil. Mais les « centaines d'allers-retours » comptaient trop large
L'ADN d'une seule cellule mesure, déplié, environ 2 mètres. Mis bout à bout pour tout le corps, cela dépasse 40 fois la distance entre la Terre et le Soleil. Un chiffre vertigineux, mais l'histoire souvent répétée des « centaines d'allers-retours jusqu'au Soleil » est en fait environ 10 fois trop grande. La raison : la plupart des cellules du corps n'ont pas d'ADN.
En cours de sciences ou dans une émission scientifique, vous avez peut-être déjà entendu ceci : « si on met bout à bout tout l'ADN de votre corps, on obtient une longueur suffisante pour faire des centaines d'allers-retours jusqu'au Soleil ».
Sur le moment, on trouve ça impressionnant. Mais en y réfléchissant un peu, ça devient étrange. Comment un fil de 2 mètres peut-il tenir dans une cellule, invisible à l'œil nu ?
Et d'abord, ce chiffre de « centaines d'allers-retours » est-il même exact ? Dans cet article, on va le vérifier soi-même, par le calcul.
Ce chiffre dépend de seulement deux choses
Si on compte par nombre de cellules, les plus nombreuses sont les globules rouges du sang. En grandissant, les globules rouges éjectent leur noyau : ils n'ont donc pas d'ADN. Les cellules qui possèdent de l'ADN ne représentent qu'environ 10 % du total.
Le noyau qui renferme l'ADN est une bille de moins d'un centième de millimètre de diamètre. L'ADN s'enroule autour de bobines, puis se replie encore et encore, jusqu'à tenir dans un volume des centaines de milliers de fois plus petit que sa longueur.
On va d'abord recalculer correctement « quelle longueur », puis regarder « comment cela se range ».
Raison 1 : il y a bien moins de cellules à compter qu'on ne le croit
On évoque souvent une estimation de 37 000 milliards de cellules dans le corps humain. En 2016, un recalcul plus précis a donné une estimation de 30 000 milliards. Dans les deux cas, un chiffre astronomique.
Mais le détail de ce total est surprenant. Sur ces 30 000 milliards, environ 25 000 milliards sont des globules rouges. Pour se consacrer entièrement au transport de l'oxygène, le globule rouge expulse son noyau en cours de maturation. Il n'a donc pas d'ADN.
Les plaquettes, qui arrêtent les saignements, n'ont pas de noyau non plus. Il reste environ 3 000 milliards de cellules possédant un noyau et de l'ADN. Regardez la bande du haut sur la figure 1 : les cellules porteuses d'ADN ne sont que la fine portion à droite.
En multipliant ces 3 000 milliards par environ 2,2 mètres chacune, on obtient environ 6,6 milliards de kilomètres. De la Terre au Soleil, c'est environ 150 millions de kilomètres. En aller simple, cela correspond à 44 fois cette distance.
Jusqu'à Pluton, à la limite du système solaire, il y a en moyenne environ 5,9 milliards de kilomètres. L'ADN de tout le corps donne un calcul légèrement supérieur à cette distance. Ce n'est pas « des centaines d'allers-retours », mais c'est déjà vertigineux.
Raison 2 : un fil de 2 mètres, enroulé sur plusieurs niveaux
Le diamètre du noyau est d'environ 6 micromètres (6 millièmes de millimètre). Il contient environ 2,2 mètres d'ADN. Le rapport de longueur est d'environ 370 000 fois.
En conservant ce rapport, agrandissons le noyau à la taille d'une balle de tennis (diamètre 6,5 cm). L'ADN à l'intérieur devient alors un fil d'environ 24 kilomètres de long, pour une épaisseur d'environ 0,02 mm. Avec le curseur de la figure 2, essayez de faire varier l'échelle d'agrandissement.
Ce fil si fin et si long ne s'emmêle pas grâce à un enroulement astucieux. L'ADN s'enroule d'abord environ deux fois autour de petites billes de protéines appelées histones, comme un fil à coudre autour d'une bobine.
Ces bobines s'enchaînent comme des perles, puis se regroupent et se replient en boucles. Au moment de la division cellulaire, elles prennent la forme la plus compacte : le « chromosome ».
L'important, c'est que ce n'est pas un simple tassement. Les parties utilisées actuellement sont relâchées, tandis que les parties inutilisées restent fermement repliées. La façon même dont l'ADN s'enroule fait partie du mécanisme qui décide quels gènes s'activent.
À chaque division cellulaire, les 2 mètres d'ADN sont intégralement recopiés. Dans le corps, plusieurs centaines de milliards de cellules naîtraient chaque jour. Les mécanismes qui corrigent les erreurs de copie travaillent, eux aussi, sans relâche.
