Echelle du vivant

«L’ensemble est plus que la somme de ses composantes ».

Texte intégral : HARVEY-GIRARD, Erik. À l'échelle du vivant. In : Philosophie, science et société [en ligne]. 2015. Disponible à l'adresse : https://philosciences.com/philosophie-et-science/philosophie-de-la-biologie/121-echelle-du-vivant.

Vie et organisation

Les êtres vivants sont les «systèmes de matière» les plus organisés, structurés et adaptés qui puissent exister. On a d’ailleurs utilisé le terme organismes vivants pour cette raison. On étudie les êtres vivants à tous les niveaux possibles, dans tous leurs recoins. On ne compte d’ailleurs plus la multitude des domaines en biologie : biochimie, biophysique, génétique, éthologie, évolution, pour ne nommer que les domaines qui me sont un peu plus familiers. Chacun d’eux a la particularité d’étudier les organismes vivants à un niveau d’organisation particulier.

Les neurosciences représentent peut-être un champ à part, puisqu’il regroupe sous une même appellation un ensemble de domaines qui s’adressent à la compréhension du cerveau/système nerveux à plusieurs niveaux. Néanmoins, le psychologue, le neurologue, l’électrophysiologiste, le physiologiste cellulaire, le biophysicien et le biologiste moléculaire ont souvent beaucoup de difficulté à relier leurs travaux et leurs intérêts tant ils étudient la chose neuronale à des ordres de grandeur distincts. Le psychologue, qui s’intéresse aux conséquences sur le comportement social des habitudes des cocaïnomanes, semble regarder le monde avec un télescope comparativement à l’électrophysiologiste et au physiologiste cellulaire qui cherchent à comprendre l’effet de la cocaïne sur certains neurones. Quant à lui, le biologiste moléculaire, qui étudie les interactions entre la cocaïne et son récepteur, semble utiliser le plus fin des microscopes. Pourtant, tout ce petit monde étudie les effets de la cocaïne. Tout est une question d’échelle !

Même les mots changent de sens selon l’échelle du monde que l’on utilise. Une cellule est bien différente à l’échelle des hommes (une prison) qu’à échelle microscopique (unité fonctionnelle du vivant) ou dans la bouche d’un physicien qui s’intéresse aux phénomènes électriques (un pôle d’une pile). Pourtant, toutes réfèrent à un espace plus ou moins clos. Il y a des différences majeures d’un niveau à l’autre, mais certains grands principes semblent universels et s’appliquent à divers niveaux. C’est comme ces formes fractales que l’on retrouve à divers niveaux, jamais identiques, mais drôlement semblables. Mon préféré, c’est l’ensemble de Mandelbrot. Un peu partout, à diverses échelles, on peut retrouver ce «drôle-de-bonhomme-de-neige-branchu». Variations sur un même thème à divers niveaux de grossissement.

Qu'en est-il des échelles du monde vivant ? On nomme ces échelons «niveaux d’organisation». À chaque niveau d’organisation biologique, de nouvelles propriétés, qui n’existaient pas au niveau inférieur, apparaissent. À un niveau donné, les propriétés nouvellement acquises à ce niveau sont ensuite utilisées comme «briques» pour le niveau supérieur. On nomme émergence l’apparition de nouvelles propriétés résultant des interactions des composantes. Par exemple, le cœur peut pomper le sang, alors que le tissu cardiaque ne peut que se contracter de façon rythmique. L’animal utilise le pompage du sang par le cœur pour l’acheminer dans tout son organisme pour oxygéner et nourrir l’ensemble afin d’agir dans son environnement.

Les différents niveaux de l'échelle

Atome

Chaque atome d’élément est formé d’un noyau atomique composé de protons et de neutrons, autour duquel gravitent les électrons. On connaît 103 éléments(*) dont plusieurs font partie du vivant : carbone, hydrogène, oxygène, azote, soufre, sodium, potassium, chlore, calcium…

Molécule simple

Les molécules simples sont des ensembles d’atomes retenus entre eux par des liaisons chimiques. Il y a des millions de ces composés chimiques et un grand nombre d’entre eux entre dans la composition du vivant. Par exemple, il y a les sucres dont le glucose, 21 acides aminés, les acides nucléiques, les acides gras dont le fameux oméga-3, les vitamines, le cholestérol…

Molécule complexe

Les molécules complexes sont formées de molécules simples liées par des liens chimiques. Par exemple, l’ADN et l’ARN sont constitués d’acides nucléiques, les protéines sont formées d’acides aminés, les sucres complexes sont formés de glucose et les lipides sont formés entre autres d’acides gras. Les molécules complexes ont des rôles majeurs. L’ADN code le plan de l’architecture du vivant : le génome contenant 30 000 gènes chez l’humain. Chaque protéine est codée par un gène sur l’ADN. Les protéines sont de deux types : de structure (participent au squelette de la cellule) et les enzymes. Une enzyme catalyse (accélère) une réaction chimique en particulier. Les lipides stockent l’énergie et, dû à leur solubilité particulière, forment les membranes (les murs) des cellules avec le cholestérol.

