Nous allons étudier la vie, mais qu'est-ce que la vie ? Si vous y réfléchissez, la vie n'est pas facilement définissable. Et pourtant, d'instinct, vous allez facilement trier ce qui est vivant de ce qui ne l'est pas. Vous savez tous qu'un singe, une chenille ou une plante sont vivants, alors qu'un caillou, même un gros caillou, ne l'est pas.
La vie est un phénomène complexe qui ne peut pas être défini en quelques mots, mais en revanche, les êtres vivants se distinguent du non-vivant par un certain nombre de choses qu'ils sont capables de faire. Voyons quelles sont ces propriétés qu'ils ont en commun et qui permettent de définir la vie. Soyez conscient qu'aucune de ces propriétés prises séparément n'est suffisante pour définir la vie.
Première propriété, l'ordre. Tous les êtres vivants sont hautement ordonnés. On peut dire que l'ordre caractérise le vivant alors que l'univers, vous le savez, évolue dans un désordre croissant. Les êtres vivants luttent contre cet accroissement du désordre. Ils dépensent une énergie considérable pour maintenir un état ordonné.
Cet état, nous y reviendrons, résulte des différents niveaux d'organisation du vivant. Pour illustrer cet ordre, j'ai mis un gros plan sur la peau d'un serpent, et plus précisément sur ses écailles, qui forment, comme vous le voyez, une structure hautement ordonnée. Autre propriété, l'adaptation évolutive.
Tous les organismes vivants interagissent avec leur environnement. Et par environnement, j'entends non pas uniquement le milieu physique, mais également les autres organismes vivants. La conséquence de ces interactions est que les organismes vivants sont adaptés à leur environnement.
Ceux qui ne sont pas ou mal adaptés à leur environnement sont éliminés. Les filies, par exemple, pour échapper à leurs prédateurs, se confondent avec leur environnement. Celles qui ne se confondent pas avec leur environnement sont repérées plus rapidement par les prédateurs et sont éliminées. Vous voyez que les nervures qui parcourent leurs ailes sont disposées comme les nervures des feuilles sur lesquelles elles vivent. Les pattes elles-mêmes ressemblent à des morceaux de feuilles, ce qui renforce davantage le mimétisme.
En plus d'être adaptés à leur environnement, les êtres vivants sont capables de réagir à une stimulation provenant de leur environnement. Cette propriété est la sensibilité. Voici une dionée. C'est une plante carnivore. Dès qu'un insecte touche un des poils sensitifs de la dionée, le mécanisme de fermeture est enclenché, mais ce n'est qu'après un second contact dans un temps relativement court que le piège se referme.
Ce mécanisme prémunit la plante d'une dépense d'énergie inutile en empêchant la plante de se refermer inutilement, par exemple suite à un contact avec une feuille morte. Si une feuille morte touche la plante, il est inutile que la plante se referme parce qu'elle n'en tirera aucun profit. Une autre propriété est l'homéostasie. Tous les organismes vivants sont capables de maintenir un certain nombre de paramètres internes relativement constants à une valeur différente de celle du milieu environnant.
Toutefois, dans certaines limites. Par exemple, vous savez tous que les mammifères maintiennent leur température corporelle plus ou moins constante. Cette propriété s'appelle l'homéothermie.
Elle a ses limites. Si vous placez votre chat dans un congélateur, il finira par geler, mais moins vite qu'une tortue, qui elle n'est pas capable de produire sa chaleur. Pour illustrer cette propriété, j'ai mis un lièvre de Californie.
Cet animal a de très longues oreilles qui lui permettent de dissiper un excès de chaleur quand il fait chaud, ce qui l'aide à maintenir sa température corporelle constante. Autre propriété, l'utilisation d'énergie. Tous les organismes vivants consomment de l'énergie. Cette énergie leur permet d'accomplir diverses activités et également de maintenir leurs structures ordonnées. Ce colibri puise son énergie dans le nectar des fleurs.
Remarquez en passant la forme du bec qui est une adaptation évolutive. Ce bec long et effilé permet au colibri d'aspirer le nectar des fleurs dont le col est long et étroit. Le colibri, d'autre part, est capable de butiner en vol stationnaire. Il vole sur place, ce qui lui permet de se maintenir au-dessus de la fleur lorsqu'il se nourrit. Le métabolisme du colibri est particulièrement rapide.
En moyenne, il consomme la moitié de son poids en sucre chaque jour. En comparaison, un homme de taille moyenne devrait avaler environ 130 kg de hamburger chaque jour. Une autre propriété des organismes vivants est la reproduction.
Tous les organismes vivants sont capables de se reproduire. Ils contiennent des molécules informatives héritées de leurs parents qu'ils transmettent en partie ou en totalité à leurs descendants, ce qui leur permet de générer des organismes qui leur ressemblent ou qui leur sont identiques. C'est de cette façon que les espèces se perpétuent. Vous savez qu'à l'inverse, les structures non vivantes ne se reproduisent pas. On dit que la matière existe en quantité finie.
Pour illustrer la capacité de se reproduire, j'ai mis un signe et c'est petit. Tous les organismes vivants sont également capables de se développer et de croître. L'information qui dirige le développement et la croissance, comme par exemple le développement de la chenille en papillon illustrée ici, est contenue dans les molécules informatives héritées des parents et transmises par les enfants. Tout est rigoureusement codé. Mauvaise nouvelle pour vous, l'étude de la vie que nous allons entamer cette année est vaste.
