Biologie

La biologie est l' étude scientifique de la vie et des organismes vivants . C'est une vaste science naturelle qui englobe un large éventail de domaines et de principes unificateurs expliquant la structure, la fonction, la croissance, l'origine , l'évolution et la distribution du vivant. Cinq thèmes fondamentaux sont au cœur de la biologie : la cellule comme unité de base de la vie, les gènes et l'hérédité comme fondement de l'hérédité, l'évolution comme moteur de la diversité biologique , la transformation de l'énergie pour le maintien des processus vitaux et l'homéostasie , c'est-à-dire le maintien de la stabilité interne.

La biologie étudie la vie à différents niveaux d'organisation , des molécules et cellules aux organismes, populations et écosystèmes . Parmi ses sous-disciplines, on trouve la biologie moléculaire , la physiologie , l'écologie , la biologie évolutive , la biologie du développement et la systématique . Chacun de ces domaines utilise diverses méthodes pour étudier les phénomènes biologiques, notamment l'observation, l'expérimentation et la modélisation mathématique . La biologie moderne repose sur la théorie de l'évolution par la sélection naturelle , formulée pour la première fois par Charles Darwin , et sur la compréhension moléculaire des gènes codés dans l'ADN . La découverte de la structure de l'ADN et les progrès de la génétique moléculaire ont transformé de nombreux domaines de la biologie, ouvrant la voie à des applications en médecine , en agriculture , en biotechnologie et en sciences de l'environnement .

Les biologistes classent les organismes — des archées et bactéries unicellulaires aux plantes , champignons et animaux multicellulaires — en fonction de caractéristiques communes et de relations évolutives, en utilisant la taxonomie et la phylogénétique .

Du grec βίος ( bíos ) « vie », (de la racine proto-indo-européenne *gwei-, vivre) et λογία ( logia ) « étude de ». Le composé apparaît dans le titre du volume 3 de l' ouvrage de Michael Christoph Hanow , Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae : Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologia , publié en 1766. Le terme biologie dans son sens moderne semble avoir été introduit indépendamment par Thomas Beddoes (en 1799), Karl Friedrich Burdach (en 1800), Gottfried Reinhold Treviranus ( Biologie ou Philosophie der lebenden Natur , 1802) et Jean-Baptiste Lamarck ( Hydrogéologie , 1802).

Les origines les plus anciennes de la science, y compris la médecine, remontent à l'Égypte et à la Mésopotamie antiques , entre 3000 et 1200 avant notre ère . Leurs contributions ont façonné la philosophie naturelle de la Grèce antique . Des philosophes grecs antiques tels qu'Aristote (384-322 avant notre ère) ont largement contribué au développement des connaissances biologiques. Il a exploré la causalité biologique et la diversité du vivant. Son successeur, Théophraste , a initié l'étude scientifique des plantes. Parmi les érudits du monde islamique médiéval ayant écrit sur la biologie, on peut citer al-Jahiz (781-869) et al-Dīnawarī (828-896), qui a écrit sur la botanique.

La biologie connut un développement rapide grâce aux progrès spectaculaires du microscope réalisés par Anton van Leeuwenhoek . C'est alors que les chercheurs découvrirent les spermatozoïdes , les bactéries, les infusoires et la diversité du vivant microscopique. Les travaux de Jan Swammerdam suscitèrent un regain d'intérêt pour l'entomologie et contribuèrent au développement des techniques de dissection et de coloration microscopiques . Les avancées en microscopie eurent un impact profond sur la pensée biologique. Au début du XIXe siècle, les biologistes soulignèrent l'importance centrale de la cellule . En 1838, Schleiden et Schwann commencèrent à promouvoir les idées, aujourd'hui universelles, que (1) l'unité fondamentale des organismes est la cellule et (2) que chaque cellule possède toutes les caractéristiques du vivant, tout en s'opposant à l'idée que (3) toutes les cellules proviennent de la division d'autres cellules, et en continuant de défendre la génération spontanée . Cependant, Robert Remak et Rudolf Virchow parvinrent à concrétiser le troisième principe, et dans les années 1860, la plupart des biologistes acceptaient les trois principes, qui se sont consolidés pour former la théorie cellulaire .