En résumé
L'ADN d'une seule cellule mesure environ 2,2 mètres. Mais les globules rouges, qui représentent plus de 80 % des cellules du corps, n'ont pas d'ADN. En comptant seulement les environ 3 000 milliards de cellules qui en possèdent, le total atteint environ 6,6 milliards de kilomètres : 44 fois la distance jusqu'au Soleil, soit à peu près la distance jusqu'à Pluton. Et chaque brin, un par un, se range dans un noyau 370 000 fois plus petit que sa longueur, grâce à des enroulements successifs.
Les « centaines d'allers-retours » comptaient trop large.
Il n'empêche : le corps renferme bien un fil qui atteindrait Pluton.
Ce que font les globules rouges dans le sang est expliqué dans Comment a-t-on découvert que le sang circule dans tout le corps ?, et l'histoire de l'ADN abîmé par les UV est racontée dans Pourquoi attrape-t-on des coups de soleil même par temps couvert ?.
- Écrasez des fleurons de brocoli (ou une banane) et plongez-les dans un mélange de 100 ml d'eau, d'une cuillère à café de sel et de quelques gouttes de liquide vaisselle. Mélangez bien. Le détergent détruit les membranes des cellules.
- Filtrez avec une passoire fine et récupérez seulement le liquide dans un verre. Versez doucement, le long de la paroi du verre, une quantité équivalente d'alcool à 90° bien refroidi au congélateur.
- Au bout de quelques minutes, des filaments blancs et flous apparaissent à la limite entre les deux liquides. C'est l'ADN rassemblé de centaines de millions de cellules.
L'alcool est inflammable : faites cette expérience loin de toute flamme, avec un adulte. Ce que vous voyez n'est pas un seul fil, mais un amas emmêlé d'innombrables molécules d'ADN.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les programmes scolairesDu collège aux matières universitaires spécialisées, chaque niveau est indiqué clairement
- CollègeNiveau collège (sciences)
- LycéeNiveau lycée (SVT, tronc commun)
- Lycée+Niveau lycée approfondi, ou encadré documentaire du manuel
- UniversitéNon vu au lycée : contenu universitaire spécialisé (biologie moléculaire, biologie cellulaire)
- RecherchePas encore enseigné comme « établi » même à l'université : sujet en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène porte un nom
- ADN (acide désoxyribonucléique) : longue molécule en double hélice qui enregistre l'information génétique sous forme d'une séquence de quatre types de composants (les bases).
- Paire de bases : couple de bases qui relie les deux brins de la double hélice. On l'utilise aussi comme unité pour mesurer la longueur de l'ADN.
- Noyau : compartiment de la cellule où est rangé l'ADN. Les globules rouges et les plaquettes n'en ont pas.
- Chromosome : forme que prend l'ADN le plus compactement replié, au moment de la division. Chez l'humain, il y en a 46.
CollègeLycéeVérification par le calcul : la longueur totale de l'ADN du corps
On veut calculer la longueur L obtenue en mettant bout à bout tout l'ADN du corps. Il suffit de multiplier le nombre de cellules, le nombre de paires de bases par cellule, et la longueur d'une paire de bases.
| En notation symbolique | L = N × b × a |
| En mots | Longueur totale = nombre de cellules porteuses d'ADN × nombre de paires de bases par cellule × longueur d'une paire de bases |
| D'où vient cette formule | L'ADN est une « échelle » dont les paires de bases sont régulièrement espacées, donc sa longueur est proportionnelle au nombre de barreaux. On additionne ensuite sur le nombre de cellules : c'est une formule de comptage |
| L | Longueur totale de l'ADN du corps (en mètres) |
| N | Nombre de cellules porteuses d'ADN (unités) |
| b | Nombre de paires de bases par cellule (unités) |
| a | Espacement entre deux paires de bases voisines (nanomètres) |
| Nombre de paires de bases par cellule b (un jeu de chaque parent) | environ 6,4 milliards (6,4 × 10⁹) |
| Espacement entre paires de bases a | environ 0,34 nanomètre (0,34 × 10⁻⁹ m) |
| Nombre de cellules porteuses d'ADN N | environ 3 000 milliards (le total d'environ 30 000 milliards, moins globules rouges et plaquettes) |
| De la Terre au Soleil | environ 150 millions de kilomètres |
| Du Soleil à Pluton (moyenne) | environ 5,9 milliards de kilomètres |
| Longueur par cellule b × a (les 10⁹ et 10⁻⁹ s'annulent) | 6,4 × 0,34 ≈ 2,2 (mètres) |
| Longueur totale L = N × 2,2 m (en billions de mètres) | 3 × 2,2 = 6,6 |
| 6,6 billions de mètres = 6,6 milliards de km. Combien de fois le Soleil ? | 66 ÷ 15 × 10 = 44 |
| Comparé à Pluton | 66 ÷ 59 ≈ 1,1 |
| En comptant aussi les globules rouges, soit 37 000 milliards (en billions de mètres) | 37 × 2,2 = 81,4 |
| Facteur de surestimation | 81,4 ÷ 6,6 ≈ 12 |
La célèbre histoire des « centaines d'allers-retours jusqu'au Soleil » comptait même les cellules sans ADN, pour une valeur environ 12 fois supérieure à la réalité. Même comptée correctement, la longueur atteint tout de même Pluton.