Elle s'étend de la planète, considérée comme une entité vivante, ce que nous appelons la biosphère, jusqu'au niveau moléculaire et même atomique des cellules. Je vous ai dit que les êtres vivants sont hautement ordonnés. Cet ordre est en partie la conséquence de son organisation en plusieurs niveaux.
Ce sont ces niveaux d'organisation qui rendent en partie la vie complexe. J'ai mis une pyramide pour illustrer cette caractéristique, car l'organisation de ces niveaux est hiérarchisée, c'est-à-dire que chaque niveau se construit sur le niveau sous-jacent. Voyons quels sont ces différents niveaux.
Tout d'abord, les atomes. Les atomes sont les éléments fondamentaux de la matière. Ils se lient pour former des molécules, qui en s'associant forment des molécules plus grosses, appelées macromolécules.
Les macromolécules s'assemblent et forment des structures microscopiques dont font partie les organites des eucaryotes. Pour illustrer les organites, j'ai mis des mitochondries. Les organites sont intégrés dans une unité délimitée par une membrane, qui est la cellule.
La cellule constitue l'unité fondamentale du vivant. J'ai mis une cellule nerveuse, aussi appelée neurone. Les neurones se caractérisent par leurs nombreux prolongements.
Plusieurs prolongements courts, appelés dendrites, et un long prolongement unique, appelé axone. Ces niveaux d'organisation spécifient l'organisation de la cellule. On les appelle les niveaux cellulaires. Au-delà des niveaux observés à l'échelle cellulaire, il y a les niveaux observés à l'échelle de l'organisme.
Je repars du niveau cellulaire avec l'exemple des neurones. Les cellules s'associent en tissus, et plusieurs tissus différents s'associent pour former les organes. Notre cerveau, par exemple, est un organe constitué de tissus nerveux, mais aussi de tissus de protection et de soutien.
Les organes se regroupent en systèmes d'organes. Notre système nerveux, par exemple, comprend non seulement l'encéphale et la moelle épinière, mais aussi les ganglions nerveux et les nerfs qui transmettent les signaux d'un tissu à l'autre. L'ensemble formé par tous les systèmes constitue l'organisme individuel, que j'ai illustré ici par un manchot empereur.
Au-delà des organismes, on distingue également plusieurs niveaux. Ils constituent les niveaux de la biosphère. Les organismes de même type qui vivent au même endroit forment une population. Je vous rappelle en passant que l'ensemble des populations d'un même type d'organisme constituent une espèce. Une des définitions de l'espèce est que les organismes qui la constituent sont capables d'engendrer une descendance viable et féconde dans des conditions naturelles.
Étant donné que les populations qui constituent une espèce peuvent être situées à des endroits très distants, les espèces ne constituent pas un niveau d'organisation du vivant. Par contre, nous verrons qu'elles interviennent dans la classification du vivant. Plus haut dans la hiérarchie, au-dessus du niveau des populations, on trouve les communautés biologiques.
Les communautés biologiques comprennent les populations des différentes espèces qui vivent à un même endroit. J'ai mis plusieurs populations présentes en Antarctique. L'Antarctique est le continent le plus méridional de la Terre. Il est situé autour du pôle Sud.
Il est entouré par l'océan Austral, qu'on appelle également l'océan Antarctique, et bordé par les mers de Ross et de Weddell. Le niveau suivant est l'écosystème. Un écosystème est constitué d'une communauté biologique ainsi que de son habitat. Dans mon exemple, il s'agit du continent antarctique et de l'eau qui l'entoure. Donc l'écosystème regroupe l'habitat, aussi appelé biotope, et la communauté biologique qui s'y trouve, aussi appelée biocénose.
Ensuite, l'ensemble des écosystèmes de la planète forment la biosphère. La biosphère comprend tous les environnements qui abritent la vie et toutes les formes de vie qui s'y trouvent. Les environnements de la biosphère incluent les régions terrestres, la plupart des étendues d'eau, ainsi que l'atmosphère jusqu'à une altitude de quelques kilomètres. Cette DIA reprend les différents niveaux d'organisation du vivant.
La vie repose sur l'intégrité de chaque niveau. Je m'explique ? Si on détruit l'intégrité structurelle d'un organisme vivant en lui enlevant un organe vital par exemple, il meurt.
On ne peut pas faire de parallélisme avec le non-vivant. Vous savez tous que si on casse une roche en deux, les deux morceaux garderont les propriétés de la roche initiale. C'est ça. L'étude de chaque niveau d'organisation, et donc de chaque niveau de complexité du vivant, est l'objet de différentes sciences spécialisées, dont plusieurs vous seront enseignées au cours de votre cursus.
Les concepts généraux de biologie que nous allons voir cette année constituent pour la plupart le point de départ de ces matières spécialisées. C'est la raison pour laquelle le cours de biologie est important. Il est important car il constitue la porte d'entrée de vos études en médecine.
Il est aussi important parce que c'est probablement le seul moment au cours de vos études où vous aurez une vue d'ensemble de toutes les sciences médicales. Dès le deuxième quatrimestre, vous allez suivre plusieurs cours spécialisés et vous risquez de perdre cette vue d'ensemble qui pourtant est nécessaire pour avoir une vision globale de la vie et de ses dysfonctionnements. ce qui est important pour être un bon médecin.
