Cours de seconde
Biologie II - Cellule, ADN et unité du vivant (11 semaines)
Une recherche étymologique à demander aux élèves: un simple dictionnaire peut suffire mais il faut avoir la curiosité d'aller chercher la signification de l'étymologie latine ou grecque...
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animé = doué de vie, de mouvement; pourvu d'une âme (anima = ce qui anime, ce qui fait vivre), principe de vie, ou esprit (spiritus en latin ou pneuma = souffle en grec), inanimé = sans esprit de vie; vivant = doué des fonctions du vivant (relation, nutrition, reproduction), mort = cessation définitive de vie, propre de l'être vivant, fin de vie |
Les termes que l'on emploie en biologie ont un sens philosophique (philo-sophia = l'amour de la sagesse, science rationnelle cherchant à connaître les causes premières de tout ce qui est connaissable par la raison; nombreuses divisions selon l'objet et la méthode); il est parfois très intéressant d'utiliser le sens étymologique d'un mot pour approfondir une réflexion |
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organe du latin organum = orgue, instrument de musique, outil : partie de l'organisme (ensemble des organes) réalisant une fonction |
l'être vivant comparé à un ensemble de parties coordonnées entre elles fait référence à une vision mécaniciste du vivant: l'être vivant est composé de parties qui interagissent les unes avec les autres comme les éléments d'une machine, la vie étant le mouvement de cette machine; de nos jours la biologie moléculaire (qui étudie les molécules qui composent les êtres vivants) utilise très souvent cette vision de l'être vivant; le mécanicisme s'oppose au vitalisme qui défend l'idée d'un principe de vie, immatériel, le vivant ne se réduisant jamais à la somme de ses parties; curieusement les physiologistes modernes (qui étudient les fonctions des différents organes) se réclament plus d'une vision intégrée de l'être vivant plus vitaliste que mécaniciste alors qu'historiquement la physiologie a d'abord été, comme la médecine, mécaniciste. |
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natura désigne à la fois en latin
les caractères qui définissent un être
ou une chose (ex: la nature humaine) mais ce qui organise ou
anime l'ensemble des éléments du monde, dans
ce cas on personnifie ce principe et l'on parle de "la
nature"; |
l'homme doit trouver un chemin pour utiliser son art, sa technique et sa science, pour embellir (?) la nature; il n'est pas juste d'opposer une nature, vierge et pure à l'homme et à sa technique, détruisant et violant cette nature: l'harmonie est une nécessité vitale |
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l'animal est d'abord tout être vivant (voir "être animé" ci-dessus) et le végétal ce qui est plein de vie (du latin vegeto, as, avi, atum = animer, vivifier, développer; vegetatio signifiant en bas latin l'animation) |
l'antique distinction n'est plus de mise, il est temps de séparer les êtres vivants en 5 règnes : procaryotes, protistes, mycètes, animaux et plantes |
... une séance d'analyse à compléter par des textes philosophiques afin de montrer comment se pose l'approche philosophique, même si on ne peut pas la réaliser en seconde (une première partie à développer en commun avec les collègues de philosophie et d'histoire (histoire des sciences et techniques et des idées; quel travail qui semble insurmontable à un provincial de plus pour retrouver des textes et illustrations historiques sur ces théories... des textes de philosophes, historiens, médecins à analyser et à replacer sur l'échelle chronologique. Des techniques présentées sous forme d'une échelle chronologique et de petits schémas explicatifs à analyser. Une synthèse à faire ensemble sur la notion de vivant et les problèmes soulevés par les textes proposés.).
Des lectures à faire chez soi. Une bibliographie philosophico-scientifique à leur portée ?
Une étude des techniques à replacer dans une histoire pour les TP et quelques idées sur l'histoire des sciences. Pour un tableau plus complet voir une histoire de science. Quelques données techniques sont issues de "Chronologie des sciences et techniques", Jean Rosmorduc, CRDP Bretagne, 1997. Les repères philosophiques sont issues de l'article "vie" de Canguilhem dans l'Encyclopedia Universalis.
