Interroger la vie en S.V.T

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1 Interroger la vie en S.V.T
Christian Le Guillou – Juin 2010

2 « La vie peut s’entendre selon deux formes verbales de « vivre », le vivant ou le vécu. Le vécu serait la conscience de la vie. L’expérience d’un vivant singulier, réfléchie mais intermittente, quand le vivant serait l’activité organique, inconsciente d’elle-même, sourde mais constante » écrit Thierry Hocquet. En tant qu’activité organique, la vie interroge depuis l’aube des temps philosophiques, dans l’Antiquité grecque et il est remarquable de constater que les explications données à la vie – finalité théologique, simple mécanisme réduisant la vie à de la matière, spécificité du vivant (principe vital) et produit de la séléction naturelle – sont nées à cette époque. Serait-ce à dire que la Science n’ait rien apporté? Non, c’est elle, qui en mettant à l’épreuve des faits les différentes théories, permet de décider entre elles.

3 « Il n’y a point de terme plus commun que celui de vie, et il se trouverait peu de gens qui ne prissent pour un affront qu’on leur demande ce qu’ils entendent par ce mot. Cependant, il est aisé de voir qu’une idée claire, distincte et déterminée n’accompagne pas toujours l’usage d’un mot aussi connu que celui de vie. » John Locke – Essai philosophique concernant l’entendement humain, 1690

4 « Et que si la biologie était inconnue, il y avait à cela une raison bien simple : c’est que la vie elle- même n’existait pas. Il existait seulement des êtres vivants, et qui apparaissaient à travers une grille du savoir constituée par l’histoire naturelle. » Michel Foucault (1966) Les mots et les choses (Paris: Gallimard), p. 139

5 François Jacob (1970) La logique du vivant (Paris : Gallimard, p. 320)
« On n'interroge plus la vie aujourd’hui dans les laboratoires… » … mais seulement les mécanismes physico-chimiques qui la sous-tendent. François Jacob (1970) La logique du vivant (Paris : Gallimard, p. 320) L'objet central de la biologie contemporaine n'est plus la vie, mais le gène.

6 Quarante ans plus tard, l’interroge-t-on dans l’enseignement de la biologie?

7 Les recherches menées en histoire des sciences montrent que la connaissance scientifique se construit en réponse à un problème. Pour la vie (le vivant), il n’en est pas ainsi. Sa définition apparaît essentiellement comme une réponse. Dès l’Antiquité, les penseurs cherchent à caractériser ce qui distingue l’Homme, auquel ils confèrent un statut particulier, de l’animal, du végétal et du minéral. Jusqu’au XVIIIème siècle, la nature est divisée en trois règnes : le règne animal dont l’Homme fait partie, le règne végétal et le règne minéral. C’est au XIXème siècle que s’opère une autre catégorisation avec la bipartition du monde proposée par Lamarck en êtres vivants d’une part et en corps bruts d’autre part. Cette bipartition marque l’acte de naissance de la biologie, teme utilsée pour la première fois par Lamarck en 1802. Il apparaît que l’idée de vivant s’est construite en réponse à deux problèmes qui se sont succédé dans l’histoire des sciences : le problème de la place de l’Homme dans le monde auquel se rattache la question de la caractérisation du vivant, notamment à travers la réalisation des activités qu’il réalise, le problème de la place du monde vivant dans le monde auquel se rattache les questions de la distinction de ce qui est vivant de ce qui ne l’est pas et de l’origine de la vie et de sa diversification.

8 VIE VIVANT Le mot est d’abord attesté (fin du Xème siècle) pour désigner l’ensemble des activités et des événements qui remplissent la durée de l’existence humaine puis, avec une valeur religieuse, la vie éternelle. Avec la Chanson de Roland (1080), il se dit aussi de l’espace de temps qui s’écoule entre la naissance et la mort d’un être individuel. A la fin du XIVème siècle, il désigne la nourriture. Puis avec le développement des sciences à partir du XVIIème siècle, le terme vie en vient à désigner, l’ensemble des phénomènes de toute sorte (particulièrement de nutrition et de reproduction) qui pour les êtres ayant un degré d’organisation suffisamment élevé s’étendent de la naissance jusqu’à la mort. Nom et adjectif, tiré du participe présent du verbe vivre, apparaît au XIème siècle. Au XIIème siècle, l’adjectif s’applique à une personne en vie (par opposition à mort). Depuis le XVIIème siècle, le mot, suivant l’évolution du concept de vie, s’applique à ce qui est doué de vie, animaux, plantes, par opposition, non plus à mort, mais à inanimé, puis plus tard à inorganique. Il signifie alors « qui par sa nature est capable de vie »; l’adjectif avec cette valeur est substantivé, le vivant désignant ce qui possède les propriétés vitales. D’après Le Robert, Dictionnaire historique de la langue française, d’Alain REY Le vocabulaire technique et critique de la Philosophie, d’André LALANDE

9 Que disent de la « vie » les professeurs de Sciences de la Vie et de la Terre de lycée?

10 Le contexte de l’étude - Information aux professeurs de Sciences de la Vie et de la Terre des lycées sur le nouveau programme de Seconde applicable à la rentrée 2010 Une seule question posée : « Qu’est-ce que la vie? » Temps donné : 10 mn Les professeurs ont déjà été consultés sur ce programme de Seconde et le connaisssent au moins dans ses grandes lignes. 170 réponses recueillies sur 210 professeurs présents (environ 20% de refus de répondre)

11 Les motifs des refus de répondre -hypothèses
Question jugée incongrue parce que considérée plus métaphysique que scientifique Forme du questionnement jugée trop scolaire : interrogation écrite Opposition à l’autorité qui pose la question (Inspection) Question désarçonnante parce que synthétique et finalement rarement posée dans l’enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre Incapacité à répondre à la question …

12 Un premier niveau d’analyse des réponses par une représentation figurative – tag - des mots en fréquence Avec Wordle Create Wordle Create est un outil pour produire des « nuages de mots » du texte que vous lui fournissez. Les nuages donnent une plus grande prééminence aux mots qui apparaissent plus fréquemment dans le texte source. Vous pouvez tordre vos nuages avec différentes polices, dispositions, et arrangements de couleurs. Vous trouverez ci-après trois tags produits par Wordle à partir de la totalité des réponses recueillies (170).

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16 Si l’on s’en tient seulement aux mots les plus souvent employés par les professeurs de Sciences de la Vie et de la Terre, à savoir ceux qui apparaissent en gros caractères sur les tags, on peut dire que la vie se rapporte à la capacité de l’entité - la cellule - qui en est dotée : de se reproduire, d’échanger avec son milieu de la matière, d’entretenir des réactions chimiques consommatrices et productrices d’énergie qui constituent le métabolisme. Moins fréquemment employés sont les termes de système, d’organisation et curieusement d’information. En somme, la vivant est rapporté plus à une entité énergétique reproductible qu’à une entité informationnelle. C’est là un paradoxe assez étonnant au regard des textes des programmes d’enseignement des deux dernières décennies et du paradigme du programme génétique encore largement prégnant.

17 Un deuxième niveau d’analyse des réponses par comptage des mots-clés - I
Avec Microsoft Word Microsoft Word possède une fonction rechercher (dans le menu « Edition » de la barre d’outil) qui permet de comptabiliser le nombre d’occurrences d’un mot dans un texte. Il suffit ensuite de reporter les données dans un tableur et réaliser leur traitement graphique.

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19 Un deuxième niveau d’analyse des réponses par comptage des mots-clés - II
Avec TROPES Il existe des logiciels d’analyse sémantique de textes comme TROPES conçus pour la classification sémantique, l'analyse qualitative, l'extraction de mots clés et la constitution de thésaurus. TROPES est un outil intéressant pour le traitement documentaire, les études de marché, l'analyse d'entretiens, les études littéraires, ... dont on peut télécharger sur le site d’acetic une version de découverte qui ne permet pas l’enregistrement des analyses effectuées.

