Biologie

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La biologie (du grec bios « la vie » et logos, « discours ») est la science du vivant. Elle recouvre une partie des sciences de la nature et de l'histoire naturelle des êtres vivants.

La vie se présentant sous de nombreuses formes et à des échelles très différentes, la biologie s'étend du niveau moléculaire, à celui de la cellule, puis de l'organisme, jusqu'au niveau de la population et de l'écosystème.

Étymologie

Le terme biologie est formé par la composition des deux mots grecs bios (βιος) en français « vie » et logos (λογος) qui signifie « discours, parole »[1],[2].

Ce néologisme est créé à la fin du XVIIIe siècle et au début du XIXe siècle et de façon indépendante :

« Tout ce qui est généralement commun aux végétaux et aux animaux comme toutes les facultés qui sont propres à chacun de ces êtres sans exception, doit constituer l'unique et vaste objet d'une science particulière qui n'est pas encore fondée, qui n'a même pas de nom, et à laquelle je donnerai le nom de biologie. »

Chez Lamarck on trouve, pour la première fois, une conception de l'être vivant qui reconnaît son originalité comparativement aux objets inanimés sans pour autant la faire déroger aux lois de la physique, contrairement à ce qu'avaient tendance à faire les vitalistes et les fixistes.

Le même Lamarck, bien avant de donner des cours de biologie en 1819, sépare dans son ouvrage Hydrogéologie, paru également en 1802, la physique terrestre en trois parties :

Les savants allemands, à l'appel de Treviranus, lancent les méticuleux inventaires de la flore et de la faune, réalisés par ceux qui, respectivement, se nommeront botanistes et zoologistes. Vers le milieu du XIXe siècle, un intérêt pour les fonctions du vivant oriente la recherche biologique vers la physiologie.

Histoire

Principes fondateurs

Définition de l'objet

L'objet de la biologie est l'être vivant et la vie dans son ensemble et son fonctionnement. Mais qu'est-ce qu'un être vivant ? En quoi se différencie-t-il des objets inanimés et des machines ? Et qu'est-ce que la vie[4] ? À ces questions, les biologistes n'ont actuellement pas de réponse précise qui fasse l'unanimité dans la communauté scientifique. Certain d'entre eux, et non des moindres, pensent même que ces questions sont sans objet.

Ainsi Claude Bernard, dans la première des Leçons sur les phénomènes de la vie communs aux animaux et aux végétaux (1878), déclare explicitement que l'on n'a pas à définir a priori la notion de vie, car la biologie doit être une science expérimentale ; ce serait là une définition a priori et « la méthode qui consiste à définir et à tout déduire d'une définition peut convenir aux sciences de l'esprit, mais elle est contraire à l'esprit même des sciences expérimentales ». En conséquence, « il suffit que l'on s'entende sur le mot vie pour l'employer » et « il est illusoire et chimérique, contraire à l'esprit même de la science, d'en chercher une définition absolue ».

La biologie semble être restée fidèle à cette conception, puisqu'elle continue à ne pas précisément définir la notion de vie pour se limiter à l'analyse de « choses naturelles » ou parfois en partie créées par l'homme (via la sélection puis le génie génétique) que le sens commun lui désigne comme vivants. Cette analyse permet de mettre en évidence un certain nombre de caractères communs à ces objets d'étude, et ainsi d'appliquer ce qualificatif de vivant à d'autres objets présentant les mêmes caractères. Cette méthode, exclusivement analytique et expérimentale, a considérablement renforcé l'efficacité et la scientificité du travail du biologiste, comparativement aux conceptions souvent spéculatives d'avant Claude Bernard. Elle a cependant amené une « physicalisation » telle que l'on a parfois l'impression que, pour rendre scientifique la biologie, il a fallu nier toute spécificité à son objet.

De fait, certains biologistes en viennent à déclarer que « la vie n'existe pas ! », ou plus exactement qu'elle serait un processus physico-chimique parmi d'autres.