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quelques étapes de l'histoire des sciences de la vie et de la terre |
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nombreuses descriptions et classifications des êtres vivants, principalement 2 règnes: animal et végétal |
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lunettes (pour presbytes et hypermétropes) |
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lunettes pour myopes |
depuis Descartes (1596-1650) certains philosophes font une description mécaniciste des êtres vivants qui sont considérés comme d'extraordinaires machines |
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lunette astronomique et microscope (Galilée) |
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descriptions micrographiques: Hooke... les pores observés dans le liège sont qualifiés de cellula |
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télescope à miroir (Newton) |
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observation et descriptions d'unicellulaires par Leuwenhœck (animacules) |
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achromatisation des lentilles (Dollond) |
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classification binominale (deux noms sont attachés à tout être vivant: le Genre et l'espèce) de Linné |
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Spallanzani attaque la théorie de la génération spontanée |
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photographie sur plaque (Niepce) |
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Lamarck invente le mot "biologie" l'évolution du vivant est proposée et est alors appelée transformisme (transformation des espèces les unes dans les autres); c'est Lamarck qui est le père du transformisme. On notera que le transformisme implique une relation de causalité |
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première pellicule photo |
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la théorie cellulaire est proposée par Schwann et Schleiden : tout être vivant est composé de cellules et uniquement de cellules. La cellule est l'unité structurelle et fonctionnelle des êtres vivants (animaux et végétaux). |
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les leçons de physiologie expérimentale de Claude Bernard, le père de la physiologie moderne |
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Darwin publie "De l'origine des espèces" qui est considéré comme le livre fondateur de la théorie darwinienne de l'évolution, école dominante actuellement en ce début de XXIème siècle (les populations se reproduisent en excès et sont sélectionnés naturellement) |
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Pasteur montre le rôle des micro-organismes et combat la génération spontanée |
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Travaux de Mendel sur la transmission héréditaire des caractères des graines chez les pois (plantes à fleurs de la famille des Légumineuses) |
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découverte de l'homme de Cromagnon |
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découverte des acides nucléiques par Mieschler |
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Pasteur publie "les germes" alors que Darwin devient membre correspondant de l'académie des sciences de Paris |
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observation et description des chromosomes lors d'une mitose dans une cellule animale par Flemming |
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Pasteur développe un vaccin contre le charbon dont la bactérie (Bacillus anthracis) responsable a été découverte en 1876-1877 par Koch qui identifiera aussi le bacille (mycoplasme) de la tuberculose en 1882 (il faudra attendre 1921 pour l'utilisation pour la vaccination de l'homme d'une souche atténuée: le bacille de Calmette et Guérin: BCG) |
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Pasteur développe un vaccin contre la rage |
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premier appareil photo Kodak (G. Eastman) |
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premier virus isolé comme agent d'une maladie: le virus de la mosaïque du tabac par Beijerinck |
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Röntgen découvre les rayons X (radiation pénétrante produite par le choc des rayons émis par une cathode (futurs électrons) contre une cible) |
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Johansen dénomme "gènes" les particules de l'hérédité proposées par Mendel puis redécouvertes pat de Vries |
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premières hypothèses de Wegener sur la dérive des continents |
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Morgan publie avec Sturtevant, Muller et Bridge "le mécanisme de l'hérédité mendélienne": ils proposent une théorie chromosomique basée sur ses expériences sur la Drosophile |
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essais de photographie en couleurs |
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découverte du premier australopithèque |
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mutations induites par des rayons X |
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identification des groupes sanguins AB,o par Landsteiner |
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microscope électronique (Knoll et Ruska) |
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théorie mutationniste et génétique de Morgan à partir de la drosophile |
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film couleur |
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Beadle et Tatum établissent la relation un gène-une enzyme chez un champignon: Neurospora crassa |
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fondation de l'ONU |
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mise en évidence du rôle de l'ADN dans la transmission d'une information dans la transformation bactérienne (Avery, Mac Leod, Mac Carthy) |
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mise en service de ENIAC (1er ordinateur) |
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Porter, Claude et Fullam utilisent le microscope électronique pour examiner des cellules en culture tissulaire après fixation et coloration avec OsO4 - il faudra attendre 1952 pour les premières coupes ultrafines observées de façon courante |
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modèle de structure de l'ADN (double hélice) proposée par Watson et Crick sur des résultats de diffraction des rayons X de Franklin et Wilkins |
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premier satellite artificiel (Spoutnick, URSS) |
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Nirenberg, Khorana et d'autres collaborateurs élucident le code génétique après Zamecnik qui, en 1954 a mis au point le premier système in vitro de synthèse de peptides |
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premier microscope électronique à balayage commercial (Cambridge instruments) |
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microprocesseur, il faudra atteindre 1980 pour les premiers ordinateurs personnels commercialisés |
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vaccin contre l'hépatite B obtenu par des techniques de génie génétique, découverte des ribozymes (ARN à fonction enzymatique) et développement 2 ans plus tard de la technique de multiplication in vitro de l'ADN (PCR: polymerisation chain reaction) |
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article "vie" de l'E.U. par
Canguilhem. («On peut dire en un mot que, même si la
connaissance objective, étant entreprise humaine, est en fin
de compte un travail de vivant, son postulat, ou
sa condition première de possibilité, consiste dans la
négation systématique, en tout objet auquel elle
s'applique, de la réalité des qualités que le
vivant humain identifie avec la vie, d'après la conscience
qu'il a de ce qu'est, pour lui, vivre. Vivre, c'est valoriser les
objets et les circonstances de son expérience, c'est
préférer et exclure des moyens, des situations, des
mouvements. La vie, c'est le contraire d'une relation
d'indifférence avec le milieu.
