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La biologie

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La biologie est la "science de la vie". C'est l'étude des êtres vivants et autrefois vivants, des structures submicroscopiques dans les organismes unicellulaires aux écosystèmes entiers avec des milliards d'organismes en interaction; il varie en outre dans le temps, d'une réaction métabolique unique à l'intérieur d'une cellule à l'histoire de la vie d'un individu et au cours de nombreuses espèces au cours des éons du temps. Les biologistes étudient les caractéristiques et les comportements des organismes, la façon dont les espèces et les individus voient le jour et leurs interactions entre eux et avec l'environnement. Le champ de la biologie s'étend de l'origine de la vie à la nature fondamentale des êtres humains et de leur relation avec toutes les autres formes de vie.

La biologie, ou «sciences de la vie», offre une fenêtre sur les principes fondamentaux partagés par les organismes vivants. Ces principes révèlent une harmonie et une unité du monde vivant opérant simultanément parmi une grande diversité d'espèces et même au milieu d'une compétition entre et au sein des espèces pour des ressources rares. L'harmonie sus-jacente est vue à chaque niveau, de l'intérieur d'une cellule au niveau des systèmes chez les individus (nerveux, circulatoire, respiratoire, etc.), les interactions immédiates d'un organisme avec d'autres, et jusqu'au complexe d'organismes et d'interactions comprenant un écosystème avec une multitude de niches écologiques abritant chacune une espèce. Une telle harmonie se manifeste dans de nombreuses caractéristiques universellement partagées entre les êtres vivants, y compris l'interdépendance, une biochimie commune à base de carbone, un modèle répandu de polarités complémentaires, la reproduction sexuelle et l'homéostasie.

En tant que science traitant de toute vie, la biologie englobe un large éventail de domaines académiques qui ont souvent été considérés comme des disciplines indépendantes. Parmi ceux-ci figurent la biologie moléculaire, la biochimie, la biologie cellulaire, la physiologie, l'anatomie, la biologie du développement, la génétique, l'écologie, la paléontologie et la biologie évolutive. Alors que la concurrence entre les individus exprimant la variabilité génétique a généralement été identifiée comme un facteur clé du développement évolutif, les rôles pivots de la coopération1 et la symbiose ou la symbiogenèse à long terme (Margulis et Sagan 2002) dans les systèmes vivants sont apparues à la fin du XXe siècle comme des points focaux complémentaires essentiels pour comprendre à la fois l'origine des espèces et la dynamique des systèmes biologiques.

Principes de biologie

Bien que la biologie soit différente de la physique en ce qu'elle ne décrit généralement pas les systèmes biologiques en termes d'objets qui obéissent exclusivement aux lois physiques immuables décrites par les mathématiques, elle est néanmoins caractérisée par plusieurs principes et concepts majeurs, notamment: universalité, évolution, interactions, diversité, et continuité.

Universalité: cellules, biochimie, énergie, développement, homéostasie et polarité

Représentation schématique de l'ADN, le matériel génétique primaire

Voir également: La vie

Les organismes vivants partagent de nombreuses caractéristiques universelles, notamment le fait qu'ils sont composés de cellules; transmettre leur hérédité à l'aide d'un code génétique quasi universel; ont besoin de l'énergie de l'environnement pour exister, croître et se reproduire; maintenir leur environnement interne; et présentent des caractéristiques doubles ou des polarités complémentaires. Il s'agit de l'ensemble commun de caractéristiques identifiées par les biologistes qui distinguent les organismes vivants des choses non vivantes.

À l'exception des virus, tous les organismes sont constitués de cellules, qui sont les unités de base de la vie, étant la plus petite unité capable de mener à bien tous les processus de la vie, y compris l'entretien, la croissance et même l'auto-réparation. Certaines formes de vie simples, comme la paramécie, se composent d'une seule cellule tout au long de leur cycle de vie et sont appelées organismes unicellulaires. Les organismes multicellulaires, comme une baleine ou un arbre, peuvent avoir des milliers de milliards de cellules différenciées en de nombreux types différents remplissant chacun une fonction spécifique.