Le premier d’entre eux est probablement Albert Szent-Györgyi, prix Nobel de médecine en 1937, qui a déclaré :

« La vie en tant que telle n’existe pas, personne ne l’a jamais vue[5]. »

Le plus connu est François Jacob :

« On n'interroge plus la vie aujourd'hui dans les laboratoires. On ne cherche plus à en cerner les contours. […] C'est aux algorithmes du monde vivant que s'intéresse aujourd'hui la biologie[6]. »

Plus récemment, c'est aussi la position d'Henri Atlan :

« L’objet de la biologie est physico-chimique. À partir du moment où l’on fait de la biochimie et de la biophysique, et où l’on comprend les mécanismes physico-chimiques qui rendent compte des propriétés des êtres vivants, alors la vie s’évanouit ! Aujourd’hui, un biologiste moléculaire n’a pas à utiliser pour son travail le mot « vie ». Cela s’explique historiquement : il s’occupe d’une chimie qui existe dans la nature, dans un certain nombre de systèmes physico-chimiques particuliers, aux propriétés spécifiques, et appelés animaux ou plantes, c’est tout[7] ! »

Cette dernière citation illustre la confusion entre l'étude de la vie et celle de la matière des êtres vivants, où transparaît la tentation de réduire la biologie à la seule biologie moléculaire en niant au vivant, grâce au nivellement que permet la chimie, toute spécificité qui ne soit pas une simple différence physico-chimique. Autrement dit, il est tentant, en réduisant la biologie à la biologie moléculaire, de ne différencier le vivant de l'inanimé que par les critères par lesquels la biologie moléculaire se différencie du reste de la chimie.

Cette négation de la spécificité du vivant vient d'une conception où l'on n'admet aucune discontinuité entre vivant et inanimé pour conserver un univers cohérent et unifié. On y admet donc une gradation progressive entre l'inanimé et le vivant, tant dans les formes actuelles (les virus, censés être à la limite du vivant et de l'inanimé) que dans l'apparition de la vie sur Terre (cette apparition y est comprise comme une phase prébiotique progressive sans discontinuité marquée). En fait, cette négation de la spécificité du vivant, qui se veut matérialiste, confond simplement le matérialisme épistémologique et les sciences de la matière. Les sciences, y compris la biologie, se doivent d'être matérialistes, personne ne dira le contraire. Mais doivent-elles pour autant n'être que des sciences de la matière ? La physique est depuis longtemps la science modèle pour toutes les autres, à tel point qu'on a fini par la confondre avec l'idéal du matérialisme épistémologique.

Parler de la notion de vie, de la spécificité de l'être vivant, c'est, en biologie, s'exposer à se voir qualifier de vitaliste, voire d'animiste, car qui s'écarte un peu de la physico-chimie est censé sortir du matérialisme épistémologique. Si bien qu'aujourd'hui on a l'impression que ce que vise la biologie n'est pas tant l'étude de la vie (ou de l'être vivant dans ce qu'il a de spécifique relativement à l'objet inanimé) que sa pure et simple négation, le nivellement et l'unification de l'univers par la physico-chimie. Comme si, pour unifier, il valait mieux nier les solutions de continuité que les comprendre.

Une autre approche est plus systémique ainsi résumée par Jacob (1970) : « Tout objet que considère la Biologie représente un système de systèmes; lui - même élément d'un système d'ordre supérieur, il obéit parfois à des règles qui ne peuvent être déduites de sa propre analyse » ; c'est une des base de l'écologie scientifique et de son « approche écosystémique ».

Le problème de la spécificité de l'être vivant n'est donc pas encore réglé par la biologie moderne qui ainsi n'a donc aucune définition claire et explicite de son objet. Ce problème est seulement occulté de diverses manières, qui toutes tendent à ramener, faute de mieux, la conception de Descartes de l'être vivant comme plus ou moins semblable à une machine très complexe. Rares sont les biologistes qui s'inscrivent en faux contre cette approximation en avançant une conception du vivant plus précise et proche de la réalité[8]. Un certain nombre de travaux en biologie théorique visent cependant à dépasser ces limitations, tels que ceux de Francisco Varela, Robert Rosen ou Stuart Kauffman[9]. L'enjeux est alors souvent la différence entre biologie et physique[10].

Évolution

Article détaillé : Évolution.
Page titre du Origin of Species (L'Origine des espèces) de Charles Darwin.

La première théorie de l'évolution du vivant a été avancée par Jean-Baptiste Lamarck dans son ouvrage Philosophie Zoologique en 1809. Comme son titre l'indique, elle se présente sous la forme d'un système philosophique, bien qu'elle pose les bases essentielles pour la compréhension des êtres vivants et de leur évolution. Cinquante ans plus tard, en 1859, avec la parution de L'Origine des espèces, Charles Darwin propose une explication scientifique de l'évolution, sous la forme d'un mécanisme simple, avec le principe de sélection naturelle. Avec le temps, la théorie originelle de Darwin a été affinée avec les résultats des expériences et observations que les biologistes ont effectuées. La théorie faisant actuellement consensus est celle de la théorie synthétique de l'évolution, appelée aussi néo-darwinisme.

