chapitre 2 L’organisation chimique fondamentale de la vie 31
2
L’organisation
chimique
fondamentale
de la vie
ConCepts Clés
2.1 La matière est constituée d’éléments chimiques
purs ou combinés ; les éléments combinés
forment des composés
2.2 Les propriétés d’un élément sont déterminées
par la structure de ses atomes
2.3 La formation et la fonction des molécules
dépendent des liaisons chimiques entre les atomes
2.4 Les réactions chimiques établissent et rompent
des liaisons chimiques
IntroduCtIon
Un lien entre la biologie et la chimie
La forêt tropicale amazonienne, en Amérique du Sud, est un
lieu de prédilection pour la diversité de la vie sur Terre. Des
oiseaux colorés, des insectes et d’autres animaux y vivent
dans un milieu où croît une multitude d’arbres, d’arbustes,
de lianes et de fleurs sauvages ; il suffit d’une excursion le long
d’un cours d’eau ou dans le sentier d’une forêt pour constater
à quel point ces lieux offrent une profusion exubérante d’espèces végétales. Les visiteurs qui voyagent dans la région du
cours supérieur de l’Amazone, au Pérou, sont donc extrêmement surpris de croiser sur leur chemin des coins de végétation
comme celui de l’avant-plan de la figure 2.1 et dans lesquels
pousse presque exclusivement une seule espèce d’arbre : Duroia
hirsuta. Les voyageurs curieux se demandent peut-être si cet
endroit à la végétation particulière est le fruit du travail de la
population locale, mais les autochtones sont tout aussi étonnés
par ce phénomène que les visiteurs. Ils ont surnommé ces
lieux les « jardins du diable », selon une légende qui attribue
leur existence à un esprit malin.
À la recherche d’une explication scientifique, une équipe
de la Stanford University a récemment résolu le mystère de
ces lieux intrigants. La figure 2.2 décrit la principale expérience des chercheurs qui ont su démontrer que les « jardiniers » qui créent et entretiennent ces endroits sont en fait
des fourmis qui vivent dans le creux des tiges d’un arbre du
nom de Duroia hirsuta. Les fourmis ne plantent pas ces arbres,
mais elles empêchent les autres espèces végétales de pousser
en injectant un produit chimique toxique pour les intrus.
C’est pourquoi seuls les arbres de l’espèce Duroia, qui servent
de domicile aux fourmis, croissent dans cette zone. Grâce à
sa capa cité à entretenir et à agrandir son habitat, une seule
colonie de fourmis du jardin du diable peut prospérer pendant des centaines d’années.
Ces insectes éliminent les végétaux indésirables en les
empoisonnant avec l’acide formique, une substance dont le
nom vient du latin formica, qui signifie fourmi. De nombreuses
espèces de fourmis utiliseraient l’acide formique pour se protéger des parasites, mais la fourmi des jardins du diable est
la première espèce connue à utiliser l’acide formique comme
herbicide. C’est un ajout important à la liste des fonctions
attribuables à des produits chimiques dans le monde des
insectes. Les scientifiques savaient depuis longtemps que des
substances chimiques jouent un rôle dans la communication
chez les insectes, l’attraction dans l’accouplement et la défense
contre les prédateurs.
Les recherches sur les jardins du diable ne sont qu’un
exemple de la pertinence de la chimie dans l’étude de la vie.
Contrairement à la liste de cours d’un programme, la nature
ne se résume pas à une suite de sciences naturelles prises
individuellement : biologie, chimie, physique, etc. Les biologistes se spécialisent dans l’étude de la vie, mais pour expliquer certains phénomènes du vivant, il leur est nécessaire
d’utiliser des concepts fondamentaux de chimie et de physique
qui s’appliquent aux organismes et au monde dans lequel ils
évoluent. La biologie est une science multidisciplinaire, une
science d’intégration.
Les chapitres de cette partie constituent une introduction
à certains concepts clés de la chimie qui s’appliquent à l’étude
de la vie. Nous ferons beaucoup de liens avec les thèmes présentés au chapitre 1. L’un de ces thèmes est l’organisation de
la vie en une hiérarchie de niveaux structuraux, chaque niveau
présentant des propriétés que le niveau précédent ne possède
pas (concept d’émergence). Dans cette partie, nous verrons
comment cette émergence se manifeste aux paliers les plus
m Figure 2.1 Qui entretient ce « jardin » ?
