Chapitre 1: Des thèmes pour l’étude des êtres vivants

Qu’est-ce que la vie?

Des thèmes pour l’étude des êtres vivants

Consigne: lisez attentivement ces notions avant de passer à l’analyse des documents:

L’évolution est le thème dominant de la biologie : « rien n’a de sens en biologie si ce n’est au regard de l’évolution », T.Dobjansky.

Le thème central, l’évolution, donne un sens à l’unité et à la diversité de la vie.

La cellule est l’unité élémentaire de la structure et de la fonction d’un organisme.

Le transfert et la transformation d’énergie sont essentiels à la vie.

La continuité du vivant repose sur l’information héritée sous forme d’ADN.

De nouvelles propriétés émergent à chaque niveau de la hiérarchie de l’organisation biologique.

Structure et fonction sont corrélées à tous les niveaux de l’organisation biologique.

Les organismes interagissent entre eux et avec l’environnement physique.

Les mécanismes de régulation agissent sur les systèmes biologiques.

Les scientifiques étudient la nature en faisant des observations à partir desquelles ils formulent et testent des hypothèses : c’est la méthode hypothético-déductive.

L’approche multidisciplinaire et la diversité des points de vue contribuent à l’avancement des sciences : publications scientifiques, reproductibilité des résultats, congrès internationaux animent ce que l’on appelle « la communauté scientifique » sans qu’il n’y ait véritablement de hiérarchie au sein de cette communauté.

les différents champs d'étude du vivant

L’évolution est le thème dominant de la biologie :

« Rien n’a de sens en biologie si ce n’est au regard de l’évolution », Théodosius Dobjansky.

Le thème central, l’évolution, donne un sens à l’unité et à la diversité de la vie.

 De nouvelles propriétés émergent à chaque niveau de la hiérarchie de l’organisation biologique.

hiérarchie du vivant 1
héirarchie du vivant 2

Le transfert et la transformation d’énergie sont essentiels à la vie.

Schéma Interactions entre êtres vivants en Afrique
la circulation de l'énerge dans un écosystème

La continuité du vivant repose sur l’information héritée sous forme d’ADN.

la division cellulaire et la croissances des organismes
une molécule informative

Structure et fonction sont corrélées à tous les niveaux de l’organisation biologique.

la forme définit la fonction l'aile du Goéland

La cellule est l’unité élémentaire de la structure et de la fonction d’un organisme.

différences de formes, structure et taille entre eucaryote et procaryote

Les mécanismes de régulation agissent sur les systèmes biologiques.

Les mécanismes de régulation

Le thème central, l’évolution donne un sens à l’unité et diversité du vivant.

Les classifications reflètent l’évolution du vivant

l'unité au sein de la diversité
classification des êtres vivants
grands domaines vivants
buisson du vivant

La sélection naturelle est un des moteurs de l’évolution

Imitation évolutive serpents
Faux serpents et Hypothèse de Bates
unité et diversité des orchidées
l'adaptation évolutive
descendance avec modification chez les Pinsons
sélection naturelle

Les scientifiques étudient la nature en faisant des observations, à partir desquelles, ils formulent et testent des hypothèses: c’est la méthode hypotético-déductive

l'approche hypothético-déductive

L’approche multidisciplinaire et la diversité des points de vue contribue à l’avancement des sciences.

photo paléontologue
photo réunion de laboratoire

L’essentiel

Introduction : L’exploration du vivant

 Des adaptations de l’organisme a son environnement sont le fruit de l’évolution, le processus de changement qui a transformé la vie sur terre depuis ses balbutiements jusqu’à la multitude d’organismes que nous connaissons aujourd’hui. L’évolution est le principal organisateur fondamental de la biologie, c’est le thème central de cet ouvrage.

Nous connaissons déjà beaucoup de choses au sujet de la vie sur terre mais il reste encore à percer de nombreux mystère. Par exemple comment explique-t-on exactement le déclenchement de la floraison chez des plantes.

