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chapitre 1 Introduction : les thèmes de l’étude du vivant
d’étudier des systèmes entiers. Pour illustrer ce changement
de perspective, imaginons que l’on quitte le niveau de la rue,
où l’on observait la circulation à une intersection donnée,
pour survoler la ville à bord d’un hélicoptère. Du haut des airs,
il est possible de constater les effets de variables comme
l’heure, les projets de construction, les accidents et les pannes
de feux de circulation sur la circulation automobile d’une ville.
La biologie des systèmes est une approche qui tente de
représenter par des modèles, c’est-à-dire par des schématisations simplifiées de la réalité, le comportement dynamique
de systèmes biologiques entiers, d’après l’étude des interactions entre leurs parties. Les modèles réussis permettront aux
biologistes de prédire quels effets la modification d’une ou de
plusieurs variables peut avoir sur les autres parties du système
et sur l’ensemble de celui-ci. Cette démarche permet donc
de formuler de nouveaux types de questions. Par exemple,
quels seront les effets de tel médicament contre l’hypertension artérielle sur le fonctionnement des organes de tout
l’organisme ? Comment l’arrosage accru d’une culture se
répercutera-t-il sur les processus vitaux des plantes, comme le
stockage des molécules essentielles à la nutrition de l’humain ? Comment une augmentation graduelle du dioxyde de
semble de la biosphère ? Le but ultime de la biologie des systèmes est d’apporter des réponses à des questions cruciales
comme cette dernière.
La biologie des systèmes s’applique quels que soient les
niveaux de l’organisation biologique examinés. Durant les
premières années du 20
e
siècle, les biologistes qui étudiaient
le fonctionnement du corps des animaux (la physiologie animale) commencèrent à intégrer des données sur la façon
dont plusieurs organes participaient à des processus comme
la régulation de la glycémie. Puis, dans les années 1960, les
scientifiques qui étudiaient les écosystèmes ont élaboré des
modèles détaillés pour décrire le réseau d’interactions qui
s’établissent entre les organismes et les composants non vivants
d’un même écosystème, par exemple un marais salant. Plus
récemment, grâce au séquençage de l’ADN de nombreuses
espèces, la biologie des systèmes a pris d’assaut les niveaux
cellulaires et moléculaires. Nous en discuterons plus loin,
dans la section sur la continuité du vivant (page 8).
thème : Les organismes interagissent entre eux
et avec l’environnement physique
Revenons à la figure 1.4 et attardons-nous cette fois à la forêt.
Dans un écosystème, chaque organisme est en relation continuelle avec son environnement, qui compte d’autres organismes ainsi que diverses composantes physiques. Les feuilles
d’un arbre, par exemple, absorbent la lumière du soleil et le
dioxyde de carbone contenu dans l’air et libèrent de l’oxygène dans l’air (figure 1.5). L’organisme et l’environnement
subissent les effets de leurs interactions. Par exemple, une
plante absorbe l’eau et les minéraux contenus dans le sol par
ses racines, et celles-ci contribuent à la formation du sol en
désagrégeant la roche. À l’échelle planétaire, les plantes et
autres organismes photosynthétiques produisent l’oxygène
contenu dans l’air.
L’arbre interagit aussi avec les autres êtres vivants, y compris les microorganismes qui vivent autour de ses racines, les
insectes qui l’habitent et les animaux qui mangent ses feuilles
et ses fruits. Les interactions entre les organismes donnent lieu
à la circulation cyclique des nutriments dans les éco systèmes.
Par exemple, les minéraux qu’absorbent les arbres finissent par
retourner dans le sol sous l’action des microorga nismes qui
décomposent les feuilles, les racines mortes et d’autres débris
organiques. Les minéraux deviennent
alors disponibles, ce qui permet aux
arbres de les absorber de nouveau.
Comme tous les organismes, nous
interagissons avec notre environnement.
Malheureusement, les conséquences de
certaines interactions sont parfois dramatiques. Ainsi, depuis la révolution
industrielle, survenue au 19
e
siècle, la
combustion de carburants fossiles (charbon, pétrole et gaz) s’accroît à un rythme
effréné. Cette pratique libère des gaz
dans l’atmosphère, notamment d’importantes quantités de dioxyde de carbone
(CO 2 ). Près de la moitié du CO 2 généré
par l’activité humaine est emprisonnée
dans l’atmosphère et agit comme une
couche de verre autour de la planète. Le
verre laisse passer les rayons du soleil qui
réchauffent la Terre, mais il empêche la
chaleur de s’échapper dans l’espace. Les
scientifiques estiment que la température moyenne de la planète a augmenté
de 1 °C depuis 1900 à cause de cet « effet
de serre ». Ils prévoient une augmentation additionnelle de cette température
d’au moins 3 °C au cours du 21
e
siècle.
m Figure 1.5 Les interactions d’un acacia avec d’autres êtres vivants et leur environnement
physique en Afrique.
La
circulation
cyclique des
nutriments
chimiques
Lumière du soleil
O 2
CO 2
Les feuilles absorbent
l’énergie lumineuse
du soleil.
Les feuilles puisent
le dioxyde de carbone
contenu dans l’air et
libèrent de l’oxygène.
Les animaux
mangent les fruits
et les feuilles
de l’arbre.
Les feuilles
tombent au sol,
des organismes
les décomposent
et les minéraux
regagnent le sol.