20 Les mots utilisés (par nombre d’occurrences)

21 Les verbes utilisés (par nombre d’occurrences)

22 Les adjectifs utilisés (par nombre d’occurrences)

23 A côté d’une terminologie fonctionnaliste (physiologique) encore très marquée (reproduction en deuxième position, nutrition en huitième position, respiration en dixième position, relation en douzième position) et rapportée au niveau fondamental du vivant : la cellule, figurent d’autres termes comme ceux de métabolisme, système, structure, organisation, histoire et évolution. Si l’on reprend l’ensemble des énoncés, la vie semble donc pouvoir être définie comme un système (une structure, une organisation) énergétique (métabolisme), reproductible (information génétique) et inscrit dans une histoire. Bien sûr, cette proposition construite à partir de l’ensemble des énoncés ne reflète pas l’hétérogénéité des réponses. Les professeurs de Sciences de la Vie et de la Terre de lycée semblent peu habitués à un vocabulaire (émergence, complexité, autonomie, système thermodynamique) aujourd’hui largement utilisé pour définir la vie.

24 Un troisième niveau d’analyse des réponses par leur exploitation manuelle
. La forme des réponses

25 La formulation de la réponse

26 La structuration de la réponse

27 Les références employées

28 Des exemples de réponses
DEFINITION Des exemples de réponses Résultats DEFINITION EMPIRIQUE : vie considérée comme la réalisation d’activités fonctionnelles La vie est la capacité à se reproduire, à respirer, à s’alimenter, à produire de la matière. La vie est l’ensemble des activités réalisées par des organismes dans leur milieu, assurant leur nutrition, leur reproduction. 64 DEFINITION CONCEPTUELLE 1 : vie considérée comme une organisation - La vie est une organisation de la matière en une entité capable de se reproduire, de croître et de se nourrir. La forme de cette entité est la cellule. - C’est la faculté pour des éléments non opérationnels individuellement à s’organiser ensemble pour produire une activité commune qui se traduise par de la croissance, des échanges avec le milieu et la multiplication. 19 DEFINITION CONCEPTUELLE 2 : vie considérée comme une entité métabolique La vie est l’ensemble des réactions chimiques qui produisent l’énergie et la matière nécessaires au fonctionnement et à la reproduction d’entités formées (ou parasitant) de cellules. La vie est un détournement du flux général de matières et d’énergie de l’univers vers un espace lilité gérant des entrées et des sorties à partir d’une base d’informations. 72 DEFINITION CONCEPTUELLE 3 : vie considérée comme une entité adaptative (évolutive) La vie c’est la capacité à varier, à se reproduire, à évoluer, à produire de l’énergie. La vie est la capacité d’être autonome, d’évoluer, de s’adapter à des milieux, des situations, … 32 DE FINITION CONCEPTUELLE 4 : vie considérée comme une entité informative ou informationnelle La vie est l’expression d’un programme génétique sous toutes ses formes. - La vie ? Une molécule capable de se dupliquer à l’identique et de transmettre une information illimitée et qui vous dépasse… La vie c’est posséder une information génétique, pouvoir se reproduire, pouvoir produire de l’énergie par métabolisme. 18 REPONSES NON TRAITABLES La vie est à l’origine de tout. La vie est à préserver à tout prix. L’énergie est la vie. La vie est ce qui anime tout être vivant, ce qui différencie un être vivant de la matière inerte. 21

29 Des exemples de réponses
DEFINITION Des exemples de réponses Résultats DEFINITION EMPIRIQUE : vie considérée comme la réalisation d’activités fonctionnelles La vie est la réalisation des grandes fonctions du vivant : relation, nutrition, reproduction. La vie est basée sur la réalisation de grandes fonctions : reproduction, nutrition, communication. 64 DEFINITION CONCEPTUELLE 1 : vie considérée comme structure autopoïétique Le vivant est un système du troisième état (hors équilibre), autopoïétique doué d’autoorganisation, d’autocatalyse et d’autoreproduction. La vie implique des réactions chimiques qui ont lieu dans un système autonome délimité et faisant intervenir des échanges avec l’environnement. La vie correspond à l’émergence de formes animées et douées de la capacité à se reproduire, à partir de l’inerte. La vie c’est la capacité à maintenir son organisation propre et utiliser et produire de l’énergie chimique. 2 DEFINITION CONCEPTUELLE 2 : vie considérée comme structure dissipative La vie est un système thermodynamique ouvert en état quasi stationnaire de non équilibre. La vie est un état d’organisation de la matière. C’est un système thermodynamqiue ouvert en état de non équilibre. La vie est l’ensemble des structures et des processus biologiques (c’est-à-dire inhérents à une chimie organique) qui luttent contre l’entropie. La vie est un processus qui va à l’encontre des lois physiques dans le sens où il crée de l’organisation, une organisation capable de se reproduire en évoluant. Est vivante toute structure capable de produire de l’ordre dans un univers où le désordre augmente. 9 DEFINITION CONCEPTUELLE 3 : vie considérée comme structure adaptative Les réponses se référant à cette définition sont imprécises.

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31 BILAN de l’exploitation du questionnaire - 1
Majoritairement la vie est rapportée à une entité énergétique (Prigogine parlerait d’une structure dissipative c’est-à-dire d’un système ouvert opérant loin de l’équilibre thermodynamique dans un environnement qui échange de l’énergie, de la matière et caractérisé par des brisures de symétrie le conduisant à un nouvel état. ), qu’un certain nombre de professeurs relient à la capacité de se maintenir et de se perpétuer (Danchin parlerait de mémoire et de manipulation du milieu intérieur et de l’environnement). Seuls quelques uns associent cette capacité à se maintenir (individu) et à se perpétuer (espèce) à l’intervention de macromolécules qui règlent le flux de l’information. Les trois approches de la vie : la vie comme entité énergétique, comme organisation et comme entité évolutive, sont rarement rapprochées et quand elles le sont, elles le sont de manière approximative. Le vocabulaire spécialisé (structure dissipative, entropie, thermodynamique, autopoïèse, …) est peu usité et parfois mal à propos (« La vie correspond à l’entropie de la matière organique. »). Quand elle n’est pas conceptuelle et rapportée essentiellement à une entité énergétique, la vie est appréhendée de manière empirique, à travers un certain nombre d’activités fonctionnelles (nutrition, reproduction, croissance, respiration, locomotion). Définie ainsi, c’est-à-dire comme l’état d’un complexe physico-chimique apte à réaliser certaines activités fonctionnelles, la vie ne se rapporte qu’à un ensemble empirique, fondé sur l’observation et l’identification d’invariants, de propriétés sans donner d’explication quant à leur origine et en se référant exclusivement à la vie que nous connaissons sur Terre.

32 BILAN de l’exploitation du questionnaire - 2
Presqu’aucun professeur ne s’est risqué à organiser sa réponse en la référant soit : à l’origine (émergence) de la vie, aux frontières du vivant : extrêmophiles, virus, prion, à l’exobiologie (astrobiologie), à la vie artificielle ou la biologie synthétique, à la bioéthique. Pourtant, ce sont là des domaines où l’on interroge la vie! Les professeurs sont-ils si peu familiarisés avec ces domaines qu’ils préfèrent ne pas s’y risquer? Attitude surprenante, quand on sait que dans le nouveau programme de Seconde sur lequel ils ont eu à se prononcer dans le cadre de la consultation nationale, la question de la vie extra-terrestre apparaît (« Les conditions [physico-chimiques qui règnent sur Terre et qui permettent l’existence d’eau liquide et d’une atmosphère compatible avec la vie] peuvent exister sur d’autres planètes qui possèderaient des caractéristiques voisines sans pour autant que la présence de vie y soit certaine. »).