Autre caractéristique importante du vivant, les propriétés émergentes. Les propriétés émergentes ne sont pas caractéristiques du vivant, mais ils y jouent un rôle important. Sur cette dias, on reprit les niveaux d'organisation du papillon. Vous voyez qu'à chaque fois qu'on monte d'un niveau dans l'organisation biologique, de nouvelles propriétés apparaissent. Ces propriétés sont plus que la somme du niveau précédent.
Pourquoi ? Parce qu'elles résultent de l'arrangement et des interactions des différents constituants du niveau qui précède. Ces propriétés sont qualifiées de propriétés émergentes.
Elles ne peuvent pas être déduites par la simple observation des constituants du système. Par exemple, en observant chacun de ces atomes individuellement, je ne pourrais pas en déduire la forme de la molécule qu'ils vont constituer. Pourquoi ?
Parce que cette molécule résulte d'un arrangement spécifique des atomes entre eux. Et donc au final, un organisme vivant est bien plus que la somme de ses différentes parties. Je vous ai dit que les propriétés émergentes ne sont pas spécifiques du vivant.
On peut se rendre compte de l'importance de l'arrangement des différents composants d'un système en comparant une boîte de Lego non montée avec la maquette finale. A chaque étape de montage apparaissent de nouvelles propriétés que ne laissaient pas présager l'observation initiale des différents blocs. Les propriétés de la maquette sont donc plus importantes que la somme des propriétés des différents blocs. J'en arrive à une des caractéristiques les plus importantes des êtres vivants et, à mon sens, la plus extraordinaire. Il s'agit de leur unité, c'est-à-dire de tout ce que les êtres vivants ont en commun.
Même si les différentes formes de vie présentent une grande diversité, toutes partagent un certain nombre de caractéristiques, ce qui suggère que la vie sur Terre a démarré à partir d'un nombre limité de formes de vie. On estime que la vie était déjà présente sur Terre il y a 2,5 milliards d'années. Certains avancent même 3,5 milliards d'années, mais l'épreuve de vie datant de cette époque reste en partie controversée aujourd'hui.
L'unité du vivant s'observe à différents niveaux et notamment au niveau cellulaire. La cellule constitue l'unité fondamentale de tous les êtres vivants. Ce concept est à la base de la théorie cellulaire.
On doit la théorie cellulaire à plusieurs scientifiques, mais trois se distinguent. Tout d'abord, Schwenn, qui a montré que tous les tissus végétaux sont faits de cellules. Et ensuite, Schwenn, qui un an plus tard est arrivé à la même conclusion pour les animaux.
Ils sont à l'origine des deux premiers axiomes de la théorie cellulaire. Premièrement, la cellule est la plus petite entité vivante. En dessous du niveau cellulaire, la vie est impossible.
Un chloroplaste par exemple, et d'une façon plus générale un organite, ne peut fonctionner que s'il est intégré dans une cellule. Deuxièmement, tous les êtres vivants sont composés de cellules, voire d'une seule cellule pour les plus simples. Virchow a proposé ensuite que toute cellule dérive d'une autre cellule. Il a énoncé cette proposition en latin.
Il s'agit de la célèbre phrase omnis cellulae e cellula Toute cellule provient d'une autre cellule. En résumé, la cellule est l'unité de base du vivant et toutes les cellules vivantes actuelles proviennent de cellules préexistantes. Cette théorie peut vous paraître simpliste, mais elle est importante, car elle s'est opposée à la théorie de la génération spontanée, encore défendue à cette époque par de nombreux scientifiques. La théorie de la génération spontanée propose que les organismes vivants les moins complexes se forment à partir de matières minérales sans l'intervention d'autres organismes vivants.
Cette théorie a été réfutée par Pasteur en 1861, ce qui a permis de confirmer l'axiome proposé par Virchow. Et pour la petite histoire, le monsieur Schwenn dont il est question ici est le même monsieur Schwenn qui a découvert les cellules de soutien du système nerveux périphérique, qui assurent la myélisation de l'axone des neurones. Vous vous souvenez probablement de ces cellules. Elles s'enroulent autour de l'axone des neurones pour former une gaine isolante qui augmente la vitesse de conduction de l'influx nerveux. La cellule est l'unité fondamentale du vivant, aussi bien au niveau structurel que fonctionnel.
C'est attesté par le fait que les plus petits organismes vivants sont formés d'une seule cellule. Ce sont les unicellulaires. L'organisation de la cellule peut être relativement simple. C'est le cas des cellules prokaryotes, comme par exemple ces bactéries, qui sont des écheriches à coller.
L'organisation de la cellule peut aussi être plus complexe. C'est le cas des cellules eucaryotes, comme par exemple ces euglènes. Les euglènes vivent dans l'eau et s'y déplacent grâce à leur flagelle, que l'on devine ici. Je vais faire un bref rappel des deux types d'organisation cellulaire. Voici un exemple.