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L’organisation
chimique
fondamentale
de la vie
ConCepts Clés
2.1 La matière est constituée d’éléments chimiques
purs ou combinés ; les éléments combinés
forment des composés
2.2 Les propriétés d’un élément sont déterminées
par la structure de ses atomes
2.3 La formation et la fonction des molécules
dépendent des liaisons chimiques entre les atomes
2.4 Les réactions chimiques établissent et rompent
des liaisons chimiques
IntroduCtIon
Un lien entre la biologie et la chimie
La forêt tropicale amazonienne, en Amérique du Sud, est un
lieu de prédilection pour la diversité de la vie sur Terre. Des
oiseaux colorés, des insectes et d’autres animaux y vivent
dans un milieu où croît une multitude d’arbres, d’arbustes,
de lianes et de fleurs sauvages ; il suffit d’une excursion le long
d’un cours d’eau ou dans le sentier d’une forêt pour constater
à quel point ces lieux offrent une profusion exubérante d’espèces végétales. Les visiteurs qui voyagent dans la région du
cours supérieur de l’Amazone, au Pérou, sont donc extrêmement surpris de croiser sur leur chemin des coins de végétation
comme celui de l’avant-plan de la figure 2.1 et dans lesquels
pousse presque exclusivement une seule espèce d’arbre : Duroia
hirsuta. Les voyageurs curieux se demandent peut-être si cet
endroit à la végétation particulière est le fruit du travail de la
population locale, mais les autochtones sont tout aussi étonnés
par ce phénomène que les visiteurs. Ils ont surnommé ces
lieux les « jardins du diable », selon une légende qui attribue
leur existence à un esprit malin.
À la recherche d’une explication scientifique, une équipe
de la Stanford University a récemment résolu le mystère de
ces lieux intrigants. La figure 2.2 décrit la principale expérience des chercheurs qui ont su démontrer que les « jardiniers » qui créent et entretiennent ces endroits sont en fait
des fourmis qui vivent dans le creux des tiges d’un arbre du
nom de Duroia hirsuta. Les fourmis ne plantent pas ces arbres,
mais elles empêchent les autres espèces végétales de pousser
en injectant un produit chimique toxique pour les intrus.
C’est pourquoi seuls les arbres de l’espèce Duroia, qui servent
de domicile aux fourmis, croissent dans cette zone. Grâce à
sa capa cité à entretenir et à agrandir son habitat, une seule
colonie de fourmis du jardin du diable peut prospérer pendant des centaines d’années.
Ces insectes éliminent les végétaux indésirables en les
empoisonnant avec l’acide formique, une substance dont le
nom vient du latin formica, qui signifie fourmi. De nombreuses
espèces de fourmis utiliseraient l’acide formique pour se protéger des parasites, mais la fourmi des jardins du diable est
la première espèce connue à utiliser l’acide formique comme
herbicide. C’est un ajout important à la liste des fonctions
attribuables à des produits chimiques dans le monde des
insectes. Les scientifiques savaient depuis longtemps que des
substances chimiques jouent un rôle dans la communication
chez les insectes, l’attraction dans l’accouplement et la défense
contre les prédateurs.
Les recherches sur les jardins du diable ne sont qu’un
exemple de la pertinence de la chimie dans l’étude de la vie.
Contrairement à la liste de cours d’un programme, la nature
ne se résume pas à une suite de sciences naturelles prises
individuellement : biologie, chimie, physique, etc. Les biologistes se spécialisent dans l’étude de la vie, mais pour expliquer certains phénomènes du vivant, il leur est nécessaire
d’utiliser des concepts fondamentaux de chimie et de physique
qui s’appliquent aux organismes et au monde dans lequel ils
évoluent. La biologie est une science multidisciplinaire, une
science d’intégration.
Les chapitres de cette partie constituent une introduction
à certains concepts clés de la chimie qui s’appliquent à l’étude
de la vie. Nous ferons beaucoup de liens avec les thèmes présentés au chapitre 1. L’un de ces thèmes est l’organisation de
la vie en une hiérarchie de niveaux structuraux, chaque niveau
présentant des propriétés que le niveau précédent ne possède
pas (concept d’émergence). Dans cette partie, nous verrons
comment cette émergence se manifeste aux paliers les plus
m Figure 2.1 Qui entretient ce « jardin » ?