33 BILAN de l’exploitation du questionnaire - 3
Le mode de réponse choisi par la très grande majorité des professeurs est le texte rédigé. « La vie est la manifestation de fonctions telles que la respiration, la croissance, la reproduction chez les êtres uni ou pluricellulaires. La vie peut aussi se manifester par des mouvements, mais ils ne sont pas toujours présents. » On note cependant qu’un nombre non négligeable de réponses prend la forme d’une équation de la vie (VIE =) étayée de quelques mots-clés, « Vie = espèce, eucaryote, procaryote, animal, végétal, cellule, autonome, ADN, métabolisme, organisme, organe, tissu, cellule, organite, reproduction. » ou d’une combinaison entre phrases et mots-clés. « La vie = organismes, métabolisme (respiration, photosynthèse), reproduction, mouvement. C’est l’ensemble des organismes capables de se nourrir et de se reproduire. » Sur les 170 réponses recueillies, seules 23 (un peu moins de 15%) attestent d’une construction scientifique cohérente et conceptuelle qui dépasse la définition fonctionnelle de la vie qu’un bon élève sortant du collège pourrait fournir. Trop de réponses présentent peu ou pas d’intérêt comme par exemple la suivante : « La vie c’est ce qui différencie les choses des êtres. C’est ce qui nous rend mortels. Donc la notion de vie est inévitablement liée à la notion de mort. Les êtres vivants ont certaines contraintes pour rester en vie. »

34 Et qu’en disent les trois dernières générations de programmes de Sciences de la Vie et de la Terre qui se sont succédées depuis vingt ans?

35 Programmes des années 1990

36 Les programmes de 1992 (Seconde), 1993 (Première S) et 1994 (TerminaleS)
SECONDE : Planète Terre, vie et environnement - La planète Terre est une planète originale parmi les planètes du système solaire : ses originalités sont l’eau sous son état liquide et la vie dans sa diversité. - Les êtres vivants se caractérisent par l’accomplissement coordonné de fonctions liées à des structures : ce sont des êtres organisés. - Le fonctionnement des êtres vivants est sous la double dépendance de leur programme génétique et des facteurs du milieu. - Certains milieux et interfaces fragiles sont en équilibre dynamique fragile. L’action quotidienne de l’Homme et de l’humanité en forte croissance s’exerce sur ces milieux en modifiant leurs équilibres et donc l’environnement.

37 SECONDE : Planète Terre, vie et environnement
Le fonctionnement des êtres vivants est sous la double dépendance de leur programme génétique et des facteurs du milieu. Troisième partie (4 à 5 semaines) : Production végétale, programme génétique, milieu La production végétale est choisie comme exemple pour illuster les relations entre le fonctionnement d’une plante, son programme génétique et les facteurs du milieu. L’étude s’effectue à partir de deux exemples de pratiques humaines, locales autant que possible. L’un, culture sous abri ou hors-sol par exemple, sensibilise à l’importance des facteurs du milieu pour la production végétale. L’étude expérimentale se limite à l’influence de deux d’entre eux sur l’intensité de la photosynthèse. La notion de facteur limitant est dégagée. L’autre, culture in vitro, illustre la possibilité d’obtenir une grande quantité de plantes identiques, donc possédant le même programme génétique, à partir de cellules ou d’amas cellulaires provenant de plantes sélectionnées. Contenus Objectifs cognitifs Multiplication de plantes performantes Bien que spécialisées, les cellules d’un organisme pluricellulaire possèdent le même programme génétique. Chez les végétaux, à partir d’un groupe de cellules, voire d’une seule cellule, on peut obtenir un organisme entier identique à la plante-mère : les cellules ont gardé leur totipotence. Cette technqiue - clonage - permet d’obtenir rapidement un grand nombre de plantes identiques. Recherche de la performance maximale par action sur les facteurs du milieu La production végétale dépend de facteurs externes. Elle est limitée par le facteur dont la valeur est la plus éloignée de son optimum : le facteur limitant. En agissant sur le ou les facteurs limitants par des pratiques culturales, l’Homme peut optimiser la production d’une espèce végétale.

38 PREMIERE S - L’édification d’un organisme ainsi que le maintien de ses caractéristiques nécessitent une utilisation, conforme à son programme génétique, de nutriments, sources de matière et d’énergie. - Tous les êtres vivants utilisent de la matière organique comme source d’énergie et convertissent cette énérgie non directement utilisable en ATP. - L’énergie du rayonnement solaire est convertie en énergie chimique chez les organismes chlorophylliens. Les relations trophiques entre tous les êtres vivants d’un écosystème assurent un transfert de matière et un flux d’énergie qui entretient les cycles de la matière comme celui du carbone. - La Terre reçoit de l’énergie du Soleil. Le rayonnement solaire qui pénètre dans l’atmosphère subit différents traitements à l’origine de l’effet de serre. L’inégale répartition de l’énergie du rayonnement solaire sur Terre est à l’origine des mouvements atmosphériques et océaniques. La Terre perd de l’énergie (séismes, volcanisme, flux de chaleur). L’énergie interne est issue de la désintégration de certains isotopes radioactifs. Les mécanismes de dissipation de la chaleur sont la conduction et la convection.

39 PREMIERE S Contenus Objectifs cognitifs
L’édification d’un organisme ainsi que le maintien de ses caractéristiques nécessitent une utilisation, conforme à son programme génétique, de nutriments, sources de matière et d’énergie. Contenus Objectifs cognitifs Identité biologique des organismes L’édification d’un organisme et le maintien de ses caractéristiques sont sous la dépendance du programme génétique. Au cours du développement de l’œuf, la multiplication, la différenciation et les migrations des cellules aboutissent à l’édification d’un être organisé, original au sein d’une espèce donnée. Cette édification nécessite des matériaux peu diversifiés qui sont sources de matière et d’énergie. La plupart des cellules d’un organisme sont constamment remplacées et leurs caractéristiques sont maintenues. Les cellules résultant d’une mitose contiennent la même information génétique, portée par les chromosomes issus d’une duplication préalable. Ainsi est assuré le maintien de l’identité biologique au cours du développement et du renouvellement cellulaire. L’ADN, support de l’information génétique Reproduction conforme : cycle cellulaire Chaque chromosome contient une molécule d’ADN - acide désoxyribonucléique - associée à des protéines. L’information génétique est contenue dans l’ADN. Les propriétés de la molécule d’ADN sont liées à sa structure. Une molécule d’ADN est un polydésoxyribonucléotide formé de deux brins enroulés en hélice, associés par des liaisons faibles entre bases complémentaires. Le codage de l’information réside dans la séquence des nicléotides. La réplication de l’ADN est fondée sur la complémentarité des bases. La réplication de l’ADN s’effectue selon un mécanisme semi-conservatif, au cours de l’interphase du cycle cellulaire. Les mécanismes de la mitose aboutissent à doter chaque cellule qui en est issue d’une copie de chaque molécule d’ADN de la cellule initiale. Le renouvellement moléculaire Les molécules constitutives de toutes les cellules se renouvellent constamment, que ces cellules aient gardé ou non le pouvoir de se diviser. Leurs caractéristiques sont maintenues, malgré ce renouvellement. Grâce à cet équilibre dynamique, les êtres vivants présentent une permanence de leurs structures, à tous les niveaux d’organisation. La synthèse permanente de molécules au sein des cellules compense les pertes inéluctables dues aux continuelles dégradations des matériaux intra et extracellulaires. Le renouvellement moléculaire nécessite de l’énergie. Les molécules nécessaires au renouvellement des constituants organiques des cellules proviennent de la digestion (nutriments) ou de la dégradation des macromolécules cellulaires. Elles peuvent aussi être synthétisées à partir d’autres types de molécules organiques. Quand cette synthèse n’est pas possible, ces molécules doivent être fournies par l’alimentation. C’est le cas de certains acides gras et de certains acides aminés.Les protéines sont les constituants organiques essentiels de tous les organismes vivants. Ce sont des macromolécules caractérisées par l’alignement spécifique (séquence) des acides aminés qui les constituent. Les autres constituants sont des glucides et des lipides. Toutes les réactions chimiques indispensables au renouvellement cellulaire sont catalysées par des enzymes. Toutes les enzymes sont des protéines. La synthèse des protéines enzymatiques par les cellules conditionne le renouvellement moléculaire.

