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Biologie Molécules Divisions Génétique Évolution Cellule  

Chapitre 1
La biologie, science du vivant

 

Vivant

 

Définition

Un organisme vivant est un système complexe généralement formé d'organes qui interagissent comme un ensemble stable en s'adaptant à divers changements internes et externes. Un organisme doit avoir un apport continu d'énergie et conserve généralement un environnement interne homéostatique. Un organisme vivant peut être unicellulaire (constitué d'une seule cellule comme les bactéries et les levures) ou pluricellulaire (constitué de plusieurs cellules comme les animaux et les végétaux).

 

Il est difficile de définir avec précision ce qu'est la vie, mais on peut déterminer quelques caractéristiques du vivant :

 

D'autres caractéristiques sont fréquentes, mais pas chez tous les êtres vivants :

 

Selon la NASA, " est vivant tout système délimité sur le plan spatial par une membrane semi-perméable de sa propre fabrication et capable de s'auto-entretenir, ainsi que de se reproduire en fabriquant ses propres constituants à partir d'énergie et/ou à partir d'éléments extérieurs ".

 

On peut également considérer que les organismes vivants sont composés d'au moins une cellule (membrane fermée séparant un milieu extérieur du milieu intérieur) contenant du matériel génétique et des molécules organiques.

 

 

Caractéristiques

En biologie, un organisme est traditionnellement considéré comme vivant s'il présente les caractéristiques suivantes au moins une fois durant son existence :


Maintien de sa forme et de ses limites

Les organismes vivants doivent avoir une frontière entre le milieu intérieur et le milieu extérieur. Cette frontière peut être la membrane cellulaire d'une bactérie ou la peau chez un mammifère par exemple. De plus, un organisme vivant doit avoir un moyen de maintenir sa forme, que ce soit par un squelette interne chez un oiseau, un squelette externe chez un insecte ou une paroi chez une bactérie.

 

Exosquelette
 

Exosquelette

(http://www.flashflashrevolution.com/vbz/archive/index.php/t-40555-p-431.html)

 

 

Capacité de répondre à des stimuli externes

 

Les organismes dotés de cellules nerveuses ou de système nerveux sont bien évidemment capables de réagir face à des stimuli externes. La plupart des microorganismes et des végétaux sont également capables de réagir à des stimuli externes même s'ils n'ont pas de système nerveux, qu'on pense au phototropisme chez les végétaux ou au chimiotropisme chez les bactéries.

 

 
Phototropisme
 

Phototropisme

(http://www.ncsu.edu/project/agronauts/images/broclight.gif)

 

 

Capacité de mouvement

 

Au sens de la mécanique (physique), un mouvement est le déplacement d'un corps par rapport à un point fixe de l'espace et à un moment déterminé. En biologie, on pense plutôt aux gestes que peuvent poser les organismes dotés d'articulations par l'action des muscles sur les os, via les tendons ou au déplacement des cellules dotées de cils ou de flagelles ou encore au déplacement de molécules intracellulaires grâce au cytosquelette.

 

 
mouvement
 

Exemples de mouvements humains

(http://www.journalderosemont.com/imgs/dynamique/articles/gros/DetrakDanse_photoRedukto.jpg)

 

 

Capacité de se maintenir en vie en puisant dans l'environnement l'énergie nécessaire (métabolisme et homéostasie)

 

Le métabolisme est l'ensemble des réactions biochimiques et des transferts d'énergie qui se déroulent de manière continue dans les cellules et chez les organismes vivants. On distingue deux grandes catégories : le catabolisme (dégradation de molécules organiques complexes en molécules plus simples) et l'anabolisme (synthèse de molécules organiques complexes à partir de molécules plus simples et d'énergie). Toutes les cellules et systèmes d'un organisme contribuent à l'homéostasie, c'est-à-dire au maintien de la stabilité du milieu interne malgré les changements externes.

 

 
Métabolisme
 

Schématisation du métabolisme. Chaque

point représente une molécule organique.

Chaque ligne représente une réaction

biochimique catalysée par une enzyme.