Aggrégat de molécules

«Aggrégat» : les molécules complexes interagissent entre elles par des liaisons faibles et réversibles. Elles forment ainsi diverses structures assez malléables qui forment la charpente, les parois et des structures spécialisées des cellules. Chaque «aggrégat» est structuré de façon à tenir rapprochées plusieurs molécules complexes agissant dans une même série de réactions chimiques interreliées (une cascade enzymatique). On peut nommer divers segments spécialisés des membranes cellulaires, les chromosomes, le cytosquelette et des ensembles fonctionnels de protéines.

Organelle

Les organelles sont les constituants des cellules : ce sont leurs organes. Elles sont formées de plusieurs «aggrégats» spécialisés bien organisés qui contiennent des molécules simples et complexes. Chaque organelle est structurée de façon à tenir dans un même compartiment ou dans des compartiments juxtaposés, plusieurs aggrégats agissant dans une même voie métabolique. Une voie métabolique compile plusieurs cascades enzymatiques reliées entre elles de façon séquentielle. Par exemple, la respiration cellulaire se fait en trois étapes : la glycolyse (dégradation du glucose en acétyle lié au coenzyme A), le cycle de Krebs et la chaîne de la respiration oxydative. Les mitochondries responsables de la respiration cellulaire contiennent le transporteur pour le acétyl-CoA, en leur centre, toutes les enzymes nécessaires aux réactions chimiques du cycle de Krebs et dans leurs membranes, les protéines responsables de la respiration oxydative. Autre exemple, la membrane cellulaire des neurones contient tous les récepteurs sensibles aux neurotransmetteurs, les canaux ioniques nécessaires à la propagation de l’influx nerveux et plusieurs enzymes permettant la sécrétion de neurotransmetteurs.

Cellule

Unité fondamentale du vivant. Tous les niveaux inférieurs quoique nécessaires à la vie ne sont pas vivants. Une cellule vit : elle croît, elle se nourrit, a un métabolisme, se reproduit, naît et meurt. Bref, toutes les mêmes activités fondamentales que nous faisons. Un grand nombre d’espèces vivantes n’ont qu’une cellule (unicellulaire), cependant, d’autres espèces sont des ensembles multicellulaires où les cellules sont spécialisées pour mieux accomplir une fonction particulière et laisser à d’autres le soin d’accomplir les autres tâches.

Tissu

Les cellules spécialisées des organismes multicellulaires se regroupent par spécialité pour mieux accomplir leur tâche spécifique. Les cellules forment des «ensembles mosaïques», que l’on nomme tissus, qui optimisent leurs actions afin qu’elles accomplissent au mieux leurs tâches dans la «colonie».

Organe

C’est une partie d’un être vivant qui accomplit une fonction particulière. C’est un ensemble de tissus qui coordonnent leurs activités afin d’optimiser la fonction globale de l’organe. Chaque organe accomplit une fonction qui est complémentaire aux fonctions des autres organes. Cette complémentarité nécessite un équilibre dynamique entre toutes les fonctions avec des systèmes complexes de messages hormonaux, nerveux, mécaniques ou autres pour assurer la cohésion et la stabilité de l’ensemble.

Organisme

Ensemble vivant organisé ayant une individualité propre. Son individualité lui confère certains niveaux de liberté. Ses deux tâches principales sont d’assurer sa propre survie et la pérennité de sa descendance. Sa survie suppose d’assurer la stabilité des conditions de son milieu métabolique interne (homéostasie : température, pH, pression artérielle, concentrations de tous les métabolites…). Pour ce faire, il lui faut utiliser toutes les ressources extérieures nécessaires à ses fonctions internes et trouver des stratégies pour les mettre à sa disposition. La pérennité de sa descendance suppose de créer des conditions permettant la survie et le développement des descendants.

Population

On entend par population un ensemble plus ou moins cohésif, plus ou moins clos d’une collection d’individus. Les échanges sont importants et fréquents entre les membres de la population, mais assez restreints avec des membres d’autres populations (éloignement, barrière géologique…). Sur le plan génétique, la population contient la réserve de gènes qui sont transmis d’une génération à l’autre.

Espèce

Ensemble des individus pouvant se reproduire entre eux (répartis dans des populations interreliées).

Écosystème

C’est l’habitat et l’ensemble des espèces vivantes (animales, végétales et microbiennes) dans cet habitat. Plusieurs relations existent entre les espèces (telles que la prédation, la symbiose, le commensalisme, etc.) qui permettent des échanges de ressources matérielles et énergétiques entre les espèces.

Biosphère

L’ensemble de toute vie sur Terre située sur une mince couche de notre petit vaisseau. Par l’air ou par l’eau, on conçoit maintenant que tous les écosystèmes sont interreliés les uns aux autres et que le tout semble réagir comme un seul organisme géant que certains ont nommé « Gaïa » en l’honneur de la déesse-mère des Grecs Anciens.

(*) Note de la rédaction :

À l'heure actuelle, on dénombre 118 éléments chimiques, dont l'identification des plus récemment découverts a été validée en décembre 2015 par l'IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry, l'Union internationale de chimie pure et appliquée).