| Diamètre du noyau | environ 6 micromètres (6 × 10⁻⁶ m) |
| Longueur ÷ diamètre (en dizaines de milliers de fois) | 220 ÷ 6 ≈ 37 |
| Longueur à l'échelle d'une balle de tennis de 0,065 m (en dizaines de milliers de mètres) | 0,065 × 37 ≈ 2,4 |
Cela donne un fil d'environ 24 kilomètres logé dans une bille de 6,5 cm de diamètre. Le même chiffre que la valeur initiale de la figure 2.
LycéeLycée+Les niveaux d'enroulement et le comptage des cellules
LycéeEn SVT, on apprend que l'ADN s'enroule autour des histones pour former des nucléosomes, qui s'enchaînent pour constituer la chromatine. Le génome compte environ 3 milliards de paires de bases, et les cellules somatiques en possèdent un jeu de chaque parent, soit environ 6,4 milliards au total.
Lycée+Un seul nucléosome enroule environ 147 paires de bases sur environ 1,7 tour. Cela réduit déjà la longueur de plusieurs fois. Le nombre de cellules s'estime organe par organe, à partir du volume et de la taille d'une cellule, puis en additionnant le tout. L'écart entre 37 000 milliards (2013) et 30 000 milliards (2016) vient principalement de la façon de compter les globules rouges et des différences de gabarit de référence.
UniversitéStructure d'ordre supérieur de la chromatine et extrusion en boucles
L'enchaînement des nucléosomes a longtemps été décrit dans les manuels comme s'enroulant en une « fibre de 30 nanomètres ». Mais de plus en plus d'études rapportent qu'une fibre nette est difficile à observer dans une cellule vivante. Aujourd'hui, on explique plutôt le repliement à l'intérieur du noyau par le « modèle d'extrusion en boucles », où des protéines comme la cohésine tirent des boucles d'ADN, et par les « domaines topologiquement associés » mesurés par la méthode Hi-C.
📖 Pour la dérivation des formules et pour aller plus loin : Nucléosome (Wikipédia japonais) ／ Chromatine (Wikipédia japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore bien compris
- Comment l'ADN est-il disposé à l'intérieur du noyau ? On sait que chaque chromosome occupe un « territoire » approximatif, mais le détail du repliement varie selon la cellule et le moment, et la vue d'ensemble reste à dessiner.
- Pourquoi ne s'emmêle-t-il pas ? Chaque copie et chaque division provoquent torsions et enchevêtrements. L'ordre exact dans lequel les enzymes qui les dénouent interviennent, et le processus global, restent étudiés.
- Le nombre exact de cellules du corps. Comme pour les estimations de 30 000 et 37 000 milliards, il existe une marge. Ce nombre varie aussi selon l'âge, le gabarit et le sexe, et personne n'a jamais compté directement les cellules d'un individu.
Autrement dit, le contenu de cet article reste « une explication dans l'état actuel des connaissances ». Si les estimations du nombre de cellules changent, la longueur totale change dans la même proportion.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences 4e « organisation du corps des êtres vivants » / 3e « règles de l'hérédité et gènes » | Cellule et noyau, ADN et chromosomes |
| Lycée | SVT tronc commun « les gènes et leur fonctionnement » | Paires de bases, taille du génome, histones |
| Lycée+ | SVT spécialité « expression et régulation de l'information génétique » | Nucléosome, estimation du nombre de cellules |
| Université | Biologie moléculaire et cellulaire | Structure d'ordre supérieur de la chromatine, extrusion en boucles |
| Recherche | Structure tridimensionnelle du génome dans le noyau | Territoires chromosomiques, marge sur le nombre de cellules |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | L'habitude de vérifier un chiffre scientifique en se demandant « qu'a-t-on compté ? » |
- Sender R., Fuchs S., Milo R. (2016) Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLOS Biology
- Bianconi E. et al. (2013) An estimation of the number of cells in the human body. Annals of Human Biology
- Alberts B. et al., *Molecular Biology of the Cell*, édition japonaise : Newton Press (Alberts B. ほか『細胞の分子生物学』ニュートンプレス)
- Watson J. D., Crick F. H. C. (1953) Molecular structure of nucleic acids. Nature 171
※Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. Le nombre de cellules et de paires de bases sont des estimations qui varient selon les sources.