(http://stl_bjb.ac-dijon.fr/bioch/image/metabolisme.jpg)

 

 

Capacité de digestion

 

La digestion est un processus au cours duquel un organisme hétérotrophe ingurgite des aliments (eau, molécules organiques et minéraux), les transforme en nutriments et absorbe sélectivement ces derniers. La digestion a lieu dans un système digestif qui peut être une vacuole digestive d'une bactérie ou le tube digestif humain qui mesure plusieurs mètres.

 

 
Digestion
 

Système digestif

(http://www.courscollegesvt.com/animations/images/digestion_generarl_anim.gif)

 

 

Excrétion

 

L'excrétion est l'élimination d'une portion des déchets du métabolisme (principalement celui des protéines et de l'urée) ce qui permet de maintenir l’osmolarité du milieu intérieur.

 

 
Système rénal
 

Système urinaire

(http://www.ors.od.nih.gov/medart/portfolio/Donny/renal_system.jpg)

 

 

Reproduction

 

La reproduction est l'ensemble des processus par lesquels une espèce se perpétue, en produisant de nouveaux individus. C'est une caractéristique fondamentale de la vie qui permet de transmettre le matériel génétique à sa descendance.

 

 
Reproduction
 

Reproduction

(http://www.perigord.tm.fr/~ecole-scienc/pages/activite/corps_humain/ Reproduction_CH_pdf/Lions_copulation.jpg)

 

 

Croissance

 

La croissance est l'augmentation de la taille. Elle est réalisée grâce à l'anabolisme et nécessite de l'énergie apportée par la digestion et l'absorption des aliments. Elle peut être régulée par des hormones de croissance chez les organismes pluricellulaires.

 

 
Croissance
 

Anneaux de croissance d'un arbre

(http://www.univ-ubs.fr/ecologie/Photos/croissance3.jpg)

 

 

Mort

 

La mort d'un organisme vivant est l'arrêt irréversible de ses fonctions vitales qui est suivie de la décomposition par les décomposeurs (vers, bactéries, etc.) qui transforment la matière organique en matière inorganique. C'est une conséquence inévitable de la vie!

 

 
Mort
 

Représentation de la mort

(http://www.joennes-shop.dk/images/iron_maiden/Live-After-Death.jpg)

 

 

Niveaux d'organisation

 

Dans notre univers, la matière est très organisée. D'après les connaissances actuelles, les plus petits éléments de matière sont les fermions et le plus grand est l'univers.

 

Qui sait, les fermions sont peut-être des univers pour

certains et notre univers un fermion pour d'autres?

Fermions

 

On classe les particules élémentaires en deux grandes familles : les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules à spin demi-entier (c'est-à-dire 1/2, 3/2, 5/2...). Les fermions se regroupent en deux familles : les leptons, qui ne sont pas soumis à l'interaction forte et les quarks, qui sont soumis à toutes les interactions de la nature.

 

Fermions
 

Fermions

(http://www.onversity.net/image/articles/a200520/fermion_boson.png)

 

 

Éléments subatomiques (protons, neutrons, électrons)

 
Proton
 

Le proton fut découvert en 1919 par le Montréalais Ernest Rutherford. Les protons sont composés de deux quarks up et d'un quark down maintenus ensemble par la force forte, transportée par les gluons. En biochimie, " proton " peut signifier l'ion hydrogène (H+) en solution aqueuse.

 

 
Quark
 

Proton

(Wikipedia)

 

 
Neutron
 

Comme son nom l'indique, le neutron est neutre (pas de charge électrique ni positive, ni négative). Un neutron est formé d'un quark up et de deux quarks down.

 

 
neutron
 

Neutron

(http://www.scifun.ed.ac.uk/card/images/left/neutron.jpg)

 

 
Électron
 

L'électron fait partie de la famille des leptons. Il possède une charge électrique élémentaire de signe négatif. Les électrons gravitent autour du noyau de l'atome.

 

 
 

Électron

 

 

Atomes

 

L'atome est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un noyau composé de protons et de neutrons autour desquels se trouvent des électrons. Les atomes constituent la matière et forment les molécules en partageant des électrons. L'atome et ses constituants sont étudiés par la physique et la chimie.

 

 
atome
 

Atome

(http://astro-canada.ca/_fr/_illustrations/a3100_atome_fr_m.jpg)

 

Molécules

 

Une molécule est un assemblage d'atomes dont la composition est donnée par sa formule chimique. Tous les autres éléments qui suivent sont constitués de molécules. Les molécules sont étudiées par la chimie, la biologie et la biochimie.