Toutes les cellules, à leur tour, sont basées sur une biochimie basée sur le carbone, et tous les organismes transmettent leur hérédité via du matériel génétique basé sur des acides nucléiques tels que l'ADN en utilisant un code génétique presque universel. Chaque cellule, qu'elle soit simple ou complexe, utilise des acides nucléiques pour transmettre et stocker les informations nécessaires à la fabrication des protéines.

Chaque être vivant a besoin de l'énergie de l'environnement pour exister, grandir et se reproduire. Le rayonnement solaire est la principale source d'énergie pour la vie et est capté par la photosynthèse, le processus biochimique dans lequel les plantes, les algues et certaines bactéries exploitent l'énergie du soleil pour produire des aliments. En fin de compte, presque tous les êtres vivants dépendent de l'énergie produite par la photosynthèse pour leur alimentation, ce qui la rend vitale pour la vie sur Terre. Certaines bactéries utilisent également l'oxydation de composés inorganiques tels que l'hydrogène sulfuré ou le fer ferreux comme source d'énergie. Un organisme qui produit des composés organiques à partir du dioxyde de carbone comme source de carbone, en utilisant soit la lumière soit des réactions de composés chimiques inorganiques comme source d'énergie, est appelé autotroph. D'autres organismes ne fabriquent pas leur propre nourriture mais dépendent directement ou indirectement des autotrophes pour leur nourriture. Celles-ci sont appelées hétérotrophes.

En développement, le thème des processus universels est également présent. Les êtres vivants grandissent et se développent avec l'âge. Dans la plupart des organismes métazoaires, les étapes de base du développement précoce de l'embryon partagent des stades morphologiques similaires et incluent des gènes similaires.

Tous les organismes vivants, qu'ils soient unicellulaires ou multicellulaires, présentent une homéostasie. L'homéostasie est la propriété d'un système ouvert pour réguler son environnement interne afin de maintenir une condition stable. L'homéostasie peut se manifester au niveau cellulaire par le maintien d'une acidité interne (pH) stable; au niveau de l'organisme, les animaux à sang chaud maintiennent une température corporelle interne constante; et au niveau de l'écosystème, par exemple lorsque les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique augmentent, les plantes sont théoriquement capables de se développer plus sainement et ainsi d'éliminer plus de dioxyde de carbone de l'atmosphère. Les tissus et les organes peuvent également maintenir l'homéostasie.

De plus, les êtres vivants partagent avec tous les êtres existants la qualité de caractéristiques doubles ou de polarités complémentaires. Une paire commune de caractéristiques doubles est la qualité de la positivité et de la négativité: tout comme les particules subatomiques ont des éléments positifs (électrons) et négatifs (protons) qui sont liés et forment des atomes, les êtres vivants présentent généralement des caractéristiques positives et négatives. La plupart des animaux se reproduisent grâce aux relations entre les mâles et les femelles, et les plantes supérieures ont également des éléments mâles et femelles, tels que les étamines (mâles) et les pistils (femelles) des plantes à fleurs (angiospermes). Les plantes inférieures, les champignons, certains des protistes et les bactéries présentent également des variances de reproduction, qui sont généralement symbolisées par des signes + et - (plutôt que d'être appelés mâles et femelles), et appelées "souches d'accouplement" ou "types de reproduction" ou appellations similaires.

Un autre concept plus philosophique est la double caractéristique universelle de l'intérieur de chaque organisme du caractère ou de la nature interne invisible et des aspects visibles de la matière, de la structure et de la forme. Par exemple, un animal présentera les aspects internes de la vie, de l'instinct et de la fonction de ses cellules, tissus et organes, qui sont liés à la forme visible constituée par ces cellules, tissus et organes.

La reproduction sexuelle est un trait presque universel chez les eucaryotes. La reproduction asexuée n'est pas rare chez les organismes vivants. En fait, il est répandu parmi les champignons et les bactéries, de nombreux insectes se reproduisent de cette manière et certains reptiles et amphibiens. Néanmoins, à l'exception des bactéries (procaryotes), une reproduction sexuée est également observée dans ces mêmes groupes. (Certains considèrent le transfert latéral unidirectionnel du matériel génétique dans les bactéries, entre les donneurs (+ type d'accouplement) et les receveurs (- type d'accouplement), comme un type de reproduction sexuelle.) Le biologiste évolutionniste et généticien John Maynard Smith a soutenu que l'avantage perçu pour un un organisme individuel de transmettre uniquement son génome entier à sa progéniture est si grand qu'il doit y avoir un avantage d'au moins un facteur deux pour expliquer pourquoi presque toutes les espèces animales maintiennent un sexe masculin.