40 Synthèse des protéines et information génétique; code génétique
Lors de la synthèse des protéines structurales et enzymatiques, la séquence des acides aminés est imposée par l’information génétique, codée dans la molécule d’ADN. Une molécule d’ADN d’un chromosome est le support de milliers de gènes. Un gène est défini comme un fragment d’un brin d’ADN codant pour un polypeptide donné. L’expression de l’information génétique se fait en deux étapes : transcription et traduction. Ces deux étapes nécessitent des enzymes et de l’énergie. La transcription permet la synthèse de molécules d’acide ribonucléique - ARN - messager à partir d’un gène. L’ARN messager transmet l’information génétique du noyau au cytoplasme. La traduction permet la synthèse cytoplasmique de chaînes polypeptidiques dans lesquelles la séquence des acides aminés est imposée par celle des nucléotides de l’ARN messager. Elle nécessite le décryptage des codons de l’ARN messager, au niveau des ribosomes. C’est la séquence des acides aminés qui détermine la structure spatiale d’une protéine indispensable à son activité. Certaines des protéines synthétisées sont réparties dans la celllule et utilisées. D’autres sont exportées dans le milieu extracellualire après passage par les cavités du reticulum endoplasmique, puis des dictyosomes. Les enzymes, agents de catalyse L’équipement enzymatique d’une cellule conditionne les réactions qui s’y produisent. Toutes les enzymes sont des catalyseurs biologiques. Elles augmentent la vitesse des réactions chimiques sans subir elles-mêmes de modification. Elles n’agissent que dans certaines conditions de température et de pH. Elles sont spécifiques d’un substrat, molécule dont elles catalysent la transformation. Elles sont spécifiques d’un seul type de réaction. Leur fonction est liée à leur structure. La complémentarité entre une zone de la molécule enzymatique - le site actif - et une zone correspondante de la molécule de substrat permet la formation du complexe enzyme-substrat, étape indispensable à la réalisation de la réaction. Identité biologique et génotype Les protéines structurales et enzymatiques, produits de l’expression des gènes, sont à l’origine du phénotype de l’individu. Au sein d’une espèce, un gène exite sous plusieurs formes ou allèles. L’identité biologique d’un organisme résulte de la combinaison des allèles des gènes de l’espèce qu’il possède.

41 TERMINALE S - Les mutations qui affectent en permanence le génome sont à l’origine du polymorphisme génique. Les brassages intra et interchromosomiques qui interviennent lors de la formation des gamètes font que les cellules issues des méioses sont toutes génétiquement différentes. Les zygotes qui résultent de leur rencontre au hasard possèdent tous une combinaison originale des allèles des gènes d’une espèce. - Le soi d’un individu est défini par l’ensembledes particularités moléculaires résultant de l’expression de son génome. Le non-soi est constitué par toutes les molécules différentes du soi qui, apparues dans l’organisme entraînent des réactions immunitaires non spécifiques ou spécifiques. Ces dernières mettent en jeu des processus de reconnaissance spécifiques, des communications intercellulaires, des mécanismes effecteurs aboutissant à la neutralisation des antigènes ou la destruction des cellules qui les portent. - La motricité somatique assure le maintien de la posture, notamment par des mécanismes réflexes reposant sur les propriétés intégratrices des centres nerveux et le fonctionnement des neurones.

42 TERMINALE S - Le maintien d’un taux sensiblement constant d’hormones sexuelles mâles, indispensable au bon déroulement de la reproduction sexuée, est déterminé et réglé par le complexe hypothalamo-hypophysaire. Chez la femelle, le complexe hypothalamo-hypophysaire détermine et règle de façon cyclique la sécrétion des hormones ovariennes. - La Terre et la biosphère sont le résultat d’une longue histoire commune, durant laquelle les interactions entre les différentes enveloppes de la planète et les êtres vivants ont été nombreuses.

43 Si le terme « vie » apparaît dans le texte du programme de Seconde des années 1990, c’est moins pour en construire une définition conceptuelle que pour déterminer d’une part les conditions (eau liquide) de sa présence sur Terre par une étude comparée des particularités des différentes planètes du Système Solaire et d’autre part, pour préciser les caractéristiques des êtres vivants : accomplissement coordonné de fonctions liées à des structures, fonctionnement sous la double dépendance d’un programme génétique et de facteurs du milieu. Par la suite, en Première S, le terme « vie » s’efface au profit de celui d’organisme (vivant) dont la compréhension s’articule autour du triptyque « matière-énergie-information » couvrant largement mais en filigrane la définition conceptuelle de la vie comme entité énergétique, puisqu’il s’agit d’établir que l’édification et le maintien des caractéristiques d’un organisme vivant nécessitent une utilisation, conforme à son programme génétique, de nutriments, source de matière et d’énergie. Malheureusement la cohérence de l’édifice programmatique est mise à mal par un allégement portant sur le renouvellement moléculaire. La mise en cohérence des concepts de programme génétique, de transformation de matière et de flux d’énergie, opérée en Première S permet en classe de Terminale S, d’enrichir les concepts d’unicité génétique des individus et de polymorphisme génique des populations ouvrant sur la connaissance des mécanismes de l’évolution.

44 Programmes des années 2000

45 Les programmes de 2000 (Seconde), 2001 (Première S) et 2002 (TerminaleS)
- La Terre est une planète du système solaire dont la température dépend de la distance au Soleil, de l’albédo et de l’effet de serre. L’inégale répartition de l’énergie solaire à la surface de la Terre est à l’origine du mouvement des enveloppes fluides (atmosphère et hydrosphère). Le couplage entre les différentes enveloppes se traduit par des grands cycles biogéochimiques. - L’augmentation de l’activité physique s’accompagne d’un accroissement de la consommation en dioxygène et en nutriments par les cellules musculaires dont l’approvisionnement est assuré par la variation de l’activité cardio-respiratoire, couplée à l’apport de dioxygène aux muscles. L’activité cardio-respiratoire est contrôlée et la concentration en dioxygène sanguin est régulée. - La cellule fonde l’unité et la diversité du vivant. Des activités cellulaires aussi fondamentales que le métabolisme et la division, sont sous le contrôle d’un programme génétique contenu dans une macromolécule universelle et variable : l’ADN. Sa variabilité est due aux mutations qui introduisent une variabilité dans l’information génétique sous la forme d’allèles des gènes. Certains gènes - les gènes homéotiques - contrôlent les plans d’organisation.

46 Cellule, ADN et unité du vivant (11 semaines)
SECONDE Cellule, ADN et unité du vivant (11 semaines) L'objectif général est de dégager la notion d'origine commune des espèces qui conforte l'idée d'évolution déjà introduite au collège. Les études portent sur différents niveaux d'organisation : cellule, molécule et organisme. Elles montrent que, malgré leur extraordinaire diversité, les êtres vivants possèdent des propriétés fondamentales communes. La cellule fonde l'unité et la diversité du vivant. Les cellules sont les unités structurales et fonctionnelles de tous les êtres vivants. Toutes les cellules sont limitées par une membrane plasmique. Elle définit un compartiment intracellulaire où a lieu le métabolisme. L'hétérotrophie et l'autotrophie sont deux grands types de métabolisme. Les activités fondamentales des cellules telles que le métabolisme et la division sont sous le contrôle d'un programme génétique. Le matériel génétique est contenu dans un ou des chromosomes. Universalité et variabilité de la molécule d'ADN. La transgenèse repose sur l'universalité de la molécule d'ADN en tant que support de l'information génétique. Chaque chromosome contient une molécule d'ADN qui porte de nombreux gènes. L'ADN est formé de deux chaines complémentaires de nucléotides (A, T, C, G). La séquence des nucléotides au sein d'un gène constitue un message. Les allèles ont pour origine des mutations qui modifient la séquence de l'ADN. Les mutations introduisent une variabilité de l'information génétique. Les conséquences des mutations sont différentes selon qu'elles touchent les cellules somatiques ou germinales. Certains agents de l'environnement peuvent augmenter le taux de mutation. Parenté et diversité des organismes. Les vertébrés présentent des similitudes anatomiques qui se traduisent par un plan d'organisation commun : axes de polarité (antéro-postérieur, dorso-ventral, droite-gauche), disposition des principaux organes par rapport à ces axes. Le développement embryonnaire conduit à la mise en place du plan d'organisation en suivant un programme génétiquement déterminé. Malgré leur diversité les grands plans d'organisation du monde vivant sont en partie sous le contrôle de gènes apparentés tels que les gènes homéotiques. Les similitudes aux différents niveaux d'organisation : cellule, molécule d'ADN, et organisme conduisent à la notion d'origine commune des espèces.