...
le transformisme implique une orientation par la causalité,
alors que la métamorphose est possible dans tout sens.
...
Si le vivant doit naître et s'il ne peut naître que du
vivant, la vie est une servitude. Mais, si le vivant peut être
promu parfait par une ascension sans ascendance, la vie est une
domination.
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L'histoire du concept d'organisme, au
XVIIIe siècle, se résume dans la recherche, par
les naturalistes, les médecins et les philosophes, de
substituts ou d'équivalents sémantiques de l'âme,
pour rendre compte du fait, de mieux en mieux établi, de
l'unité fonctionnelle d'un système de parties
[une sorte de dilution de la recherche de l'organiste
dans une harmonie sous-tendue]...Le corps organique n'est pas
seulement organisé, il est auto-organisateur.
(Kant)
...
Comte définit l'organisme par le
consensus de fonctions ...
Consensus est la traduction latine du grec sumpatheia. La
sympathie, par laquelle les états et les
actions des parties se déterminent les uns les autres par
communication sensitive, est une notion que Comte emprunte, avec
celle de synergie, à Barthez, lequel
écrit: «La conservation de la vie est attachée aux
sympathies des organes, ainsi qu'à l'organisme de leurs
fonctions [...]. Je désigne par ce mot de
synergie un concours d'actions simultanées ou
successives des forces de divers organes, concours tel que ces
actions constituent, par leur ordre d'harmonie ou de succession, la
forme propre d'une fonction de la santé ou d'un genre de
maladie» (Nouveaux Éléments de la science de
l'homme, IX). Comte, on le sait, importe dans la théorie de
l'organisme social ce concept de consensus, et c'est dans
l'exposé de la statique sociale qu'il le reprend pour le
retravailler afin de le généraliser.
Consensus devient alors synonyme de solidarité dans les
systèmes organiques... »
...
Au début du XIXe siècle, un concept importé
de l'économie politique, celui de division du
travail, vient enrichir l'acception du concept
d'organisme. Le premier exposé de cette transcription
métaphorique est dû au physiologiste comparatiste Henri
Milne-Edwards, dans l'article «organisation» du
Dictionnaire classique des sciences naturelles(1827). L'organisme
étant conçu comme une sorte d'atelier ou de
manufacture, il devient logique de mesurer le perfectionnement des
êtres vivants par la différenciation
structurelle et la spécialisation
fonctionnelle croissantes de leurs parties, donc par leur
complication respective. Mais cette complication requiert, en
compensation, une assurance d'unité et d'individuation.
L'introduction de la théorie cellulaire en biologie,
végétale d'abord (vers 1825), animale ensuite (vers
1840), devait nécessairement orienter l'attention vers les
problèmes d'intégration d'individualités
élémentaires et de vies particulières dans
l'individualité totalisante d'un organisme et dans sa vie
générale.
...
Un organisme est alors compris comme système
biologique, système dynamique ouvert qui
défend son équilibre, en maintenant des constantes
envers et contre les perturbations qui l'affectent, en ajustant, soit
à un niveau d'entretien, soit à une performance
à réaliser, les relations qu'il soutient avec le milieu
d'où il tire son énergie.
...
Le recoupement des leçons de la biologie moléculaire et
de la génétique a déterminé la formation
d'une théorie unitaire de la constitution chimique, du
fonctionnement régulé, de
l'hérédité et des variations spécifiques
triées par la sélection naturelle, à laquelle la
théorie de l'information a entrepris de conférer une
rigueur comparable à celle des théories physiques.
...
Peut-être la théorie freudienne fera-t-elle l'objet d'un
nouvel examen, en rapport avec les conclusions des travaux d'Atlan:
«Le seul projet reconnaissable en vérité
dans les organismes vivants est la mort. Mais, du fait de
la complexité initiale de ces organismes, des perturbations
capables de les écarter de l'état d'équilibre
ont comme conséquence l'apparition d'une complexité
encore plus grande dans le processus lui-même de retour
à l'équilibre» («Mort ou vif?», in
L'Organisation biologique et la théorie de l'information,
1972). )
Selon la théorie cellulaire tous les êtres vivants sont composés de cellules et uniquement de cellules. La cellule est un organisme complet pour les unicellulaires et une unité de structure et de fonction pour un pluricellulaire (les cellules sont spécialisées et regroupées en tissus, eux-mêmes regroupés en organes qui assurent des fonctions).
Les cellules à noyau (eucaryotes) peuvent
se diviser.
Un chromosome (voir cours
de spécialité de terminale
S)
La vie est un travail: travail de
relation, de nutrition et de reproduction.