Une autre caractéristique des êtres vivants est qu'ils prennent des substances de l'environnement et les organisent en niveaux hiérarchiques complexes. Par exemple, dans les organismes multicellulaires, les cellules sont organisées en tissus, les tissus sont organisés en organes et les organes sont organisés en systèmes.

De plus, tous les êtres vivants répondent à l'environnement; c'est-à-dire qu'ils réagissent à un stimulus. Un cafard peut réagir à la lumière en courant vers un endroit sombre. Lorsqu'il existe un ensemble complexe de réponses, cela s'appelle un comportement. Par exemple, la migration du saumon est une réponse comportementale.

Evolution: un principe d'organisation commun de la biologie

Voir également: Évolution

Un concept central et organisateur en biologie est que toute vie est descendue d'une origine commune à travers un processus d'évolution. En effet, l'éminent évolutionniste Theodosius Dobzhansky a déclaré que "rien en biologie n'a de sens que dans la lumière de l'évolution." L'évolution peut être considérée comme un thème unificateur de la biologie parce que le concept de descendance avec modification aide à expliquer la biochimie commune à base de carbone, le code génétique presque universel et les similitudes et les relations entre les organismes vivants, ainsi qu'entre les organismes du passé avec organismes aujourd'hui.

La théorie de l'évolution comprend en fait plusieurs composantes distinctes. Deux des principaux volets sont la théorie de la descente avec modification, qui traite du «schéma» de l'évolution, et la théorie de la sélection naturelle, qui traite du «processus» de l'évolution. Charles Darwin a établi l'évolution comme une théorie viable en rassemblant et en systématisant des preuves considérables de la théorie de la descente avec modification, y compris des preuves provenant de la paléontologie, de la classification, de la biogéographie, de la morphologie et de l'embryologie. Le mécanisme que Darwin a postulé, la sélection naturelle, vise à rendre compte des changements évolutifs à la fois au niveau microévolutionnaire (c'est-à-dire les changements génétiques au niveau de la population) et au niveau macroévolutionnaire (c'est-à-dire les transitions majeures entre les espèces et l'origine de nouveaux modèles). Les tests et observations expérimentaux fournissent des preuves solides d'un changement microévolutionnaire dirigé par la sélection naturelle opérant sur une variation exprimée héréditaire, tandis que les preuves que la sélection naturelle dirige la macroévolution sont limitées aux preuves fossiles de certaines séquences de transition clés et à l'extrapolation à partir de preuves au niveau microévolutionnaire. (Alfred Russel Wallace est généralement reconnu comme proposant la théorie de la sélection naturelle à peu près en même temps que Darwin.)

L'histoire évolutive d'une espèce - qui raconte les caractéristiques des différentes espèces dont elle est issue - ainsi que sa relation généalogique avec toutes les autres espèces s'appelle sa phylogénie. Des approches de la biologie très variées génèrent des informations sur la phylogénie. Il s'agit notamment des comparaisons de séquences d'ADN effectuées en biologie moléculaire ou en génomique, et des comparaisons de fossiles ou d'autres enregistrements d'organismes anciens en paléontologie. Les biologistes organisent et analysent les relations évolutives grâce à diverses méthodes, notamment la phylogénétique, la phénétique et la cladistique. Les événements majeurs de l'évolution de la vie, tels que les biologistes les comprennent actuellement, sont résumés sur une chronologie évolutive.

Interactions: Harmonie et fonctionnalité à deux niveaux

Symbiose entre les poissons-clowns du genre Amphiprion qui habitent parmi les tentacules des anémones de mer tropicales. Le poisson territorial protège l'anémone des poissons mangeurs d'anémones, et à son tour les tentacules piquantes de l'anémone protègent le poisson-clown de ses prédateurs.