Parallèlement, la taxonomie et la classification devinrent le principal sujet d'étude des naturalistes. Carl von Linné publia une taxonomie de base du monde naturel en 1735 et, dans les années 1750, introduisit des noms scientifiques pour toutes ses espèces. Georges-Louis Leclerc, comte de Buffon , considérait les espèces comme des catégories artificielles et les formes vivantes comme malléables, allant même jusqu'à suggérer la possibilité d'une ascendance commune .

La pensée évolutionniste sérieuse a pris naissance avec les travaux de Jean-Baptiste Lamarck , qui a présenté une théorie cohérente de l'évolution. Le naturaliste britannique Charles Darwin , combinant l'approche biogéographique de Humboldt , la géologie uniformitariste de Lyell , les écrits de Malthus sur la croissance démographique, ainsi que sa propre expertise morphologique et ses nombreuses observations naturalistes, a forgé une théorie évolutionniste plus aboutie, fondée sur la sélection naturelle ; un raisonnement et des preuves similaires ont conduit Alfred Russel Wallace à parvenir indépendamment aux mêmes conclusions.

Les fondements de la génétique moderne remontent aux travaux de Gregor Mendel en 1865 Ses travaux ont établi les principes de l'hérédité biologique . Cependant, l'importance de ses recherches n'a été pleinement reconnue qu'au début du XXe siècle, lorsque l'évolution est devenue une théorie unifiée, la synthèse moderne conciliant l'évolution darwinienne et la génétique classique . Dans les années 1940 et au début des années 1950, une série d'expériences menées par Alfred Hershey et Martha Chase a mis en évidence que l'ADN était le composant des chromosomes portant les unités porteuses de caractères, désormais appelées gènes . L'intérêt porté à de nouveaux organismes modèles, tels que les virus et les bactéries, ainsi que la découverte de la structure en double hélice de l'ADN par James Watson et Francis Crick en 1953, ont marqué la transition vers l'ère de la génétique moléculaire . À partir des années 1950, la biologie a connu un essor considérable dans le domaine moléculaire . Le code génétique a été décrypté par Har Gobind Khorana , Robert W. Holley et Marshall Warren Nirenberg après la découverte que l'ADN contenait des codons . Le Projet Génome Humain a été lancé en 1990 pour cartographier le génome humain .

La biochimie est l’étude des processus chimiques au sein des organismes vivants et en relation avec eux .

La biologie moléculaire est la branche de la biologie qui cherche à comprendre les bases moléculaires de l'activité biologique au sein des cellules et entre elles. Elle est principalement axée sur l'étude des acides nucléiques (tels que l'ADN et l'ARN ) et des protéines . Elle examine la structure, la fonction et les interactions de ces macromolécules et leur rôle dans des processus tels que la réplication , la transcription , la traduction , la synthèse protéique et les interactions biomoléculaires complexes .

En 1953, l' expérience de Miller-Urey a montré que des composés organiques pouvaient être synthétisés de manière abiotique dans un système fermé imitant les conditions de la Terre primitive , suggérant ainsi que des molécules organiques complexes auraient pu apparaître spontanément sur la Terre primitive au cours du processus d' abiogenèse .

La biologie cellulaire est la branche de la biologie qui étudie la structure, la fonction et le comportement des cellules .

La bioénergétique est un domaine de la biochimie et de la biologie cellulaire qui étudie les flux d'énergie dans les systèmes vivants. Il s'agit d'un domaine de recherche biologique très actif qui comprend l'étude de la transformation de l'énergie dans les organismes vivants et l'étude de milliers de processus cellulaires différents tels que la respiration cellulaire et d'autres processus métaboliques et enzymatiques qui permettent l'utilisation de l'énergie.