Poser des questions sur le monde vivant et chercher des réponses fondées sur la science sont les activités centrales de la biologie, c’est-à-dire l’étude scientifique des êtres vivants. Les tentatives de réponse des biologistes sont parfois ambitieuses. La plupart des gens s’interroge sur les organismes qui les entourent et de nombreuses questions intéressantes vous traverse sans doute l’esprit lorsque vous vous trouvez en pleine nature. Si c’est le cas vous pensez alors déjà comme un biologiste. La biologie est une quête plus que tout autre chose, une recherche permanente sur la nature de la vie.

Qu’est-ce que la vie ?

Il est bien difficile de définir en une seule phrase le phénomène que nous appelons la vie. On reconnaît les êtres vivants parce qu’ils sont capables de faire. Les photographies nous rappellent que la diversité du monde biologique est prodigieuse.

 1-Des thèmes qui établissent des ponts entre les différents domaines de la biologie :

  • Des nouvelles propriétés émergent à chaque niveau de la hiérarchie de l’organisation biologique. Cette hiérarchie se déploie de la manière suivante : la biosphère est plus grande que l’écosystème lui-même formé de communautés biologiques ; elles-mêmes formées de populations, qui sont formées d’organismes lesquels présentent des systèmes organiques formé d’organes ; les tissus composent les organes, la cellule et l’unité de base du tissu ; la cellule est formée d’organites, eux-mêmes formés de molécules et les molécules d’atomes. À partir de l’atome, chaque niveau supérieur présente des nouvelles propriétés résultant des interactions entre les composantes aux niveaux inférieurs. Le réductionnisme est une démarche visant à décomposer des systèmes complexes en éléments plus simples et plus faciles à étudier. Par la biologie des systèmes, les scientifiques tentent de modéliser le comportement dynamique de systèmes biologiques entiers en étudiant les interactions qui s’établissent entre les différentes composantes de ses systèmes.
  • Les organismes interagissent entre eux et avec l’environnement physique : les végétaux puisent des nutriments dans le sol et les substances chimiques dans l’air et utilise l’énergie du soleil. Les interactions entre les plantes et les organismes rendent possible la circulation des nutriments au sein d’un écosystème. Le changement climatique mondial est une conséquence nuisible des interactions humaines avec l’environnement que l’on attribue à la combustion de carburants fossiles et par conséquent à l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère.
  • Le transfert et la transformation d’énergie sont essentiels à la vie : l’énergie traverse l’écosystème. Tous les organismes accomplissent diverses activités ce qui requiert de l’énergie. L’énergie solaire est convertie en énergie chimique par des producteurs, avant d’être transmise aux consommateurs.
  • La structure et la fonction sont corrélée à tous les niveaux de l’organisation biologique : La forme d’une structure biologique convient à sa fonction, et vice versa.
  • La cellule et l’unité élémentaire de la structure et de la fonction d’un organisme : c’est le plus bas niveau d’organisation capable d’effectuer toutes les activités caractéristiques des organismes vivants. Les cellules sont de type procaryotes ou eucaryotes. Les cellules eucaryotes renferment des organites membraneux, dont le noyau contenant l’ADN. Les procaryotes sont dépourvus d’organes organique membrane.
  • La continuité du vivant repose sur l’information hérité sous forme d’ADN : l’information génétique est codée dans les séquences de nucléotides de l’ADN contient l’information génétique que les parents transmettent à leurs descendants. Une séquence de nucléotides est transcrite en ARN, laquelle est ensuite traduit en une protéine spécifique, dotée d’une forme et d’une fonction qui lui sont propres. Ce processus par lequel l’information peut dicter la production d’un produit cellulaire s’appelle l’expression génétique. Toutes les molécules d’ARN de la cellule ne sont pas traduites en protéines ; certaines d’entre elles accomplissent d’autres tâches importantes. La génomique étudie et analyse à grande échelle et séquence d’ADN d’une espèce et compare des séquences d’ADN d’espèces différentes.
  • Les mécanismes de régulation agissent sur le système biologique : la rétro-inhibition est un mécanisme de rétroaction par lequel l’accumulation du produit final d’un processus ralenti ce même processus. La rétroactivation est le mécanisme inverse par lequel l’accumulation du produit final accélère le processus. Tous les niveaux d’organisation du vivant, de la molécule aux écosystèmes, font appel à des mécanismes de régulation.
  • L’évolution est le thème dominant de la biologie : la théorie de l’évolution donne du sens à l’unité et la diversité du vivant. Elle explique aussi pourquoi des organismes arrivent à s’épanouir dans un environnement quel qu’il soit.