Chaque être vivant interagit avec d'autres organismes et son environnement. L'une des raisons pour lesquelles les systèmes biologiques peuvent être difficiles à étudier est qu'il existe de nombreuses interactions différentes possibles avec d'autres organismes et l'environnement. Une bactérie microscopique répondant à un gradient local de sucre réagit autant à son environnement qu'un lion réagit à son environnement lorsqu'il cherche de la nourriture dans la savane africaine. Au sein d'une espèce particulière, les comportements peuvent être coopératifs, agressifs, parasitaires ou symbiotiques.

Les questions deviennent encore plus complexes lorsque deux ou plusieurs espèces différentes interagissent dans un écosystème, dont les études relèvent de la compétence de l'écologie. L'analyse des écosystèmes montre qu'un facteur majeur pour maintenir l'harmonie et réduire la concurrence est la tendance de chaque espèce à trouver et à occuper une niche distinctive non occupée par d'autres espèces.

Au-dessus des interactions des organismes se trouve un sentiment d'unité et d'harmonie à chaque niveau d'interaction. Au niveau mondial, par exemple, on peut voir l'harmonie entre la vie végétale et animale en termes de photosynthèse et de respiration. Les plantes, par photosynthèse, utilisent du dioxyde de carbone et dégagent de l'oxygène. Bien qu'ils respirent également, l'apport net des plantes au globe est considérablement plus d'oxygène qu'ils n'en consomment (les algues dans l'océan étant une source majeure d'oxygène planétaire). Les animaux, en revanche, consomment de l'oxygène et rejettent du dioxyde de carbone.

Au niveau trophique, le réseau trophique fait preuve d'harmonie. Les plantes convertissent et stockent l'énergie solaire. Ces plantes servent de nourriture aux herbivores, qui à leur tour servent de nourriture aux carnivores, qui sont consommés par les meilleurs carnivores. Les principaux carnivores (et espèces à tous les autres niveaux trophiques), lorsqu'ils sont morts, sont décomposés par des décomposeurs tels que les bactéries, les champignons et certains insectes en minéraux et en humus dans le sol, qui est ensuite utilisé par les plantes.

Au niveau des individus, la remarquable harmonie entre les systèmes (nerveux, circulatoire, respiratoire, endocrinien, reproductif, squelettique, digestif, etc.) est une merveille à voir. Même au sein d'une cellule, on voit des exemples remarquables d'unité et d'harmonie, comme lorsqu'une cellule fournit un produit au corps (comme une hormone) et reçoit de l'oxygène et de la nourriture du corps. L'harmonie est si remarquable entre les organismes, et entre les organismes et l'environnement, que certains ont proposé une théorie selon laquelle le globe entier se comporte comme si un seul organisme géant fonctionnait (la théorie de Gaia). Selon la biologiste bien connue Lynn Margulis et la rédactrice scientifique Dorion Sagan (Microcosmos, 1997), même l'évolution est liée à la coopération et à la dépendance mutuelle entre les organismes: "La vie n'a pas envahi le globe par le combat, mais par le réseautage".

Une explication sous-jacente de cette harmonie observée est le concept de fonctionnalité à deux niveaux, l'idée que chaque entité existe dans une relation intégrale avec d'autres entités de manière à permettre à une entité individuelle de faire progresser sa propre multiplication, son développement, sa préservation et son renforcement (une fonction pour l'individu) tout en contribuant vers le maintien ou le développement de l'ensemble plus large (une fonction pour l'ensemble). Ces fonctions ne sont pas indépendantes mais interdépendantes. Le succès de l'individu lui permet de contribuer à l'ensemble, et tandis que l'individu apporte quelque chose de valeur à l'entité plus grande, aidant l'entité plus grande à faire avancer sa propre fonction, l'entité plus grande fournit également l'environnement pour le succès de l'individu.