47 PREMIERE S – SCIENCES DE LA VIE
- Le phénotype se définit aux différents niveaux d'organisation du vivant. Les protéines - et en parmi elles les enzymes - interviennent dans sa réalisation. La séquence des acides aminés des protéines est imposée par l’information génétique située dans la molécule d’ADN. La diversité phénotypique résulte d'interactions complexes entre la variabilité génétique et l'environnement. - Dans l’établissement du phénotype végétal interviennent différents processus (division cellulaire, croissance cellulaire). Le développement d’un végétal est influencé par la répartition des hormones en interaction avec les facteurs de l’environnement. - Malgré des variations importantes, la glycémie (un paramètre du milieu intérieur réglé) oscille en permanence autour d’une valeur physiologique de référence. Cette homéostasie glycémique implique une gestion des réserves de l’organisme faisant intervenir des hormones pancréatiques (système réglant). La régulation de la glycémie (système réglé) à court terme est l'expression d'une information génétique multiple, modulée par les facteurs de l'environnement, en particulier l'alimentation. Les phénotypes diabétiques se caractérisent par une hyperglycémie due à la destruction des cellules sécrétrices d’insuline ou une insulinorésistance des cellules cibles de l’insuline, impliquant de nombreux gènes.

48 PREMIERE S – SCIENCES DE LA VIE
Le réflexe myotatique assure le tonus musculaire nécessaire au maintien de la posture. Le traitement des messages afférents, en réponse au stimulus d’étirement à l’origine du réflexe myotatique, modifie la fréquence des potentiels d’actions des motoneurones. Les motoneurones et les interneurones du réflexe myotatique sont en connexion avec d’autres neurones que les neurones afférents issus des fuseaux neuro-musculaires. La stimulation d’autres récepteurs sensoriels ou une commande volontaire peuvent inhiber le réflexe myotatique. Le phénotype comportemental des réflexes est la conséquence de la mise en place, au cours du développement, des chaînes de neurones, sous le contrôle de l’information génétique. Des modifications de l’activité neuronale à la périphérie régulent l’organisation dynamique du cortex. Elles se traduisent par un remodelage des connexions synaptiques, témoin de la plasticité cérébrale.

49 PREMIERE S La diversité des phénotypes
Le phénotype peut se définir à différentes échelles : de l'organisme à la molécule. Les phénotypes alternatifs sont dus à des différences dans les protéines concernées. Des protéines actives dans la catalyse : les enzymes Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs biologiques. Elles présentent une doublespécificité : spécificité d'action et de substrat. Les modalités de leur action reposent sur la formation du complexe enzyme-substrat. Les propriétés des enzymes dépendent de leur structure spatiale. Des modifications de structure spatiale, déterminées soit par des changements de la séquence des acides aminés, soit par des conditions du milieu (pH, température, ions...), modifient leur activité. L'activité des enzymes contribue à la réalisation du phénotype. La synthèse des protéines La séquence des acides aminés des protéines est imposée par l'information génétique située dans la molécule d'ADN. Un gène est défini comme une séquence de nucléotides d'un brin d'ADN déterminant la séquence d'un polypeptide donné. La molécule d'ADN d'un chromosome est le support de très nombreux gènes. L'expression de l'information génétique se fait en deux étapes : transcription et traduction. Au cours de la transcription, un ARN messager complémentaire du brin transcrit de l'ADN est synthétisé . La traduction permet la synthèse cytoplasmique de chaînes polypeptidiques. La séquence des acides aminés est gouvernée par celle des nucléotides de l'ARN messager suivant un système de correspondance, le code génétique. Ce code génétique est universel et dégénéré. La traduction débute au codon d'initiation et s'arrête au codon stop. Complexité des relations entre gènes, phénotypes et environnement Un phénotype macroscopique donné résulte de processus biologiques gouvernés par l'expression de plusieurs gènes. La mutation de l'un seulement de ces gènes peut altérer ce phénotype. Un même phénotype macroscopique peut donc correspondre à plusieurs génotypes. Chez un individu donné, l'effet des allèles d'un gène va dépendre également de l'environnement.

50 TERMINALE S - Les êtres vivants partagent des propriétés communes (structure cellulaire, ADN, modalités de la réplication et de l’expression des gènes, code génétique). Elles traduisent une origine commune. L’état actuel du monde vivant résulte de l’évolution. Toutes les espèces vivantes actuelles et toutes les espèces fossiles sont apparentées mais elles le sont plus ou moins étroitement. - Au sein d’une espèce, le polymorphisme des séquences d’ADN résulte de l’accumulation de mutations au cours des générations. Au sein du génome d’une espèce, les similitudes entre gènes (familles de gènes) sont interprétées comme le résultat d’une ou plusieurs duplications d’un gène ancestral. La divergence des gènes d’une même famille s’explique par l’accumulation de mutations. Les innovations génétiques sont aléatoires et leur nature ne dépend pas des caractéristiques du milieu. La reproduction sexuée participe à la stabilité du génome comme à sa variabilité. - Chez les mammifères, les structures et les fonctionnalités des appareils sexuels mâle et femelle sont acquises au cours du développement. L’homéostat de la testostéronémie est indispensable à la fonctionnalité de l’appareil sexuel mâle. Le complexe hypothalamo-hypophysaire détermine et règle de façon cyclique, de la puberté à la ménopause, la sécrétion des hormones ovariennes, ce qui a pour conséquence le fonctionnement cyclique des organes cibles de ces hormones.

51 TERMINALE S - Les défenses immunitaires sont capables de distinguer les cellules et les molécules d’un individu des éléments étrangers ou qui le sont devenus. Elles sont capables d’éliminer ces éléments étrangers à l’organisme.

52 Le terme de « vie » a disparu des programmes de cette décennie Sa disparition peut semble-t-il, être rapprochée de la proclamation de François Jacob selon laquelle on n’interroge plus la vie dans les laboratoires mais seulement les mécanismes physico-chimiques qui la sous-tendent. La planétologie dont il est question en Seconde n’a pas d’autre objectif que d’expliquer la singularité de la planète Terre, d’élucider le rôle joué par l’atmosphère terrestre dans l’effet de serre et de mettre en évidence les couplages entre les différentes enveloppes terrestres. Sinon le vivant est abordé au niveau de son atome le plus fondamental, la cellule, dont l’héritabilité de la structure et du fonctionnement métabolique conduit à mettre en évidence une information encodée dans une macromolécule universelle, l’ADN, dont on établit l’implication dans les plans d’organisation du vivant. La classe de Première S poursuit le travail engagé en précisant les relations qui existent entre le génotype d’un organisme, son phénotype et son environnement, cela à partir de situations variées (morphogenèse végétale, diabètes, plasticité cérébrale, …), dont l’étude permet de donner une vision plus nuancée de l’action génique que la seule vision rigide et erronée « un gène-un caractère » véhiculée par les médias. En Terminale S, l’approfondissement s’effectue sur les mécanismes qui interviennent dans la formation de nouveaux allèles et de nouveaux gènes, à la base de la variabilité allélique et génique et de l’évolution.

53 Programmes des années 2010

54 Les programmes de 2010 (Seconde), 2011 (Première S) et 2012 (TerminaleS)
- L’histoire de la Terre s’inscrit dans celle de l’univers. Le développement de la vie sur Terre est lié à des particularités de la planète. La vie émerge de la nature inerte. Les êtres vivants possèdent une organisation et un fonctionnement propres. Leurs formes montrent une diversité immense, variable dans le temps, au gré de l’évolution. - L’Homme a besoin de matière et d’énergie. La croissance démographique place l’humanité face à un enjeu majeur : trouver et exploiter des ressources (énergie, sol) tout en gérant le patrimoine naturel. - La connaissance du corps et de son fonctionnement est indispensable pour pratiquer un exercice physique dans des conditions compatibles avec la santé. Cela passe par la compréhension des effets physiologiques de l’effort et de ses mécanismes.