Sachez tout d'abord que c'est l'observation des cellules au microscope qui a permis de distinguer les deux types d'architectures cellulaires, prokaryotes et eukaryotes. Les termes prokaryotes et eukaryotes, vous le savez probablement, se réfèrent respectivement à l'absence et à la présence d'un noyau. Parmi les points communs aux deux types d'organisations cellulaires, un milieu internaqueux de consistance gélatineuse appelée cytosol, délimité par une membrane appelée membrane plasmique, et la présence d'ADN.
C'est l'ADN qui contient l'information héréditaire. Héréditaire signifie que cette information est susceptible d'être transmise d'une génération à l'autre. Les organismes vivants sont composés soit d'une cellule prokaryote, soit d'une ou plusieurs cellules eukaryotes.
Donc il n'y a pas d'organisme pluricellulaire prokaryote, les prokaryotes sont exclusivement unicellulaires. La cellule prokaryote a une ultrastructure plus simple et est en moyenne 10 fois plus petite que la cellule eukaryote. Sa taille moyenne est de 1 à 10 micromètres de diamètre.
Sa membrane plasmique est doublée d'une paroi cellulaire rigide. Le cytosol, comme celui de la cellule eucaryote, est aqueux et visqueux. La viscosité du milieu intracellulaire est due à tout ce qu'il contient.
Des molécules organiques et des ions, des inclusions formées par l'accumulation de molécules qui, si elles sont présentes en grande quantité, peuvent former des granulations. Il y a également des enzymes qui catalysent les réactions du métabolisme cellulaire, des ribosomes et des ARN de transfert qui sont nécessaires pour exprimer l'information génétique. Cette information est elle aussi contenue dans le cytosol, le plus souvent sous la forme d'un chromosome circulaire et éventuellement de petits plasmies.
Donc il n'y a pas de noyau et d'une façon plus générale, il n'y a pas de compartiment au membranaire interne distinct dans une cellule prokaryote. La cellule eucaryote a une taille en moyenne plus importante que la cellule prokaryote. Son diamètre moyen se situe entre 20 et 50 micromètres, mais la fourchette est plus large, elle va de 10 à 100 micromètres.
Ce sont également des valeurs que vous devez retenir. La taille de certaines cellules est hors norme. J'ai mis comme exemple chez l'humain les motoneurones du nerf sciatique.
Ils atteignent pratiquement 1 mètre de longueur. Les cellules sont en moyenne plus grandes que La cellule eucaryote est entourée par une membrane plasmique dont l'organisation est semblable à celle de la cellule prokaryote. Nous y reviendrons. Il y aura un chapitre entier consacré aux membranes biologiques. La membrane plasmique peut être doublée par une paroi, mais ce n'est pas une généralité et la paroi quand elle est présente diffère de celle des prokaryotes.
Le cytosol se différencie de celui de la cellule prokaryote par la présence d'un cytosquelette de nature protéique et par la présence d'organites. Les organites sont des compartiments internes délimités par une ou deux membranes. Chacun des organites assure une ou plusieurs fonctions spécialisées.
Le plus gros des organites est le noyau. Il est délimité par une double membrane appelée enveloppe nucléaire. Et c'est dans le noyau que se trouvent les molécules informatives d'ADN. Une autre caractéristique importante de la vie est qu'elle se perpétue. La vie se perpétue grâce aux molécules informatives que nous héritons de nos parents et dont nous transmettons une partie à nos descendants.
Chaque cellule contient toute l'information nécessaire à son bon fonctionnement. Toutes les cellules vivantes, du moins celles présentes sur Terre aujourd'hui, stockent cette information sous forme d'ADN. Chez les prokaryotes, il s'agit le plus souvent d'une molécule circulaire unique, mais il y a des exceptions.
Cette molécule est contenue dans le cytosol, dans une région particulière qui n'est pas délimitée par une membrane. Cette région est dénommée zone nucléoïde. Chez les eucaryotes, l'information est généralement répartie sur plusieurs molécules d'ADN linéaires qui sont contenues dans le noyau. Le noyau est délimité par une double membrane appelée enveloppe nucléaire. Voyons maintenant grossièrement comment s'exprime l'information contenue dans l'ADN.
Ce schéma représente une cellule avec son noyau et à l'intérieur de celui-ci l'ADN. Il s'agit d'une cellule eucaryote puisqu'il y a un noyau. Cet ADN nucléaire est réparti sur plusieurs éléments microscopiques appelés chromosomes. Les chromosomes sont présents durant tout le cycle de la cellule, mais ils ne peuvent être visualisés au microscope que lorsque la cellule se divise. Donc quand ils ne sont pas visibles, ils sont malgré tout présents.
Je le précise parce que c'est une erreur fréquente des étudiants. Beaucoup d'étudiants pensent que les chromosomes se matérialisent au moment de la division cellulaire. Chaque chromosome est constitué principalement d'ADN associé à des protéines et un peu d'ARN.
L'ADN est une structure en doublée lisse qui est schématisée ici. Les unités d'information sont appelées gènes. L'ADN des chromosomes contient des centaines voire des milliers de gènes, mais la densité génique diffère d'un chromosome à l'autre.
Certains chromosomes contiennent plus de gènes que d'autres. On distingue deux types de gènes, les gènes codants et les gènes non codants. Un gène codant est une portion d'ADN qui code pour une protéine par l'intermédiaire d'un ARN dit messager. Cette portion d'ADN contient toutes les informations nécessaires pour synthétiser une protéine particulière.