Le caractère évolutionniste de la vie a pendant très longtemps été discuté et est même encore mis en doute par certaines personnes en dehors de la communauté scientifique, mais aucune de ces objections à la théorie de l'évolution n'est scientifiquement fondée. La communauté scientifique a depuis très largement admis l'évolutionnisme de la vie comme un fait démontré par l'expérience et l'observation à maintes reprises notamment par :

Diversité

Article détaillé : Biodiversité.

Si la biologie est si vaste, c'est en raison de l'extrême diversité du vivant qui se présente sous tellement de formes que l'on peut avoir du mal à discerner des points communs. Une hiérarchisation du vivant a tout de même été réalisée, qui est le domaine de la systématique et de la taxinomie. Tous les êtres vivants sont classés en trois domaines :

Universalité

Structure en 3D de la molécule d'ADN

Bien qu'étant différentes, toutes les formes de vie partagent des caractères communs. Ce qui porte à croire que la vie sur Terre a pour origine une seule et même forme de vie, désignée sous l'acronyme de LUCA (pour l'anglais : Last universal common ancestor), qui serait apparue sur Terre il y a au moins 2,5 milliards d'années.

Les principaux caractères universels du vivant sont :

Domaines d'études

En raison du caractère extrêmement vaste du sujet, l'étude de la biologie nécessite un morcellement en domaines d'études. Une approche un peu « réductrice » mais ayant l'avantage de clarifier les thèmes consiste à définir des niveaux d'organisation. Dans un souci de parvenir à une compréhension plus globale de la biologie, des ponts se sont naturellement créés entre les différentes disciplines.

Structure du vivant

Articles détaillés : Biologie moléculaire et Biologie cellulaire.
Structure d'une cellule végétale.

Les domaines étudiant la structure du vivant sont à l'échelle de l'atome pour la biologie moléculaire et de la cellule pour la biologie cellulaire.

Le domaine de la biologie moléculaire étudie les composés de bases du vivant, comme l'ADN et les protéines. Pendant longtemps, on a cru que les lois de la chimie régissant le vivant étaient différentes de celles pour la matière inanimée. Mais depuis la synthèse de nombreux composés organiques, il est clairement admis que les lois chimiques sont les mêmes que pour la matière inorganique. Aucune force vitale n'insuffle la vie à la matière comme on le pensait avant avec la théorie vitaliste.

La mise au point du microscope avec lequel Robert Hooke a découvert les cellules en 1665 a marqué la naissance de la biologie cellulaire et celle d'un monde alors insoupçonné. Cette découverte et les nombreuses qui ont suivi ont permis d'expliquer certains phénomènes comme ce que l'on qualifiait à l'époque de génération spontanée. C'est à cette échelle que l'on rencontre les premiers organismes vivants.

Anatomie et physiologie

Aspect de différents squelettes d'après le Larousse de 1922.
Articles détaillés : Histologie, Physiologie et Anatomie.

Prise au sens structurelle et fonctionnelle, la biologie recouvre également l'ensemble des disciplines, classiques et modernes, qui étudient des structures comme les tissus avec l'histologie ou les organes avec l'anatomie. La physiologie quant à elle étudie les principes mécaniques, physiques et biochimiques des organismes vivants et est séparée en deux branches : la physiologie végétale et la physiologie animale.

Diversité et évolution

L'extrême diversité du vivant n'empêche en rien le groupement en entités ou taxons (Taxinomie), leurs relations les uns par rapport aux autres et leur classement (systématique).

Interactions

Articles détaillés : Écologie et Éthologie.

Les interactions des êtres vivants entre eux et les liens les unissant avec leur environnement est le domaine de l'écologie. L'éthologie quant à elle étudie le comportement animal dans le milieu naturel.

Niveaux d'observation et disciplines

Niveau d'observation Exemple Disciplines
moléculaire molécules biologiques : protéines, ADN chimie organique, biochimie, biologie moléculaire
microscopique composants de la cellule (organites) biologie cellulaire, cytologie
cellules, organismes unicellulaires microbiologie
organes, tissus physiologie, histologie
macroscopique organismes, individus biologie des organismes, anatomie, éthologie
populationnel colonies, populations, métapopulations biologie des populations, génétique des populations
spécifique espèce taxinomie, phylogéographie, etc.
supra-spécifique groupes d'espèces, écosystèmes, évolution humaine systématique, écologie, phylogénie

Applications

Un laboratoire à l'institut de biochimie de Cologne.