55 SECONDE La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du viavnt : une planète habitée Les conditions de la vie : une particularité de la Terre ? La Terre est une planète rocheuse du système solaire. Les conditions physico-chimiques qui y règnent permettent l’existence d’eau liquide et d’une atmosphère compatible avec la vie. Ces particularités sont liées à la taille de la Terre et à sa position dans le système solaire. Ces conditions peuvent exister sur d’autres planètes qui possèderaient des caractéristiques voisines sans pour autant que la présence de vie y soit certaine. La nature du vivant Les êtres vivants sont constitués d’éléments chimiques disponibles sur le globe terrestre. Leurs proportions sont différentes dans le monde inerte et dans le monde vivant. Ces éléments chimiques se répartissent dans les diverses molécules constitutives des êtres vivants. Les êtres vivants se caractérisent par leur matière carbonée et leur richesse en eau. L’unité chimique des êtres vivants est un indice de leur parenté. De nombreuses transformations chimiques se déroulent à l’intérieur de la cellule : elles constituent le métabolisme. Il est contrôlé par les conditions du milieu et par le patrimoine génétique. La cellule est un espace limité par une membrane qui échange de la matière et de l’énergie avec son environnement. Cette unité structurale et fonctionnelle commune à tous les êtres vivants est un indice de leur parenté. La transgenèse montre que l’information génétique est contenue dans la molécule d’ADN et qu’elle y est inscrite dans un langage universel. La variation génétique repose sur la variabilité de la molécule d’ADN (mutation). L’universalité du rôle de l’ADN est un indice de la parenté des êtres vivants. La biodiversité, résultat et étape de l’évolution La biodiversité est à la fois la diversité des écosystèmes, la diversité des espèces et la diversité génétique au sein des espèces. L’état actuel de la biodiversité correspond à une étape de l’histoire du monde vivant : les espèces actuelles représentent une infime partie du total des espèces ayant existé depuis les débuts de la vie. La biodiversité se modifie au cours du temps sous l’effet de nombreux facteurs, dont l’activité humaine. Au sein de la biodiversité, des parentés existent qui fondent les groupes d’êtres vivants. Ainsi, les vertébrés ont une organisation commune. Les parentés d’organisation des espèces d’un groupe suggèrent qu’elles partagent toutes un ancêtre commun. La diversité des allèles est l’un des aspects de la biodiversité. La dérive génétique est une modification aléatoire de la diversité des allèles. Elle se produit de façon plus marquée lorsque l’effectif de la population est faible. La sélection naturelle et la dérive génétique peuvent conduire à l’apparition de nouvelles espèces.

56 PREMIERE S - 1 - La réplication et la mitose permettent une reproduction cellulaire conforme. Toutefois, la fragilité de la molécule d’ADN - notamment lors de la réplication - est source de mutation, cause de variation génétique. Les mécanismes de transcription et traduction expliquent l’équipement protéique des cellules. - La tectonique des plaques est un modèle construit progressivement. Il s’agit d’une construction intellectuelle hypothétique et modifiable. Au cours du temps, la communauté scientifique l’affine et le précise en le confrontant en permanence au réel. Il a une valeur prédictive et c’est souvent l’une de ces prédictions qui conduit à la recherche d’un fait nouveau qui, suivant qu’il est ou non découvert, conduit à étayer ou modifier le modèle. La solidité du modèle est peu à peu acquise par l’accumulation d’observations en accord avec lui. Les progrès techniques accompagnent le perfectionnement du modèle tout autant que les débats et controverses.

57 PREMIERE S - 2 - Le modèle de la tectonique des plaques présente un intérêt appliqué. Il permet d’expliquer la formation de combustibles fossiles (champ pétrolifère ou gazier) présents dans des bassins de marge passive. - L’agriculture repose sur la constitution d’agrosystèmes caractérisés par un réseau trophique simplifié et la concentration des flux de matière et d’énergie vers la production de la biomasse (végétale et / ou animale) choisie. La recherche de productivité implique l’utisation de nombreux intrants dont les conséquences environnemantales doivent être évaluées. - La mise en place des phénotypes masculin et féminin se réalise sur une longue période qui va de la fécondation à la puberté, en passant par le développement embryonnaire et foetal. L’activité sexuelle se traduit par un comportement orienté vers la recherche du plaisir qui repose sur l’activation dans le cerveau des « systèmes de récompense ». La connaissance des mécanismes de contrôle du fonctionnement de l’appareil reproducteur permet de comprendre et de mettre au point des méthodes de contraception.

58 PREMIERE S - 3 - L’Homme aussi bien que les microorganismes infectieux susceptibles de l’attaquer présentent une forte variabilité génétique issue de mutations et conservée au cours des générations. Ces variations présentent des implications en matière de santé : les Hommes ne sont pas « génétiquement égaux devant la maladie » et l’évolution rapide des microorganismes pose des problèmes en termes de prévention et de traitement.

59 PREMIERE S Thème 1 – La Terre dans l’univers, la vie et l’évolution du vivant Thème 1-A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique Reproduction conforme de la cellule et réplication de l’ADN Les chromosomes sont des structures constantes des cellules eucaryotes qui sont dans des états de condensation variables au cours du cycle cellulaire. En général la division cellulaire est une reproduction conforme qui conserve toutes les caractéristiques du caryotype (nombre et morphologie des chromosomes). Chaque chromatide contient une molécule d’ADN. Au cours de la phase S, l’ADN subit la réplication semi-conservative. En absence d’erreur, ce phénomène préserve, par copie conforme, la séquence des nucléotides. Ainsi, les deux cellules filles provenant par mitose d’une cellule mère possèdent la même information génétique. Variabilité génétique et mutation de l’ADN Pendant la réplication de l’ADN surviennent des erreurs spontanées et rares, dont la fréquence est augmentée par l’action d’agents mutagènes. Le plus souvent l’erreur est réparée par des systèmes enzymatiques. Quand elle ne l’est pas, il apparaît une mutation, qui sera transmise si la cellule se divise. Une mutation survient soit dans une cellule somatique (elle est ensuite présente dans le clone issu de cette cellule) soit dans une cellule germinale (elle devient alors héréditaire). Les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles. L’expression du patrimoine génétique La séquence des nucléotides d’une molécule d’ADN représente une information. Le code génétique est le système de correspondance mis en jeu lors de la traduction de cette information. À quelques exceptions près, il est commun à tous les êtres vivants. Les portions codantes de l’ADN comportent l’information nécessaire à la synthèse de chaînes protéiques issues de l’assemblage d’acides aminés. Chez les eucaryotes, la transcription est la fabrication, dans le noyau, d’une molécule d’ARN pré-messager, complémentaire du brin codant de l’ADN. Après une éventuelle maturation, qui modifie ses extrémités et élimine les parties non codantes, l’ARN messager est traduit en protéines dans le cytoplasme. Un même ARN pré-messager peut subir, suivant le contexte, des maturations différentes et donc être à l’origine de plusieurs protéines différentes. L’ensemble des protéines qui se trouvent dans une cellule (phénotype moléculaire) dépend : du patrimoine génétique de la cellule (une mutation allélique peut être à l’origine d’une protéine différente ou de l’absence d’une protéine) ; - de la nature des gènes qui s’expriment sous l’effet de l’influence de facteurs internes et externes variés. Le phénotype macroscopique dépend du phénotype cellulaire, lui-même induit par le phénotype moléculaire.

60 PREMIERE S Thème 3 – Corps humain et santé Thème 3-A Féminin, masculin
Devenir femme ou homme Les phénotypes masculin et féminin se distinguent par des différences anatomiques, physiologiques, et chromosomiques. La mise en place des structures et de la fonctionnalité des appareils sexuels se réalise, sous le contrôle du patrimoine génétique, sur une longue période qui va de la fécondation à la puberté, en passant par le développement embryonnaire et foetal. La puberté est la dernière étape de la mise en place des caractères sexuels. Sexualité et bases biologiques du plaisir L’activité sexuelle déclenche un comportement orienté vers la recherche du plaisir qui repose notamment sur des bases biologiques, en particulier l’activation dans le cerveau des « systèmes de récompense ». Certaines drogues peuvent perturber durablement le fonctionnement cérébral en agissant sur ces mêmes systèmes cérébraux et en jouant sur les mécanismes de la récompense. Sexualité et procréation Chez l’homme et la femme, le fonctionnement de l’appareil reproducteur est contrôlé par un dispositif neuroendocrinien qui fait intervenir l’hypothalamus, l’hypophyse et les gonades. La connaissance de ces mécanismes permet de comprendre et de mettre au point des méthodes de contraception féminine préventive (pilulescontraceptives) ou d’urgence (pilule du lendemain). Des méthodes de contraception masculine hormonale se développent. D’autres méthodes contraceptives existent, dont certaines présentent aussi l’intérêt de protéger contre les infections sexuellement transmissibles. L’infertilité des couples peut avoir des causes variées. Dans beaucoup de cas, des techniques permettent d’aider les couples à satisfaire leur désir d’enfant : insémination artificielle, FIVETE, ICSI.