Les gènes non codants ont été décrits plus récemment, ils sont beaucoup moins nombreux. Ces gènes se distinguent par le fait qu'ils codent un ARN qui est fonctionnel et qui donc ne nécessite pas d'être traduit en protéine pour assurer sa fonction. Ce qu'il faut retenir à ce stade, c'est que le passage ARN-protéine n'est pas un passage obligé.
Voyons maintenant comment l'information génétique est contenue dans l'ADN. La capacité de l'ADN à stocker de l'information est directement liée à sa structure moléculaire. L'ADN est constitué de quatre unités structurales, quatre blocs appelés nucléotides.
Les nucléotides sont symbolisés par les lettres A, T, C et G. C'est la succession de ces quatre nucléotides dans un ordre particulier qui constitue l'information génétique. C'est exactement la même chose que les lettres de l'alphabet qui se combinent pour former des mots particuliers. De la même façon, on peut se demander comment l'information est contenue dans une protéine.
Les protéines, elles, sont constituées par la succession dans un ordre particulier d'unités structurelles qu'on appelle acides aminés. 20 acides aminés différents peuvent être incorporés dans les protéines, mais une protéine ne contient pas nécessairement les 20 types d'acides aminés. Chaque acide aminé est plus ou moins représenté dans une protéine, voire absent.
C'est la séquence des nucléotides le long de l'ADN qui détermine la séquence des acides aminés dans la protéine correspondante. Comment la cellule extrait-elle l'information contenue dans un langage génétique à 4 nucléotides et parvient-elle à transposer cette information dans un langage protéique à 20 acides aminés ? Et bien tout simplement grâce à un code, le code génétique. Voici le code génétique. Il s'agit d'un code à trois nucléotides, c'est-à-dire que l'enchaînement de trois nucléotides particuliers spécifie un acide aminé bien précis.
Un rapide calcul nous indique qu'un code à trois nucléotides permet 64 combinaisons. Il y a quatre possibilités pour le premier nucléotide, puisqu'il a quatre nucléotides différents, quatre possibilités pour le second, et quatre pour le troisième. Donc 64 combinaisons pour 20 acides aminés, ce qui veut dire que le code génétique est redondant. Plusieurs triplés de nucléotides codent le même acide aminé. Toutes les combinaisons possibles de triplés de nucléotides de l'ARN messager sont reprises dans ce tableau.
L'ARN, tout comme l'ADN, est un acide nucléique qui est constitué de 4 nucléotides symbolisés par les lettres A, U, G et C. Dans l'ARN, le nucléotide qui porte la base uracile et qui est symbolisé par la lettre U remplace le désoxyribonucléotide qui porte une base thymine symbolisée par la lettre T. Vous voyez que l'allocine est codée par six triplets de nucléotides différents. Et vous pouvez observer également que le troisième nucléotide est souvent au choix.
Il y a des exceptions, le tryptophan par exemple est codé par un seul triplet de nucléotides. Le même code génétique est partagé par presque tous les êtres vivants, ce qui suggère qu'il est apparu tôt dans l'histoire de la vie, qu'il était présent dans les premières formes de vie, qu'ils l'ont ensuite transmis à leurs descendants. D'autre part, cette stabilité dans le temps témoigne qu'il est essentiel à la vie, puisqu'il a été conservé tel quel au fil du temps. Tous les organismes qui ont divergé de ce code ont été éliminés, ou du moins n'ont pas été capables de transmettre leur divergence.
Sachez qu'il existe malgré tout de légères variations dans le code génétique des gènes nucléaires de certains eukaryotes unicellulaires, comme par exemple la paramécie, que vous aurez l'occasion d'observer au TP. Il existe également des petites différences avec le code génétique des mitochondries et des chloroplastes de certaines espèces. J'en arrive à la distinction entre deux termes très importants.
Il s'agit du génotype et du phénotype. Je vous ai dit que l'information héréditaire d'une cellule est contenue dans son ADN. L'ensemble de cette information est appelé génotype.
Par opposition, le phénotype désigne l'ensemble des caractères observables d'un être vivant. Observable est utilisé dans un sens large. Il s'agit des caractères physiques, microscopiques et microscopiques, mais aussi biochimiques.
L'aspect physique est le reflet des protéines que contient l'organisme vivant, mais n'oublions pas que les protéines sont codées par l'ADN par l'intermédiaire de l'ARN messager. L'ARN messager permet d'utiliser l'information contenue dans l'ADN pour synthétiser des protéines. Les protéines assurent la presque totalité des activités cellulaires. Ce sont véritablement les ouvriers de la cellule.
On peut comparer tout cela à quelque chose que vous connaissez bien. L'ADN peut être comparé au disque dur de votre ordinateur. L'ARN peut être comparé aux programmes qui vous permettent d'utiliser l'information de votre disque dur.
Et les protéines peuvent être comparées aux fichiers qui vous permettent de travailler. Pour que la vie se perpétue, l'information génétique doit être transmise des parents à leurs descendants. Voyons comment ça se passe. L'adène du spermatozoïde et l'adène de l'ovule sont réunis dans la première cellule de l'individu. Cette cellule est le zygote.
Le zygote résulte de l'union des gamètes. Comment cette information se retrouve-t-elle ensuite dans toutes les cellules de l'individu ? L'ADN nucléaire est systématiquement répliqué, c'est-à-dire recopié, avant que la cellule ne se divise.