Les applications des découvertes en biologie sont nombreuses et très présentes dans le quotidien de l'être humain. Les avancées importantes de ces dernières décennies en médecine ont principalement pour origine les découvertes sur le fonctionnement du corps humain. Le domaine pharmaceutique profite également des avancées en chimie organique.

Plus récemment, la découverte de la structure de l'ADN et une meilleure compréhension de l'hérédité ont permis de modifier finement les êtres vivants [Comment ?] et trouvent des applications dans les domaines agricole et agro-alimentaire.

La biologie peut également avoir des applications en criminologie. Dans la Revue française de criminologie et de droit pénal, Laurent Lemasson présente trois corrélations entre biologie et criminalité mises en évidence par différents chercheurs: la présence des gènes MAOA et HTR2B chez une part importante de criminels[11] ; un fonctionnement anormal des régions frontales et temporales du cerveau[12] ; enfin un état de sous-excitation physiologique chez les criminels multirécidivistes[13].

Impacts sur la société

Depuis le développement de la biologie moléculaire et de la physiologie cellulaire dans la seconde partie du XXe siècle, les progrès de la biologie sont devenus quotidiens et ont un impact énorme sur la société : compréhension des mécanismes moléculaires de plusieurs centaines de maladies, amélioration des traitements contre le cancer, compréhension des mécanismes neurologiques, amélioration des traitements des maladies mentales et dépistage de tares génétiques in utero. Une meilleure compréhension de l'évolution moléculaire, substrat physique à l'évolution des espèces, permet de transposer à l'homme les découvertes faites sur les animaux, y compris des vers comme C. elegans ou la mouche drosophile, dont on a montré que les mécanismes moléculaires de segmentation du corps au cours de l'embryogenèse sont identiques à ceux de l'humain, et, de manière générale, à tout le vivant métazoaire.

Toutefois, les progrès très rapides de la biologie suscitent parfois des interrogations philosophiques, de vives inquiétudes, voire une forte opposition de certaines associations ou organisations non gouvernementales (ONG). Citons notamment : le clonage, les organismes génétiquement modifiés (OGM), le séquençage, et les problèmes de propriété intellectuelle qui en découlent.

Notes et références

  1. « Logos et Biologie. Étymologie et historique » in Portail Lexical du Centre National de Ressources Textuelles et Lexicales - CNRTL - du CNRS en ligne
  2. afblum.be : Répertoire des racines d'origine hellénique, utilisées dans la terminologie des sciences biologiques. Prs Geerinck et Balleux. Biologie à l'Athénée Fernand Blum, consulté le 1er septembre 2014.
  3. Jean-Claude Laberche, Biologie végétale, coll. « Sciences sup », éditions Dunod, Paris, 1999, p. 3. (ISBN 2-10-004548-2)
  4. Voir Erwin Schrödinger, Qu'est-ce que la vie ?, 1944.
  5. 1948 ; cité par Henri Atlan, 1994.
  6. François Jacob, La Logique du vivant, une histoire de l’hérédité, 1970, p. 321.
  7. Henri Atlan, Question de vie,  éd. Seuil, 1994, p. 43-44.
  8. Voir André Pichot, Histoire de la notion de vie, 1993, chapitre de Conclusion ; Gérard Nissim Amzallag, L'homme végétal, pour une autonomie du vivant, 2002.
  9. (en) Giuseppe Longo, Maël Montévil et Stuart Kauffman, « No Entailing Laws, but Enablement in the Evolution of the Biosphere », Proceedings of the 14th Annual Conference Companion on Genetic and Evolutionary Computation, ACM, série GECCO '12, , p. 1379–1392 (ISBN 9781450311786, DOI 10.1145/2330784.2330946, lire en ligne)
  10. Giuseppe Longo et Maël Montévil, Perspectives on Organisms - Springer (DOI 10.1007/978-3-642-35938-5, lire en ligne)
  11. Bertrand Jordan, « Encore le « gène du crime » ? », Médecine/Sciences, vol. 31, (lire en ligne)
  12. (en) Adrian Raine, Monte Buchsbaum et Lori LaCasse, « Brain Abnormalities in Murderers Indicated by Positron Emission Tomography »
  13. (en) Jonathan Wells, « Low resting heart rate linked to 'future violent or anti-social behaviour' », The Telegraph.uk, (lire en ligne)

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

Introduction à la biologie : dictionnaire, traité, présentation générale, réflexion

Botanique

Espèces animales

Écologie et milieux

Biogéographie et culture botanique

Initiation à la biophysique et biologie humaine

Histoire de la biologie

La biologie, source de débats contemporains

Lien externe

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