61 PREMIERE S Thème 3 – Corps humain et santé
Thème 3-B Variation génétique et santé Patrimoine génétique et maladie La mucoviscidose est une maladie fréquente, provoquée par la mutation d’un gène qui est présent sous cette forme chez une personne sur 40 environ. Seuls les homozygotes pour l’allèle muté sont malades. Le phénotype malade comporte des aspects macroscopiques qui s’expliquent par la modification d’une protéine. L’étude d’un arbre généalogique permet de prévoir le risque de transmission de la maladie. On limite les effets de la maladie en agissant sur des paramètres du milieu. La thérapie génétique constitue un espoir de correction de la maladie dans les cellules pulmonaires atteintes. Le plus souvent, l’impact du génome sur la santé n’est pas un déterminisme absolu. Il existe des gènes dont certains allèles rendent plus probable le développement d’une maladie sans pour autant le rendre certain. En général les modes de vie et de milieu interviennent également et le développement d’une maladie dépend alors de l’interaction complexe entre facteurs du milieu et génome. Déterminer les facteurs génétiques ou non d’une maladie repose sur des méthodes particulières qui constituent les fondements de l’épidémiologie. L’étude d’un exemple de maladie (maladie cardiovasculaire, diabète de type II) permet d’illustrer le type d’études envisageables. Perturbation du génome et cancérisation Des modifications accidentelles du génome peuvent se produire dans des cellules somatiques et se transmettre à leurs descendantes. Elles sont à l’origine de la formation d’un clone cellulaire porteur de ce génome modifié. La formation d’un tel clone est parfois le commencement d’un processus de cancérisation. Des modifications somatiques du génome surviennent par mutation spontanées ou favorisée par un agent mutagène. D’autres sont dues à des infections virales. La connaissance de ces mécanismes débouche sur des mesures de protection (évitement des agents mutagènes, surveillance, vaccination). Variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques Des mutations spontanées provoquent une variation génétique dans les populations de bactéries. Parmi ces variations, certaines font apparaître des résistances aux antibiotiques. L’application d’un antibiotique sur une population bactérienne sélectionne les formes résistantes et permet leur développement. L’utilisation systématique de traitements antibiotiques peut augmenter la fréquence des formes résistantes par sélection naturelle.

62 Le terme de « vie » réapparaît, au moins en classe de Seconde dans cette version réactualisée des années 2010 des programmes de Sciences de la Vie et de la Terre de lycée. Sa réintroduction n’est sans doute pas étrangère au regain d’intérêt porté à la « vie » comme concept scientifique fondateur et en premier lieu fondateur d’une discipline qui n’a pas hésité à se dénommer « Sciences de la Vie et de la Terre » et non « Sciences du vivant et de la Terre » par exemple. Chercher la vie ailleurs (exobiologie) revient à poser la question centrale : « Qu’est-ce que la vie? ». Les questions de bioéthique font toutes référence à la vie. La vie artificielle est un champ de recherche interdisciplinaire alliant informatique et biologie dont l’objectif est de créer des systèmes artificiels s'inspirant des systèmes vivants, soit sous la forme de programmes informatiques, soit sous la forme de robots. La biologie synthétique vient de connaître son premier succès avec la fabrication par Craig Venter de la première cellule vivante dotée d’un génome artificiel. L’émergence de la vie suscite questionnements et scénarios… Alors mode passagère ou orientation profonde? L’écriture encore provisoire du programme de Première S donne à penser que l’insistance portée à la vie en Seconde (que l’on constate par exemple dans l’énoncé du préambule du Thème 1 : « L’histoire de la Terre s’inscrit dans celle de l’univers. Le développement de la vie sur Terre est liée à des particularités de la planète. La vie émerge de la matière inerte. Les êtres vivants possèdent une organisation et un fonctionnement propres. Leurs formes montrent une diversité immense, variable dans le temps, au gré de l’évolution. ») ne soit qu’éphémère. Quoi qu’il en soit la détermination d’une zone d’habitabilité sur laquelle s’appuie la recherche d’une vie extra-terrestre pose la définition de la vie.

63 Dès lors que la « vie » résonne et que l’on raisonne à son propos en dehors de son champ habituel d’application, il semble qu’un enseignement de Sciences de la Vie, de la Terre et de l’Univers actualisé, ne puisse faire aujourd’hui l’économie de sa construction rationnelle et explicite autour des deux grandes approches par lesquelles on la considère : l’approche individuelle, c’est-à-dire celle de l’organisation des organismes vivants à travers la mise en place d’un réseau de réactions récursives (système autopoïétique : réseau de processus de production de composants qui régénèrent constamment le réseau qui les a produits et qui constituent le système en tant qu’unité distincte dotée d’une limite physique), l’approche collective, c’est-à-dire celle de l’historicité de la vie qui envisage les organismes individuels comme une partie d’un processus collectif historique qu’ils contribuent à perpétuer et dont ils sont également le résultat.

64 CIRCULARITÉ = RECURSIVITÉ
Chaque élément est causé par un autre élément. AUTONOMIE HISTORICITÉ REPRODUCTIBILITÉ

65 LES FONDEMENTS DES PROJETS EXOBIOLOGIQUES
SYSTÈME CHIMIQUE OUVERT échangeant en permanence énergie et matière avec l’environnement PRESENCE DE STRUCTURES MACROMOLÉCULAIRES COMPLEXES permettant la reconnaissance de molécules à la structure chimique précise et le tri de ces molécules REPRODUCTION AVEC VARIATION ouvrant la voie à une évolution de type darwinien

66 Et comment penser le vivant dans la matière?

67 Sans doute aura-t-il fallu se débarrasser des conceptions animiste, vitaliste et mécaniste s.s. du vivant, le bricoler au point de fabriquer une cellule vivante dotée d’un génome artificiel, s’interroger sur l’existence d’une vie extra-terrestre tout en affinant le scénario le plus plausible de l’émergence de la vie à partir de l’inerte, progresser dans le domaine de la vie artifcielle, pour entrevoir une définition matérialiste de la vie plus opératoire. Produire une définition satisfaisante de la vie se heurte à deux obstacles principaux : l’extraordinaire diversité des formes d’organisation du vivant à laquelle s’ajoute l’ubiquité des formes frontières tels les virus et le fait que nous ne puissions nous appuyer que sur la vie terrestre pour conjecturer la présence de vie ailleurs. La définition produite n’est pas univoque. Aussi, dans la suite, nous n’en retiendrons que quelques unes qui nous paraissent fondatrices de programmes de recherche et constitutrices d’une action pédagogique structurante.