La cellule dispose ainsi de deux copies de toute l'information génétique. Lors de la division cellulaire, une copie est transmise à chacune des deux cellules phi, ce qui fait que toutes les cellules issues de la division du zygote, et donc toutes les cellules de l'organisme, contiennent l'information géétique contenue initialement dans le zygote. Cette information étant unique, nous verrons par la suite pourquoi, chaque individu est obligatoirement unique. L'unité du vivant se reflète à différents niveaux.
Au niveau cellulaire, nous l'avons vu, mais aussi au niveau moléculaire. Le stockage de l'information héréditaire dans l'ADN et la gestion de cette information par les protéines sont des mécanismes communs à l'ensemble du vivant. La conservation de ces mécanismes reflète qu'ils jouent un rôle fondamental dans la biologie des organismes vivants.
L'unité du vivant se reflète aussi au niveau anatomique. Par exemple, les membres antérieurs des vertébrés sont construits à partir d'un même assemblage d'os. Au fil de l'évolution, des variantes ont été sélectionnées parce qu'elles étaient mieux adaptées au mode de vie des différents types de vertébrés. Ce qui a donné un bras chez l'humain, une patte chez le chat, une nageoire chez la baleine et une aile chez la chauve-souris.
L'unité du vivant se reflète aussi au niveau embryologique. Par exemple, tous les embryons des vertébrés présentent à un moment de leur développement des poches pharyngées et une queue osseuse. Les poches pharyngées sont à l'origine des branchies chez les organismes aquatiques. Elles sont aussi à l'origine notamment des trompes de stache chez les humains. Les trompes de stache sont des conduits qui font communiquer les oreilles avec le nez.
Pour ce qui est de la queue, à l'état adulte, soit la queue persiste, c'est le cas des poissons, soit elle régresse, c'est le cas chez les humains. Vous savez probablement que le coccyx est ce qui nous reste de notre queue osseuse embryonnaire. L'unité du vivant dont je viens de parler contraste avec l'importante diversité des organismes vivants, qui est la deuxième grande caractéristique du vivant. Pour illustrer cette diversité, j'ai mis la grande galerie de l'évolution du Musée national d'histoire naturelle de Paris. Ce musée se situe dans la partie nord du Jardin des plantes, qui est située dans le cinquième arrondissement.
Je vous en recommande la visite si vous allez à Paris. La diversité du vivant est illustrée par le grand nombre d'espèces répertoriées. Elle est largement sous-estimée parce que beaucoup d'espèces n'ont pas encore été identifiées. Selon les sources, on évalue le nombre d'espèces vivantes sur notre planète entre 5 et 30 millions. Mais moins de 2 millions d'espèces sont répertoriées.
Quelques-unes sont illustrées sur cette dia. Ce qui est intéressant d'observer, c'est que les vertébrés, qui nous sont familiers et dont on a l'impression qu'ils sont très diversifiés, sont représentés par seulement 52 000 espèces, alors qu'on dénombre plus de 200 000 espèces de végétaux, c'est-à-dire 4 fois plus. La palme est détenue par les insectes avec environ un million d'espèces. Chaque année, de nouvelles espèces sont découvertes.
Il s'agit d'organismes vivants présents dans des milieux peu accessibles, qui pour cette raison ont été peu explorés, ou bien ce sont des organismes de petite taille, passés jusqu'ici inaperçus. Malheureusement, un grand nombre d'espèces disparaissent également, ce qui amène certains scientifiques à avancer que la sixième extinction de masse est en cours. Qu'est-ce qu'une extinction de masse ?
Une extinction de masse est un événement relativement bref à l'échelle des temps géologiques, quelques millions d'années maximum, au cours duquel au moins 75% des espèces animales et végétales disparaissent. Au cours de l'histoire de la vie, 5 grandes extinctions de masse ont eu lieu. La sixième serait en cours. On estime que la biodiversité actuelle représente tout au plus 1% de toutes les espèces qui ont vécu dans le passé. En clair, cela signifie que 99% des espèces se sont éteintes.
L'importante diversité du vivant a imposé de mettre de l'ordre, et donc de classifier les organismes vivants. Le verbe classifier signifie déterminer des critères de classement, définir des classes. Il existe aujourd'hui une branche de la biologie, la taxinomie, qui nomme et classifie les espèces vivantes. Ce terme provient du grec taxis, qui signifie rangement, et nomos, qui signifie loi.
Le terme taxonomie est apparu plus tard. Il est aujourd'hui accepté. Plusieurs personnes se sont attelées à classifier les organismes vivants.
On doit une première classification à l'inné. L'inné a consacré sa vie à nommer les êtres vivants et à les classer. Il est considéré comme le père de la taxonomie moderne. Il est à l'origine également du système de nomenclature binomiale, sur lequel je reviendrai plus loin. Sa classification est fondée sur deux règnes, le règne animal et le règne végétal.
Elle était publiée dans un ouvrage intitulé Systema Naturae. Cette classification a persisté même après la découverte de l'univers microbien. On classait toutes les bactéries dans le règne végétal en raison de leur paroi cellulaire.