La génétique est l'étude scientifique de l'hérédité. La génétique classique , en particulier, étudie la transmission des gènes et des caractères des parents à la descendance ; ses principes sont appelés hérédité mendélienne . Un tableau de Punnett permet de prédire les résultats d'un croisement test. La théorie chromosomique de l'hérédité , selon laquelle les gènes sont portés par les chromosomes, a été étayée par les expériences de Thomas Morgan sur la drosophile , qui ont établi le lien entre la couleur des yeux et le sexe chez ces insectes.

La biologie évolutive du développement compare les processus de développement de différents organismes afin de comprendre comment ces processus ont évolué. Ce domaine a émergé au XIXe siècle, lorsque l'embryologie s'est trouvée confrontée à une énigme : les zoologistes ignoraient comment le développement embryonnaire était contrôlé au niveau moléculaire. Charles Darwin a noté que la présence d'embryons similaires impliquait une ascendance commune, mais peu de progrès ont été réalisés jusqu'aux années 1970. L'avènement des techniques de l'ADN recombinant a alors permis de rapprocher l'embryologie et la génétique moléculaire . Une découverte majeure a été celle des gènes homéotiques , qui régulent le développement chez un large éventail d' eucaryotes . Ce domaine explore l'homologie profonde , c'est-à-dire la découverte que des organes dissemblables, tels que les yeux des insectes , des vertébrés et des mollusques céphalopodes , longtemps considérés comme ayant évolué séparément, sont contrôlés par des gènes similaires issus de la panoplie de gènes impliqués dans la biologie évolutive du développement .

La biologie évolutive est une branche de la biologie qui analyse les mécanismes de l'évolution . L'évolution explique l'unité et la diversité de la vie sur Terre ; Theodosius Dobzhansky a déclaré : « Rien en biologie n'a de sens si ce n'est à la lumière de l'évolution » . La génétique des populations, par exemple, étudie comment la variation génétique se développe, comment elle est transmise et comment les mécanismes évolutifs façonnent la composition génétique d'une population . La recherche en biologie évolutive couvre de nombreux sujets et intègre des concepts issus de divers domaines, tels que la génétique moléculaire et la biologie mathématique et théorique . Certains domaines de la recherche évolutionniste tentent d'expliquer des phénomènes mal pris en compte par la synthèse évolutive moderne. Il s'agit notamment de spéciation [ l' évolution de la reproduction sexuée [ de l'évolution de la coopération , de l' évolution du vieillissement [ et évolutivité .

L’écologie est l’étude de la distribution et de l’abondance de la vie, de l’interaction entre les organismes et leur environnement .

La systématique est l’étude de la diversification des formes vivantes, passées et présentes, et des relations entre les êtres vivants au fil du temps. Ces relations sont visualisées sous forme d’arbres évolutifs , étudiés à l’aide de la phylogénétique , et permettent d’établir une taxonomie unifiée du vivant.

La biologie de la conservation étudie la préservation de la biodiversité terrestre dans le but de protéger les espèces , leurs habitats et les écosystèmes contre les taux d' extinction excessifs et l'érosion des interactions biotiques. Elle s'intéresse aux facteurs qui influencent le maintien, la perte et la restauration de la biodiversité, ainsi qu'à la science qui sous-tend les processus évolutifs à l'origine de la diversité génétique , des populations, des espèces et des écosystèmes. Cette préoccupation découle d'estimations suggérant que jusqu'à 50 % des espèces de la planète disparaîtront au cours des 50 prochaines années, ce qui contribue à la pauvreté et à la famine, et bouleversera le cours de l'évolution sur Terre. Les biologistes de la conservation étudient les tendances de la perte de biodiversité , l'extinction des espèces et leurs conséquences néfastes sur notre capacité à assurer le bien-être de la société humaine.