Par exemple, dans les cellules d'un organisme multicellulaire, chaque cellule fournit une fonction utile pour le corps dans son ensemble. La fonction d'une cellule peut être de convertir le sucre en énergie ADP, d'attaquer des envahisseurs étrangers ou de produire des hormones. Une cellule du tissu épithélial de l'estomac peut sécréter l'enzyme pepsine pour faciliter la digestion. La fonction de la cellule de fournir de la pepsine au corps est harmonisée avec les besoins du corps en matière d'entretien, de développement et de reproduction. Le corps, d'autre part, soutient la cellule individuelle et sa fonction en fournissant de la nourriture, de l'oxygène et d'autres matériaux nécessaires et en transportant les déchets toxiques. Chaque cellule dépend en fait des autres cellules du corps pour remplir ses fonctions et ainsi maintenir le corps en bon état de fonctionnement. De même, un groupe taxonomique particulier (taxons) non seulement fait progresser sa propre survie et sa propre reproduction, mais assure également une fonction pour les écosystèmes dont il fait partie, comme les espèces d'ocelots qui aident à réguler les populations de proies et aident ainsi les écosystèmes à maintenir leur équilibre. Un écosystème fournit un environnement pour la réussite de ce groupe taxonomique et donc sa contribution à l'écosystème. Essentiellement, cette explication soutient que si les animaux et les plantes peuvent sembler lutter les uns contre les autres pour l'existence, en réalité ils ne le font pas. Au contraire, ils contribuent tous à l'ensemble, en harmonie.

Les êtres humains, le plus complexe de tous les organismes biologiques, vivent également dans une biosphère qui est interdépendante et nécessaire à la vie physique. Ainsi, il devient essentiel que les êtres humains, en tant que plus puissants de toutes les formes de vie et à bien des égards une encapsulation de l'ensemble (un "microcosme de la création" selon une perspective théologique2), comprendre et prendre soin de l'environnement. En termes religieux, cela est parfois appelé la «troisième bénédiction», le rôle de l'humanité dans l'amour et le soin de la création. La science de la biologie est au cœur de ce processus.

La science de la physique offre des justifications complémentaires à la fois pour expliquer le développement évolutif et aussi pour inciter les humains à aimer et à prendre soin de la biosphère. Cette avancée frappante en physique découle de l'extension de la deuxième loi de la thermodynamique aux systèmes "ouverts", qui incluent toutes les formes de vie. La deuxième loi étendue stipule simplement que les processus naturels dans les systèmes ouverts ont tendance à dissiper l'ordre aussi rapidement que possible. De ce point de vue, l'évolution des systèmes de la vie successivement plus ordonnés et complexes se produit parce que plus l'ordre et la complexité d'un système sont grands, plus sa capacité à dissiper l'ordre est grande. Les êtres humains, en tant qu'espèce dominante et la plus complexe de la planète, sont confrontés à un impératif thermodynamique de s'appliquer à établir un niveau encore plus élevé d'ordre et de complexité dynamique sur la planète. Pour atteindre un tel ordre, il faudrait probablement que les humains apprennent à vivre ensemble en paix tout en vivant en synergie avec la biosphère.

Diversité: la variété des organismes vivants

Voir également: Diversité de la vie

Malgré l'unité sous-jacente, la vie présente une étonnante grande diversité dans la morphologie, le comportement et les histoires de vie. Afin de lutter contre cette diversité, les biologistes, suivant une approche scientifique occidentale conventionnelle et ignorant historiquement l'interdépendance profonde de toute vie sur la planète, tentent de classer tous les êtres vivants. Cette classification scientifique doit refléter les arbres évolutifs (arbres phylogénétiques) des différents organismes. Ces classifications relèvent de la compétence des disciplines de la systématique et de la taxonomie. La taxonomie place les organismes en groupes appelés taxons, tandis que la systématique recherche leurs relations.

Jusqu'au XIXe siècle, les organismes vivants étaient généralement divisés en deux règnes: animal et végétal, ou Animalia et Plantae. Alors que les preuves s'accumulaient que ces divisions étaient insuffisantes pour exprimer la diversité de la vie, des plans avec trois, quatre ou plusieurs royaumes ont été proposés.

Un schéma populaire, développé en 1969 par Robert Whitaker, délimite les organismes vivants en cinq royaumes:

Monera - Protista - Champignons - Plantae -Animalia.

Dans la classification des six royaumes, les six groupements de haut niveau (royaumes) sont:

Archaebacteria, Monera (les bactéries et les cyanobactéries), Protista, Fungi, Plantae et Animalia.

Ces schémas coexistent avec un autre schéma qui divise les organismes vivants en deux divisions principales: procaryote (cellules dépourvues de noyau: bactéries, etc.) et eucaryote (cellules qui ont un noyau et des organites liés à la membrane: animaux, plantes, champignons et protistes).