 

 
Molécule (lactose)
 

Molécule de lactose

 

 

Organites

 

Un organite est une structure spécialisée retrouvée dans le cytoplasme des cellules eucaryotes généralement délimité par une membrane. Les mitochondries et les chloroplastes sont des exemples d'organites.

 

 

Mitochondrie

 

Un organite : la mitochondrie

(Wikipedia)

 

 

Cellules

 

La cellule est l'unité structurale, fonctionnelle et reproductrice de tout être vivant. La cellule est la plus petite entité vivante qui, dans le cas d'organismes multicellulaires, fonctionne de manière autonome, mais coordonnée avec les autres. La science qui étudie les cellules et leurs organites est la cytologie.

 

 
Cellule eucaryote animale
 

Modèle théorique de cellule animale

(Wikipedia)

 

 

Tissus

 

Un tissu est un ensemble de cellules semblables ou identiques qui ont une fonction commune. La science qui étudie les tissus est l'histologie.

 

 
Tissu adipeux
 

Tissu adipeux

 

 

Organes

 

Un organe est une partie d'un système vivant. Il est formé généralement d'au moins trois tissus qui assurent une fonction commune. Le coeur et les reins par exemple sont des organes.

 

 
Coeur
 

Schéma du coeur humain

(Wikipedia)

 

 

Systèmes

 
Un système est un ensemble d'organes qui ont une fonction commune. Le système cardio-vasculaire a pour fonction d'assurer le transport des nutriments, déchets, gaz et hormones chez l'humain par exemple.

 

 
Système cardio-vasculaire
 

Système cardio-vasculaire

(http://www.besthealth.com/besthealth/bodyguide/reftext/images/8747.jpg)

 

 

Organismes

 

Un organisme est un être vivant autonome qui peut être unicellulaire (bactérie, levure, etc.) ou pluricellulaire (végétal ou animal). Dans ce dernier cas, il est un ensemble de systèmes plus ou moins complexes formant un ensemble stable. La conservation d'un milieu interne stable nécessite un apport constant d'énergie.

 

 
Angelina Jolie
 

Angelina Jolie est un joli exemple d'organisme!

(http://www.jurassicpunk.com/stars/angelinajolie/angelina_jolie_9.jpg)

 

 

Populations

 

Une population est un ensemble d'individus de la même espèce vivants dans un endroit donné à un moment donné. La population humaine est étudiée par la démographie, la sociologie, la géographie humaine et la biologie des populations.

 

 
Population
 

Une population

(http://www.plainecommune.fr/gallery_images/site_1/1824/foule_concert2.jpg)

 

 

Communautés

 

Une communauté est constituée de l'ensemble des populations qui vivent dans un endroit donné. Ainsi, la communauté urbaine de Montréal du point de vue de la biologie comprend des populations de chiens, de chats, d'écureuils, de perruches, de rats, d'humains, de bactéries, etc.

 

 
communauté
 

Un exemple créatif de communauté

(Photographie trouvée sur une plage de République Dominicaine)

 

 

Écosystèmes

 

Un écosystème est un ensemble formé par une communauté d'organismes vivants (biocénose) et leur milieu environnant (biotope) où les éléments le constituant développent un réseau d'interdépendances qui permet le maintien et le développement de la vie. Un lac, un parc et un récif de corail sont des écosystèmes.

 

 
Écosystème

Saviez-vous que le corail

est un animal?

Un récif de corail, un écosystème fragile.

(Wikipedia)

 

 

Biomes

 

Un biome est un ensemble d'écosystèmes caractéristique d'une aire biogéographique. Il dépend de la végétation, des espèces animales qui y vivent, du climat et du sol. Les biomes terrestres sont étudiés par la science de la biogéographie. La forêt boréale, le désert du Sahara et les prairies canadiennes sont des biomes.

 

 
Biomes
 

Les biomes terrestres

(Wikipedia)

 

 

Biosphère

 

La biosphère est l'espace où l'on retrouve la vie et le processus auto-entretenu (depuis plus de 3 milliards d'années) de la vie sur la planète Terre. Elle se compose de la lithosphère (sol), de l'hydrosphère (eau) et d'une partie de l'atmosphère (air). La biosphère est le résultat de l'action d'une très grande variété d'organismes et d'espèces vivantes qui tire une grande partie de son énergie du Soleil.