L’arbre
capte par ses
racines l’eau
et les minéraux
contenus
dans le sol.
chapitre 1 Introduction : les thèmes de l’étude du vivant
d’étudier des systèmes entiers. Pour illustrer ce changement
de perspective, imaginons que l’on quitte le niveau de la rue,
où l’on observait la circulation à une intersection donnée,
pour survoler la ville à bord d’un hélicoptère. Du haut des airs,
il est possible de constater les effets de variables comme
l’heure, les projets de construction, les accidents et les pannes
de feux de circulation sur la circulation automobile d’une ville.
La biologie des systèmes est une approche qui tente de
représenter par des modèles, c’est-à-dire par des schématisations simplifiées de la réalité, le comportement dynamique
de systèmes biologiques entiers, d’après l’étude des interactions entre leurs parties. Les modèles réussis permettront aux
biologistes de prédire quels effets la modification d’une ou de
plusieurs variables peut avoir sur les autres parties du système
et sur l’ensemble de celui-ci. Cette démarche permet donc
de formuler de nouveaux types de questions. Par exemple,
quels seront les effets de tel médicament contre l’hypertension artérielle sur le fonctionnement des organes de tout
l’organisme ? Comment l’arrosage accru d’une culture se
répercutera-t-il sur les processus vitaux des plantes, comme le
stockage des molécules essentielles à la nutrition de l’humain ? Comment une augmentation graduelle du dioxyde de
semble de la biosphère ? Le but ultime de la biologie des systèmes est d’apporter des réponses à des questions cruciales
comme cette dernière.
La biologie des systèmes s’applique quels que soient les
niveaux de l’organisation biologique examinés. Durant les
premières années du 20
e
siècle, les biologistes qui étudiaient
le fonctionnement du corps des animaux (la physiologie animale) commencèrent à intégrer des données sur la façon
dont plusieurs organes participaient à des processus comme
la régulation de la glycémie. Puis, dans les années 1960, les
scientifiques qui étudiaient les écosystèmes ont élaboré des
modèles détaillés pour décrire le réseau d’interactions qui
s’établissent entre les organismes et les composants non vivants
d’un même écosystème, par exemple un marais salant. Plus
récemment, grâce au séquençage de l’ADN de nombreuses
espèces, la biologie des systèmes a pris d’assaut les niveaux
cellulaires et moléculaires. Nous en discuterons plus loin,
dans la section sur la continuité du vivant (page 8).
thème : Les organismes interagissent entre eux
et avec l’environnement physique
Revenons à la figure 1.4 et attardons-nous cette fois à la forêt.
Dans un écosystème, chaque organisme est en relation continuelle avec son environnement, qui compte d’autres organismes ainsi que diverses composantes physiques. Les feuilles
d’un arbre, par exemple, absorbent la lumière du soleil et le
dioxyde de carbone contenu dans l’air et libèrent de l’oxygène dans l’air (figure 1.5). L’organisme et l’environnement
subissent les effets de leurs interactions. Par exemple, une
plante absorbe l’eau et les minéraux contenus dans le sol par
ses racines, et celles-ci contribuent à la formation du sol en
désagrégeant la roche. À l’échelle planétaire, les plantes et
autres organismes photosynthétiques produisent l’oxygène
contenu dans l’air.
L’arbre interagit aussi avec les autres êtres vivants, y compris les microorganismes qui vivent autour de ses racines, les
insectes qui l’habitent et les animaux qui mangent ses feuilles
et ses fruits. Les interactions entre les organismes donnent lieu
à la circulation cyclique des nutriments dans les éco systèmes.
Par exemple, les minéraux qu’absorbent les arbres finissent par
retourner dans le sol sous l’action des microorga nismes qui
décomposent les feuilles, les racines mortes et d’autres débris
organiques. Les minéraux deviennent
alors disponibles, ce qui permet aux
arbres de les absorber de nouveau.
Comme tous les organismes, nous
interagissons avec notre environnement.
Malheureusement, les conséquences de
certaines interactions sont parfois dramatiques. Ainsi, depuis la révolution
industrielle, survenue au 19
e
siècle, la
combustion de carburants fossiles (charbon, pétrole et gaz) s’accroît à un rythme
effréné. Cette pratique libère des gaz
dans l’atmosphère, notamment d’importantes quantités de dioxyde de carbone
(CO 2 ). Près de la moitié du CO 2 généré
par l’activité humaine est emprisonnée
dans l’atmosphère et agit comme une
couche de verre autour de la planète. Le
verre laisse passer les rayons du soleil qui
réchauffent la Terre, mais il empêche la
chaleur de s’échapper dans l’espace. Les
scientifiques estiment que la température moyenne de la planète a augmenté
de 1 °C depuis 1900 à cause de cet « effet
de serre ». Ils prévoient une augmentation additionnelle de cette température
d’au moins 3 °C au cours du 21
e
siècle.
m Figure 1.5 Les interactions d’un acacia avec d’autres êtres vivants et leur environnement
physique en Afrique.
La
circulation
cyclique des
nutriments
chimiques
Lumière du soleil
O 2
CO 2
Les feuilles absorbent
l’énergie lumineuse
du soleil.
Les feuilles puisent
le dioxyde de carbone
contenu dans l’air et
libèrent de l’oxygène.
Les animaux
mangent les fruits
et les feuilles
de l’arbre.
Les feuilles
tombent au sol,
des organismes
les décomposent
et les minéraux
regagnent le sol.
L’arbre
capte par ses
racines l’eau
et les minéraux
contenus
dans le sol.