En 1990, un autre système, un système à trois domaines, a été introduit par Carl Woese et est devenu très populaire (avec le «domaine» un niveau de classification supérieur à royaume):

Archaea (à l'origine Archaebacteria) - Bactéries (à l'origine Eubacteria) - Eukaryota (ou Eucarya).

Le système à trois domaines est une classification biologique qui met l'accent sur sa séparation des procaryotes en deux groupes, les bactéries et les archées (initialement appelées eubactéries et archaebactéries). Lorsque des travaux récents ont révélé que ce que l'on appelait jadis les "procaryotes" sont bien plus diversifiés qu'on ne le soupçonnait, les procaryotes ont été divisés en deux domaines, les bactéries et les archées, qui sont considérés comme étant aussi différents l'un de l'autre que les eucaryotes . Woese a soutenu, sur la base des différences dans les gènes de l'ARN ribosomal 16S, que ces deux groupes et les eucaryotes sont chacun nés séparément d'un progénote ancestral avec un mécanisme génétique peu développé. Pour refléter ces lignes de descendance primaires, il a traité chacun comme un domaine, divisé en plusieurs royaumes différents. Les groupes ont également été renommés Bacteria, Archaea et Eukaryota, soulignant davantage l'identité distincte des deux groupes procaryotes.

Il existe également une série de "parasites" intracellulaires qui sont progressivement moins vivants en termes d'activité métabolique:

Virus - Viroïdes - Prions

Continuité: la descente commune de la vie

Voir également: La descendance avec modification

Un groupe d'organismes aurait descente commune s'ils ont un ancêtre commun. Tous les organismes existants sur Terre descendent d'un ancêtre commun ou d'un pool génétique ancestral. Ce «dernier ancêtre commun universel», c'est-à-dire le plus récent ancêtre commun de tous les organismes, serait apparu il y a environ 3,5 milliards d'années. (Voir: Origine de la vie.)

La notion que "toute vie est d'un œuf" (du latin "Omne vivum ex ovo") est un concept fondamental de la biologie moderne, cela signifie qu'il y a eu une continuité ininterrompue de la vie depuis l'origine initiale de la vie jusqu'à nos jours temps. Jusqu'au XIXe siècle, on croyait généralement que les formes de vie pouvaient apparaître spontanément dans certaines conditions (abiogenèse).

L'universalité du code génétique est généralement considérée par les biologistes comme un solide soutien à la théorie de la descendance commune universelle (UCD) pour toutes les bactéries, les archées et les eucaryotes.

Portée de la biologie

Disciplines académiques

Les biologistes étudient la vie sur une large gamme d'échelles: la vie est étudiée à l'échelle atomique et moléculaire en biologie moléculaire, biochimie et génétique moléculaire. Au niveau de la cellule, la vie est étudiée en biologie cellulaire et aux échelles multicellulaires, elle est examinée en physiologie, anatomie et histologie. La biologie du développement implique l'étude de la vie au niveau du développement ou de l'ontogenèse d'un organisme individuel.

En remontant l'échelle vers plus d'un organisme, la génétique considère comment l'hérédité fonctionne entre le parent et la progéniture. L'éthologie considère le comportement de groupe des organismes. La génétique des populations examine le niveau d'une population entière et la systématique considère l'échelle multi-espèces des lignées. Les populations interdépendantes et leurs habitats sont examinés en écologie.

La botanique, l'étude des plantes et la zoologie, l'étude des animaux sont deux disciplines générales de la biologie. La paléontologie est une enquête sur l'évolution de l'histoire de la vie sur terre, basée sur le travail avec les fossiles, et comprend les principaux sous-domaines de la paléobotanique, de la paléozoologie et de la micropaléontologie. Les changements dans le temps, que ce soit au sein des populations (microévolution) ou impliquant soit la spéciation, soit l'introduction de conceptions majeures (macroévolution), font partie du champ d'investigation de la biologie évolutive. Un nouveau domaine spéculatif est l'astrobiologie (ou xénobiologie) qui examine les possibilités de vie au-delà de la Terre.