Chaque être humain est unique en tant que personne
humaine. Cette unicité peut aussi se retrouver au niveau
biologique (anatomique, physiologique) et psychologique (sensations,
comportements, aspirations, capacités...).
Du point de vue biologique, chaque individu est issu d'un
zygote (cellule-œuf elle-même résultat d'une
fécondation entre deux cellules uniques
(gamètes) dans un endroit précis: les trompes de
la mère) qui se développe longuement dans le sein
maternel (9 mois) pour donner un être organisé
composé de près de12.000 milliards de cellules uniques
car spécialisées (on dit
différenciées) et appartenant chacune à
un tissu précis d'un organe précis concourant à
une fonction précise. Ces cellules différenciées
issues du zygote puis des autres cellules par division cellulaire
(mitose) comportent des organites qui se sont divisés puis
répartis et des chromosomes identiques en nombre et en forme
à ceux de la cellule initiale: ils portent une information
génétique soumise à une information
cytoplasmique, elle-même sous le contrôle d'une
information extracellulaire. On considère que cette
information génétique (le génome ou l'ensemble
des gènes) est identique pour chaque cellule étant
donné qu'elle a été transmise fidèlement
à chaque cellule par division. Chaque cellule dispose donc
d'une information génétique que l'on qualifie de
programme de travail génétique qui est
spécifique d'un individu et qui participe donc de son
unicité biologique. En fonction de sa
spécificité (selon le tissu auquel elle appartient)
elle utilise telle ou telle partie du programme de travail dont elle
dispose (les formes des gènes disponibles au programme sont
appelés allèles) pour fabriquer par exemple
telle ou telle protéine à l'origine de tel ou tel
caractère. On retrouve chez un enfant un
mélange des allèles des parents. C'est lors de
la fabrication des gamètes que s'élabore la
diversité des combinaisons allèliques de chaque
gamète qui donnera lieu à un programme de travail
génétique unique chez l'individu qui est issu de la
rencontre de ces gamètes. En effet chacune des 23 paires de
chromosomes se sépare lors d'une phase originale de la
division de maturation des gamètes (méiose) et chaque
gamète est le résultat d'une combinaison quasi-unique
des chromosomes maternels ou paternels. Ces mécanismes
constituent la théorie chromosomique de
l'hérédité.
Essayer de comprendre l'hérédité consiste à expliquer les différences et les ressemblances entre descendants : on s'attache beaucoup aux différences mais c'est surtout une théorie de l'hérédité des ressemblances qu'il faudrait bâtir. On est obnubilé par l'évolution et on voudrait que toute théorie de l'hérédité englobe dès aujourd'hui l'évolution. Peut-être faudra-t-il d'abord construire une autre théorie du développement puis une autre théorie de l'hérédité pour déboucher sur une autre théorie de l'évolution. A vouloir trouver une seule théorie du vivant on se rend peut-être la tâche trop ardue.
L'objectif c'est l'évolution. Il faut donc
envisager des questions fixistes (dans sa tête, pas avec les
élèves);
Une énorme différence: une cellule d'un
unicellulaire c'est un organisme; une cellule d'un
pluricellulaire (sauf le zygote) c'est une cellule
différenciée (la différenciation est une
grande absente du programme), qui n'est qu'une partie d'un organisme
et qui n'a de signification biologique complète que en rapport
avec l'organisme complet (une culture cellulaire n'a pas beaucoup de
sens pour étudier la physiologie).
La comparaison entre organismes vivants se fait dans l'espace et le
temps :
* au niveau structural: c'est un problème
d'échelle: plus on observe à la loupe, plus les
organismes se ressemblent mais est-ce que cela a à voir avec
l'évolution ? probablement non. L'unité du vivant est
peut-être un argument pour une interprétation
évolutive mais elle pourrait l'être aussi pour une
interprétation fixiste.
* au niveau fonctionnel: c'est encore cette unité qui
ressort si on analyse chaque partie séparément, telle
fonction, tel métabolisme..; alors que si on regarde en
général les différents modes d'alimentation par
exemple on trouve une extrême diversité. Et cette vision
est encore neutre pour l'interprétation évolutive.
* au niveau du développement: unité dans les
mécanismes, diversité dans les
résultats..;
Du point de vue philosophique, ce programme tend à superposer plusieurs concepts du vivant (organisation, information) qu'il me paraît intéressant de soulever. Une séance de philo avec les élèves sur le vivant et sur l'histoire du concept me paraît indispensable. On peut la baser intégralement sur le texte de Canguilhem en leur proposant quelques extraits, des repères de dates et des repères techniques. Il est sûr que cela vaudrait le coup de trouver un prof de philo qui accepte de travailler en commun là-dessus. D'ailleurs où en est le programme gouvernemental de cours de philo en 2nde ?