Par la suite, Hackel a regroupé au sein des protistes tous les organismes vivants qui, à son sens et sur base des connaissances de l'époque, ne correspondaient ni aux végétaux ni aux animaux. La particularité de sa classification est donc la création du règne des protistes. Plus près de nous, en 1969, Whitaker a proposé une classification qui tient compte des deux types cellulaires, prokaryotes et eukaryotes. Tous les prokaryotes sont classés dans un règne à part, celui des monaires.
Les champignons, classés jusque-là dans le règne végétal, forment également un règne à part. La particularité de la classification de Whitaker est donc la création du règne des monaires et du règne des champignons. Ces dernières années, la biologie moléculaire et les techniques qui en dérivent se sont considérablement développées.
On peut maintenant comparer des séquences d'ADN ou d'ARN ainsi que des séquences protéiques, ce qui a permis d'établir de nouveaux critères de classification. Ces nouveaux critères permettent de déterminer avec plus de précision les relations évolutives existant entre les êtres vivants. On peut considérer qu'au plus les séquences moléculaires sont similaires, au plus les organismes vivants sont apparentés. Une personne à avoir tiré profit des techniques de biologie moléculaire est Woese.
Les données qu'il a accumulées lui ont permis de démontrer qu'un certain nombre de prokaryotes se distinguent de tous les autres. Il a scindé le règne des monnaires en deux domaines, celui des œufs bactéries et celui des archéobactéries. Tous les œufs karyotes sont regroupés dans un troisième domaine subdivisé en quatre règnes qui sont les quatre règnes précédemment décrits.
les végétaux, les champignons, les animaux et les protistes. La particularité de la classification de Oeufs est donc la création des domaines, et plus particulièrement celui des archéobactéries, qui sont appelées aujourd'hui archées. Les archéobactéries qui sont appelées aujourd'hui archées ont été définies à la fin des années septembre par Woese.
Sur base de quels critères, Woese les a-t-il classées à part ? Woese a comparé chez plusieurs prokaryotes la séquence nucléotidique d'un ARN particulier qui est l'ARN ribosomique 16S. L'ARN ribosomique 16S, nous le verrons plus loin, se trouve dans la petite sous-unité des ribosomes prokaryotes.
Il a observé que l'ARN ribosomique 16S des bactéries dites méthanogènes, qui sont les bactéries productrices de méthane, différait complètement de l'ARN ribosomique 16S de la majorité des autres bactéries. Les différences observées étaient tellement importantes qu'elles justifiaient de classer les bactéries méthanogènes à part. Ces bactéries méthanogènes ont été les premiers prokaryotes à constituer le domaine des archéobactéries. Par la suite, ce domaine a été élargi pour y inclure au moins deux autres groupes, les thermophiles, au départ isolés dans les sources thermales, et les allophiles, qui vivent dans les lacs et les mers très salées. Les bactéries classiques ont été appelées eubactéries pour les distinguer des archéobactéries.
Oeus, par ses travaux, a donc mis en évidence que les prokaryotes pouvaient être subdivisés en deux groupes distincts. Cette découverte a créé une mini-révolution dans le milieu scientifique. Pourquoi ?
Eh bien parce que jusque-là, tous les prokaryotes étaient classés ensemble dans le règne démonaire, et on considérait que tous les prokaryotes étaient proches d'un point de vue évolutif. Les controverses ont duré plusieurs années, au cours desquelles Oeus a étendu ses travaux aux eukaryotes. Woese a complété ces analyses par la comparaison de la séquence en acides aminés de plusieurs protéines.
Et finalement, l'ensemble de ces observations l'ont conduit à publier en 1990 un article proposant un nouvel arbre du vivant redessiné en trois domaines. Celui des bactéries, celui des archées et celui des eucaryotes, lui-même subdivisé en quatre règnes. La première dichotomie de l'arbre donne deux lignées séparées. l'une menant aux bactéries et l'autre conduisant aux archées et aux eucaryotes.
À la base de cet arbre se trouve l'ancêtre commun de tous les êtres vivants, dont l'acronyme est Lucas. Le terme archéobactérie initialement choisi par Woese n'était pas un très bon choix. Pourquoi ?
Eh bien parce que les archéobactéries ne sont ni plus vieilles que les œufs bactéries, ni à proprement parler des bactéries. Elles partagent avec les œufs bactéries une structure prokaryote, mais c'est virtuellement tout. D'un point de vue moléculaire, elles sont plutôt plus proches des œufs karyotes. C'est la raison pour laquelle les archéobactéries sont appelées aujourd'hui archées. Et comme les œufs bactéries ne doivent plus être distingués des archéobactéries, elles ont repris leur ancien nom de bactéries.
Donc aujourd'hui, les organismes vivants sont répartis en trois domaines. Les deux premiers domaines, les bactéries et les archées, sont constitués uniquement d'organismes prokaryotes unicellulaires. J'attire votre attention sur le fait que les bactéries sont les organismes vivants les plus abondants sur Terre. Pour vous en donner une idée, je dirais qu'il y a plus de bactéries dans votre bouche que de mammifères sur Terre.
Sous-titrage Société Radio-Canada Le troisième domaine regroupe des organismes plus complexes constitués d'une ou plusieurs cellules eucaryotes. Trois règnes sont formés d'organismes pluricellulaires. Il s'agit des règnes des champignons, des végétaux et des animaux.