2-Le thème central, l’évolution donne un sens à l’unité et diversité du vivant.

  • Les biologistes classifient les espèces selon un système de catégories de plus en plus large. Le domaine des bactéries et le domaine des archées est celui des procaryotes. Le domaine des eucaryotes renferme divers groupes de protistes et le règne des végétaux, des eumycètes et des animaux. Malgré la grande diversité, la vie montre les signes d’une remarquable unité dont témoigne les ressemblances entre divers types d’organismes.
  • Darwin a proposé la théorie de la sélection naturelle pour expliquer comment les populations s’adaptent à leur environnement au fil de leur évolution. Chaque espèce occupent l’extrémité d’une branche d’un arbre généalogique. En parcourant les ramifications, on remonte jusqu’aux espèce ancestrale. Tous les êtres vivants sont donc apparentés, et l’essence de ce lien réside dans l’évolution.

3-Les scientifiques étudient la nature en faisant des observations, à partir desquelles, ils formulent et testent des hypothèses.

  • Les chercheurs qui font de la recherche scientifique procèdent à des observations, collectent des données, et utilisent le raisonnement inductif pour tirer des conclusions générales et formuler des hypothèses vérifiables. Le raisonnement déductif consiste à faire des prédictions dans le but de vérifier des hypothèses : si l’hypothèse est juste, alors on peut s’attendre à ce que les prédictions se vérifient si on la teste. Une hypothèse doit être stables et réfutable ; la science ne s’occupe pas de vérifier la possibilité de phénomènes surnaturels ou la validité de croyances religieuses.
  • Les expériences contrôlées visent à montrer l’effet d’une variable sur un groupe témoin et sur un groupe expérimental qui diffèrent seulement par cette variable.
  • Une théorie scientifique a une large portée, elle génère de nouvelles hypothèses et repose sur une multitude de données probantes.

4-L’approche multidisciplinaire et la diversité des points de vue contribue à l’avancement des sciences.

  • La science est une activité sociale. Les travaux de chaque scientifique reposent sur ceux de ses prédécesseurs. Les scientifiques doivent pouvoir reproduire les résultats qu’ont obtenus leurs confrères, ce qui garantit l’intégrité de la recherche. Les biologistes abordent les sujets de recherche sous différents angles ; leurs approches sont complémentaires.
  • La technologie est un ensemble de savoir, de méthodes et d’appareils fondés sur des connaissances scientifiques ; elle est utilisée à des fins précises qui influent sur la société. La recherche fondamentale entraîne parfois des répercussions inattendues.
  • La diversité au sein de la communauté scientifique favorise le progrès scientifique.

Conclusion : Le vivant se distingue finalement par une seule caractéristique : la transmission d’une information à une descendance. Et c’est la recherche de la transmission du maximum d’information qui pousse les êtres vivants à se surpasser. Cette quête passe par le filtre de la sélection naturelle qui est un puissant moteur de la transformation des populations et donc de l’évolution du vivant. La prodigieuse biodiversité actuelle est probablement le résultat de l’impérieuse nécessité qu’ont les êtres vivants à vouloir transmettre cette information.

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