La biologie est devenue une entreprise de recherche si vaste qu'elle n'est généralement pas étudiée comme une seule discipline, mais comme un certain nombre de sous-disciplines regroupées. Quatre grands groupes sont considérés ici. Le premier grand groupe se compose de disciplines qui étudient les structures de base des systèmes vivants: cellules, gènes, etc. un deuxième groupement considère le fonctionnement de ces structures au niveau des tissus, organes et corps; un troisième groupe considère les organismes et leurs histoires; et une dernière constellation de disciplines se concentre sur les interactions. Il est important de noter, cependant, que ces regroupements sont une description simplifiée de la recherche biologique. En réalité, les frontières entre les disciplines sont très fluides et la plupart des disciplines s'empruntent fréquemment des techniques. Par exemple, la biologie évolutive s'appuie fortement sur les techniques de la biologie moléculaire pour déterminer les séquences d'ADN qui aident à comprendre la variation génétique d'une population; et la physiologie emprunte beaucoup à la biologie cellulaire pour décrire la fonction des systèmes organiques.

Aspects éthiques

Comme dans toutes les sciences, les disciplines biologiques sont mieux suivies par des personnes attachées à des normes éthiques élevées, en maintenant la plus haute intégrité et en suivant une bonne méthodologie de recherche. Les données doivent être interprétées honnêtement, et les résultats qui ne correspondent pas à ses préjugés préconçus ne doivent pas être rejetés ou ignorés en faveur de données qui correspondent à ses préjugés. Un biologiste qui privilégie son bien-être (argent, popularité, position, etc.), court le risque de recherches erronées voire frauduleuses. Mais même les biologistes bien intentionnés ont fait un pas en avant en essayant d'adapter les résultats de la recherche aux biais personnels.

Le concept plus spécifique de bioéthique recouvre également des travaux dans de nombreux domaines biologiques. Il s'agit de la discipline traitant des implications éthiques de la recherche biologique et de ses applications. Les aspects de la biologie posant des problèmes de bioéthique comprennent le clonage, le génie génétique, le contrôle des populations, la recherche médicale sur les animaux, la création d'armes biologiques, etc.

Structure de la vie

Voir également: Biologie moléculaire, biologie cellulaire, génétique et biologie du développement

La biologie moléculaire est l'étude de la biologie au niveau moléculaire. Le domaine chevauche d'autres domaines de la biologie, en particulier la génétique et la biochimie. La biologie moléculaire se préoccupe principalement de comprendre les interactions entre les différents systèmes d'une cellule, notamment en cartographiant les interactions entre l'ADN, l'ARN et la synthèse des protéines et d'apprendre comment ces interactions sont régulées.

La biologie cellulaire étudie les propriétés physiologiques des cellules, ainsi que leurs comportements, interactions et environnement; cela se fait à la fois au niveau microscopique et moléculaire. La biologie cellulaire recherche à la fois des organismes unicellulaires comme les bactéries et des cellules spécialisées dans des organismes multicellulaires comme les humains.

Comprendre la composition des cellules et leur fonctionnement est fondamental pour toutes les sciences biologiques. Il est particulièrement important d'apprécier les similitudes et les différences entre les types de cellules dans les domaines de la biologie cellulaire et moléculaire. Ces similitudes et différences fondamentales fournissent un thème unificateur, permettant d'extrapoler et de généraliser les principes tirés de l'étude d'un type de cellule à d'autres types de cellules.

La génétique est la science des gènes, de l'hérédité et de la variation des organismes. Dans la recherche moderne, la génétique fournit des outils importants dans l'étude de la fonction d'un gène particulier (par exemple, l'analyse des interactions génétiques). Au sein des organismes, l'information génétique est généralement transportée dans les chromosomes, où elle est représentée dans la structure chimique de molécules d'ADN particulières.

Les gènes codent les informations nécessaires à la synthèse des protéines, qui à leur tour jouent un grand rôle en influençant le phénotype final de l'organisme, bien que, dans de nombreux cas, ne le déterminent pas complètement.

La biologie du développement étudie le processus de croissance et de développement des organismes. Originaire de l'embryologie, la biologie du développement étudie aujourd'hui le contrôle génétique de la croissance cellulaire, de la différenciation et de la "morphogenèse", qui est le processus qui donne naissance aux tissus, aux organes et à l'anatomie. Les organismes modèles pour la biologie du développement comprennent le ver rond Caenorhabditis elegans, la mouche des fruits Drosophila melanogaster, le poisson zèbre Brachydanio rerio, la souris Mus musculus, et la petite moutarde à fleurs Arabidopsis thaliana.