Ces trois règnes se distinguent par l'origine de leur matière organique. Les végétaux sont autotrophes, c'est-à-dire qu'ils fabriquent leur matière organique par photosynthèse. Les champignons et les animaux, eux, sont hétérotrophes. Ils sont obligés de consommer la matière organique présente dans leur environnement.
Nous verrons que la plupart des champignons sont des décomposeurs. Ils vivent enfouis dans leurs sources de nourriture. Ils sécrètent des enzymes digestives qui digèrent la matière organique et absorbent ensuite les petites molécules organiques.
La plupart des animaux ingèrent de la matière organique en consommant d'autres organismes vivants ou morts. Des animaux, des végétaux ou des champignons. Et ils les digèrent ensuite dans des cavités internes spécialisées.
Donc les champignons absorbent leur nourriture, tandis que les animaux l'ingèrent. Le règne des protistes n'est toujours pas clairement défini. La majorité des protistes sont unicellulaires, mais attention, il y a des protistes pluricellulaires de grande taille. Il s'agit d'une partie des algues.
La diversité des protistes est énorme. C'est la raison pour laquelle ce règne est qualifié de règne fourre-tout. Beaucoup de biologistes estiment qu'il faudrait subdiviser ce règne en plusieurs règnes distincts.
J'en reviens à la nomenclature des organismes vivants. Dans le langage courant, on désigne les organismes vivants par leur nom vernaculaire. Par exemple, on utilisera le terme chat pour désigner cet animal. Les noms vernaculaires peuvent prêter à confusion, soit parce qu'ils désignent des organismes appartenant à des espèces différentes, soit parce qu'ils ne sont pas toujours représentatifs de ce qu'ils sont censés désigner. Je vous ai mis l'exemple du poisson d'argent.
Je suis sûre que le terme poisson d'argent vous évoque autre chose que ce petit insecte que vous avez certainement déjà croisé dans votre cuisine ou votre salle de bain. Les biologistes désignent les organismes vivants par leur nom scientifique et non leur nom vernaculaire. Ce nom scientifique est formé de deux mots latins écrits en italique.
Ils constituent la nomenclature binomiale. C'est l'iné qui est à l'origine de cette nomenclature, de même que rappelez-vous, c'est l'iné qui est à l'origine de la première classification des êtres vivants. Le premier mot latin désigne le genre et le deuxième désigne l'espèce.
Le premier mot prend une majuscule, le second pas et les deux sont écrits en italique. Après l'inné, les taxinomistes ont groupé les organismes vivants en catégories de plus en plus larges. Les genres possédant les mêmes propriétés ont été groupés en familles, les familles en ordres, les ordres en classes et les classes en embranchements, pour finalement arriver au règne et plus récemment au domaine. Je vais prendre l'exemple de l'ours, Ursus americanus.
Cette espèce appartient au genre oursousse, à la famille des urcidés, à l'ordre des carnivores, c'est-à-dire les animaux qui se nourrissent de viande, à la classe des mammifères, c'est-à-dire les animaux qui se caractérisent par la présence de poils et de glandes mammaires, à l'embranchement des cordées, qui se caractérisent par la présence d'une corde, qui nous le verrons, ne persiste pas nécessairement à l'état adulte. Les cordées font partie du règne animal et les animaux sont des eucaryotes. Je vais vous donner un exemple. J'ai illustré sur cette DIA différents organismes vivants actuels ou disparus que je vais sélectionner en appliquant successivement plusieurs critères d'exclusion.
Je sélectionne tout d'abord le règne animal. Les prokaryotes, les végétaux, les champignons et les protistes sont éliminés. Les êtres vivants qui sont entourés sont ceux qui satisfont le critère choisi. Ensuite, je sélectionne les cordées, c'est-à-dire les animaux présentant une corde dorsale à un moment de leur développement.
Et Tunisier reste puisqu'il s'agit du recordé. Par contre, le poulpe, le vert de terre, le crabe et la coccinelle sont éliminés. Ensuite, je sélectionne la classe des mammifères, c'est-à-dire les animaux pourvus de poils et de glandes mammaires.
Les glandes mammaires produisent le lait qui nourrit les petits. Cette fois, les tunisies ainsi que l'oiseau sont éliminés. Ensuite, je sélectionne l'ordre des primates. Les singes, les lémuriens et les hominoïdes restent, mais le cerf, l'éléphant, l'otarie et le renard sont éliminés.
Ensuite, je sélectionne les hominidés. Le gorille, l'homo sapiens et l'homo habilis restent. Le lémurien est éliminé. Les lémuriens sont des primates plus primitifs que les singes, ce sont des animaux nocturnes, vous voyez qu'ils ont de grands yeux.
Le singe du Nouveau Monde est également éliminé. Les singes du Nouveau Monde sont les singes présents en Amérique. Leur queue est préhensile, à l'inverse de celle des singes africains dont nous descendons.
Je sélectionne ensuite le genre Homo. Le Gorille est éliminé. Et ensuite, l'espèce Homo sapiens. L'Homo habilis est éliminé et il ne reste finalement que notre regretté Michael dont on peut se demander s'il n'aurait pas pu faire l'objet d'une espèce à part. Cette dia reprend les différentes catégories auxquelles appartient l'homo sapiens.
Remarquez au passage que l'espèce sapiens est la seule espèce actuelle du genre homo. Il n'en a pas toujours été ainsi.