 

 
Biosphère
 

Biosphère

(http://www.biosphere-canada.ca/publications/newsletters-bulletins/13/images/earthpic.jpg)

 

 

Planètes

 

Selon la dernière définition de l'Union astronomique internationale (UAI), « une planète est un corps céleste : qui est en orbite autour du Soleil ; qui possède une masse suffisante pour que sa gravité l'emporte sur les forces de cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique (forme sphérique) ; qui a éliminé tout corps se déplaçant sur une orbite proche ».

 

 
Planètes
 

Notre système solaire

(http://imagecache2.allposters.com/images/pic/EUR/2400-1000~Nasa-Solar-System-Posters.jpg)

 

 

Galaxies

 

Dans notre univers, les étoiles sont généralement regroupées au sein de vastes ensembles appelés galaxies. La Voie lactée, la galaxie dans laquelle se trouve notre système solaire, compte environ quelques centaines de milliards d'étoiles.

 

 
Galaxie

Quelles sont les forces qui interagissent à chacun des

niveaux que nous venons de voir?

 

Quelles sont les spécialités scientifiques propres à chaque niveau?

Une galaxie près de chez vous

(http://www.astronomes.com/i5_galaxies/ngc1232.jpg)

 

 

Univers

 

L'univers est l'ensemble de la matière distribuée dans le temps et dans l'espace. Elle est étudiée par la cosmologie. On ne connaît que notre univers. Peut-être en existe-t-il d'autres?

 

 
Histoire de l'univers

Révisez vos connaissances

 

Univers

(http://www.astrosurf.com/luxorion/Images/bigbang-histoire.jpg)

 

 

Taxinomie

 

La taxinomie est la science qui a pour objet la description des organismes vivants et de les regrouper en entités appelées taxons (familles, genres, espèces, etc.) afin de pouvoir les nommer et les classer.

 

 

Domaines

 

Sur notre planète, on retrouve 3 domaines :

  • les archéobactéries
  • les bactéries
  • les eucaryotes

 

 

Règne

 

Le règne est le second niveau de classification des êtres vivants.

 

 

On compte 6 règnes :

  • les archéobactéries
  • les bactéries
  • les protistes (eucaryotes unicellulaires)
  • les champignons (eucaryotes multicellulaires, hétérotrophes et absobotrophes décomposeurs)
  • les végétaux (eucaryotes multicellulaires, autotrophes producteurs)
  • les animaux (eucaryotes multicellulaires, hétérotrophes consommateurs)

 

 

Les règnes sont divisés en embranchements, classes, ordres, famille, genre et espèce. Plus on descend dans la hiérarchie, plus les caractéristiques sont spécifiques, plus on monte, plus les caractéristiques sont générales.

 

 
classification
 

Niveaux de classification

(http://ithacasciencezone.com/biozone/lessons/02class/taxonomy/animalia.gif)

 

 

On regroupe généralement la classification sous forme d'arbre du vivant.

 

 
Arbre du vivant

En quoi le système de

code postal canadien

ressemble-t-il à la

taxinomie du vivant?

 

Arbre du vivant

(http://perso.orange.fr/gonzales.manuel/textes/la%20mer/arbre_du_vivant.jpg)

 

 

Classification

 

Voici un exemple de classification pour la paruline à gorge orangée :

 

 
Paruline à gorge orangée
 

Paruline à gorge orangée (Dendroica fusca)

(Wikipedia)

 

 
  Règne : Animal
  Embranchement: Chordés
  Classe : Oiseaux
  Ordre : Passeriformes
  Famille : Parulidés
  Sous-famille : Paruline
  Genre : Dendroica
  Espèce : fusca
 
   

Lorsqu'on désigne une espèce par son nom latin, on doit le mettre en italique (ou le souligner). Les noms de règne, d'embranchement, de classe, d'ordre, de famille, de sous-famille et de genre débutent par une lettre majuscule tandis que le nom de l'espèce débute toujours par une minuscule (Escherichia coli). Lorsqu'on ne connaît pas le nom de l'espèce ou que l'on désire désigner le genre, on peut utiliser l'abréviation " sp. " (Escherichia sp.)