Physiologie des organismes

Voir également: Physiologie, Anatomie

La physiologie étudie les processus mécaniques, physiques et biochimiques des organismes vivants, en tentant de comprendre comment toutes les structures fonctionnent dans leur ensemble. Le thème de la «structure pour fonctionner» est au cœur de la biologie.

Les études physiologiques ont traditionnellement été divisées en physiologie végétale et physiologie animale, mais les principes de la physiologie sont universels, quel que soit l'organisme particulier étudié. Par exemple, ce qui est appris sur la physiologie des cellules de levure peut également s'appliquer à d'autres cellules. Le domaine de la physiologie animale étend les outils et méthodes de la physiologie humaine aux espèces animales non humaines. La physiologie végétale emprunte également des techniques aux deux domaines.

L'anatomie est une partie importante de la physiologie et considère comment les systèmes d'organes chez les animaux tels que les systèmes nerveux, immunitaire, endocrinien, respiratoire et circulatoire fonctionnent et interagissent. L'étude de ces systèmes est partagée avec les disciplines à orientation médicale de la neurologie, de l'immunologie et similaires. Le domaine des sciences de la santé traite à la fois de la santé humaine et animale.

Diversité et évolution des organismes

En génétique des populations, l'évolution d'une population d'organismes est parfois représentée comme si elle voyageait dans un paysage de fitness. Les flèches indiquent le flux préféré d'une population sur le paysage, et les points A, B et C sont des optima locaux. La boule rouge indique une population qui passe d'une valeur de fitness très basse au sommet d'un pic.

Voir également: Biologie évolutive, botanique, zoologie

La biologie évolutive s'intéresse à l'origine et à la descendance des espèces et à leur évolution dans le temps, c'est-à-dire leur évolution. La biologie évolutive est un domaine inclusif car elle comprend des scientifiques de nombreuses disciplines traditionnelles axées sur la taxonomie. Par exemple, il comprend généralement des scientifiques qui peuvent avoir une formation spécialisée dans des organismes particuliers tels que la mammogénie, l'ornithologie ou l'herpétologie, mais utilise ces organismes comme systèmes pour répondre à des questions générales sur l'évolution. Il comprend également généralement des paléontologues qui utilisent des fossiles pour répondre aux questions sur le mode et le rythme de l'évolution, ainsi que des théoriciens dans des domaines tels que la génétique des populations et la théorie de l'évolution. Dans les années 1990, la biologie du développement a fait une rentrée dans la biologie évolutive de son exclusion initiale de la synthèse moderne à travers l'étude de la biologie évolutive du développement. Les domaines connexes qui sont souvent considérés comme faisant partie de la biologie évolutive sont la phylogénétique, la systématique et la taxonomie.

Les deux principales disciplines traditionnelles axées sur la taxonomie sont la botanique et la zoologie. La botanique est l'étude scientifique des plantes. Il couvre un large éventail de disciplines scientifiques qui étudient la croissance, la reproduction, le métabolisme, le développement, les maladies et l'évolution de la vie végétale. La zoologie est la discipline qui implique l'étude des animaux, qui comprend la physiologie des animaux étudiés dans divers domaines, y compris l'anatomie et l'embryologie. The common genetic and developmental mechanisms of animals and plants is studied in molecular biology, molecular genetics, and developmental biology. The ecology of animals is covered under behavioral ecology and other fields.

Classification of life

The dominant classification system is called Linnaean taxonomy, which includes ranks and binomial nomenclature. How organisms are named is governed by international agreements such as the International Code of Botanical Nomenclature (ICBN), the International Code of Zoological Nomenclature (ICZN), and the International Code of Nomenclature of Bacteria (ICNB). A fourth Draft BioCode was published in 1997 in an attempt to standardize naming in the three areas, but it has not yet been formally adopted. The International Code of Virus Classification and Nomenclature (ICVCN) remains o

Voir la vidéo: Introduction à la biologie : Qu'est-ce que le vivant ? Comment l'étudier ? (Août 2020).

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