68 LES CONCEPTIONS DU VIVANT
ANIMISTE ARISTOTE La vie du corps dépend de l’existence et de l’activité d’une âme, agissant sur le corps comme une substance sur une autre. Sans une âme - ce qui anime les êtres vivants -, la matière ne peut suffire à donner la vie. Si cette conception n’est évidemment pas présente au premier degré dans le savoir de référence d’aujourd’hui, on peut voir dans le concept d’énergie un principe d’animation de la matière se substituant d’une certaine manière au mouvement aristotélicien. VITALISTE BICHAT Le vitalisme affirme que le phénomène de la vie ne peut pas être entièrement compris en termes de lois physico-chimiques dérivées essentiellement de systèmes inorganiques, mais qu’un facteur causal supplémentaire intervient dans les organismes vivants. Le vitalisme refuse donc de réduire la vie à des processus physico-chimiques de la matière et envisage l’être vivant comme un ensemble intégré, tendu vers un objectif unique : la vie. Le vivant constitue donc une exception au milieu physico-chimique dans lequel il est inséré. MECANISTE DESCARTES Les manifestations du vivant sont explicables par des causes mécaniques et les corps vivants sont comparables à des machines. Les nombreuses comparaisons établies entre le corps vivant et l’ordinateur redonnent aujourd’hui à cette conception un certain crédit. La référence assez commune en science à des mécanismes explicatifs renforce aussi cette conception. MATERIALISTE DARWIN Le matérialisme fait de toute forme d’existence (corps inertes, corps vivants) une simple existence matérielle. Il n’y a rien de plus dans les corps vivants, que de la matière, exactement comme dans les corps inertes; seule l’organisation de cette matière change. L’approche orthodoxe de la biologie est aujourd’hui dictée par la conception mécaniste et matérialiste de la vie : les organismes vivants sont considérés comme des machines physico-chimiques et les phénomènes de la vie comme explicables en termes de physique et de chimie. ORGANICISTE WHITEHEAD La conception organisciste ou holiste conteste que toute chose dans l’univers soit explicable par rapport aux propriétés d’atomes ou par rapport à n’importe quelle hypothétique particule ultime de la matière. Elle reconaît plutôt l’existence de systèmes organisés de manière hiérarchique qui, à chaque niveau de complexité, possèdent des propriétés qui ne peuvent être pleinement comprises en fonction des propriétés de chacun de leurs composants envisagé individuellement; à chaque niveau le tout est supérieur à la somme des parties. RETOUR

69 Aristote soutient que l'âme est la forme ou essence de n'importe quel être vivant. L’âme n'est pas une substance distincte du corps dont elle est le principe de vie. C'est la possession de l'âme (Il existe divers types d'âme selon les différentes sortes d’êtres vivants se distinguant par leurs processus vitaux. Ainsi les végétaux ont la capacité de se nourrir et de se reproduire, ce qui est le minimum qui doit être possédé par n'importe quelle sorte d'être vivant. Les animaux moins complexes que l’homme possèdent, en outre, les facultés sensitive, perceptive ainsi que la faculté du mouvement local. Les humains, quant à eux, ont toutes ces facultés avec, de plus, l'intellect.) qui fait qu’un corps naturel organisé est un organisme à part entière. La notion d'un corps sans âme, ou d'une âme dans une sorte inappropriée de corps, est simplement inintelligible. RETOUR

70 Le paradigme matérialiste et mécaniste domine notre culture depuis plus d’un siècle. Réductionniste, il fournit un cadre de pensée au sein duquel il est possible de poser des questions sur les mécanismes physico-chimiques des processus de vie et d’y répondre. Il constitue à l’heure actuelle la seule approche disponible pour la biologie expérimentale. Ses succès sont impressionnants comme l’attestent sur le plan fondamental, la découverte de la structure de la molécule d’ADN, le déchiffrage du code génétique, l’élucidation du mécanisme de synthèse des protéines et le séquençage d’un nombre toujours croissant de génomes et sur le plan des applications, la transgenèse (OGM) et la thérapie génique. RETOUR

71 Nous distinguons spontanément les êtres vivants des objets non vivants, cela sans nous tromper beaucoup et sans nous référer aux travaux de spécialistes. On peut faire de la biologie sans définir la vie, seulement à partir de la discrimination aisée des êtres vivants. La question « Qu’est-ce que la vie? » peut dès lors être considérée comme plus épistémologique que scientifique. Pourtant les définitions abondent et parmi celles-ci certaines sont discutables comme celle que donne Joël de Rosnay dans « L’aventure du vivant » (Editions du Seuil, 1988) qui rapporte la vie à sept manifestations : Individualisation : tous ces petits êtres sont des individus délimités par une membrane; ils forment un tout, une unité vivante autonome. Nutrition : ils se maintiennent en vie en absorbant ou en frabriquant les aliments dont ils ont besoin pour croître et entretenir leurs réactions vitales; ces aliments sont assimilés, c’est-à-dire qu’ils deviennent la substance même de l’organisme qui s’alimente. Respiration-fermentation : ils transforment, par des réactions de combustion lente, l’énergie des aliments en énergie utilisable par la cellule. Reproduction : tous les êtres vivants peuvent donner des copies exactes d’eux-mêmes; ces mécanismes de division sont sous la dépendance des acides nucléiques. Evolution : les organismes vivants peuvent « évoluer » par suite du mécanisme des mutations et de la sélection naturelle. Mouvement : certains micro-organismes se déplacent à l’aide de cils ou de flagelles; ce déplacement est coordonné. Mort : si l’on met du formol dans la goutte d’eau où évoluent des unicellulaires, toute activité cesse; les micro-organismes meurent.

72 Parmi les sept propriétés que Joël de Rosnay énonce, certaines constituent des tautologies. Affirmer que les petits êtres vivants sont vivants parce qu’ils forment une unité vivante (première propriété) ou par ce qu’ils se maintiennent en vie (deuxième propriété) ou encore parce qu’ils entretiennent leurs réactions vitales (deuxième propriété) revient à définir la vie par la vie. Alors tentative hasardeuse, simple expression d’une curiosité intellectuelle ou culturelle ou façon pour une discipline de fonder son objet? L’opiniâtreté mise à vouloir définir la vie voudrait que l’on plaide pour la troisième solution. Alors risquons quelques défintions…

73 Antoine Danchin relève dans la Barque de Delphes (Editions Odile Jacob, 1998) quatre processus qui sont nécessaires pour définir un organisme vivant : le métabolisme, la compartimentation, la mémoire, et la manipulation.

74 D’autres se risquent à donner une définition très synthétique comme les quatre suivantes.

75 « Est vivant tout système autonome pourvu de capacités
évolutives ouvertes. » Juli Peretó, Jesús Català, Álvaro Moreno L’évolution ouverte renvoie à la capacité illimitée d’élaborer des structures et des organisations complexes. L’autonomie rend compte des performances individuelles : le maintien d’une organisation interne et la mise en œuvre de cette organisation interne pour accomplir des actions adaptatives.

76 évolution darwinienne. »
« La vie est un système chimique autonome capable de suivre une évolution darwinienne.  » NASA pour la recherche de vie extraterrestre L’évolution dont il est question est darwinienne et fait appel à la sélection naturelle. L’autonomie rend compte des performances individuelles : le maintien d’une organisation interne et la mise en œuvre de cette organisation interne pour accomplir des actions adaptatives.

77 « La vie est une forme spéciale d’ organisation dotée de sa propre
finalité .  » Emmanuel Kant Les êtres vivants qui se reproduisent identiques à eux-mêmes et sont donc du point de vue de l'espèce à la fois cause et effet, obéissent au principe de fin naturelle. Il existe une autre finalité chez les êtres vivants, au niveau organique; ceux-ci développent des organes pour quelque chose et l'organisation qu'ils montrent est faite pour une finalité interne. L’organisme est considéré comme un être organisé composé de parties accomplissant des fonctions différentes et coordonnées. Le vivant est un être qui s’organise lui-même, irreductible à un mécanisme.

78 « La vie est une entité duale : un système biologique et son
état thermodynamique Jean-Nicolas Tournier Le système cellulaire doit être ouvert et auto-entretenu en dehors de l’équilibre thermodynamique. Thermodynamiquement, il s’agit d’un système dissipatif. Le système est une structure stéréotypée représentée par la cellule formant la base de tous les systèmes biologiques vivants.

79 « La vie est une entité physico-chimique capable d’ autoréplication évolutive.
Alain Séguy-Duclot L’autoréplication évolutive implique la copie d’une information moléculaire, selon un mécanisme de transmission héréditaire, et avec possibilité d’évolution par mutation. Une entité représente une organisation mettant en jeu des molécules structurales intervenant dans la compartimentation, des molécules informationnelles et des molécules métaboliques.

80 Enfin d’autres se risquent à produire des définitions plus complexes encore, au moins dans la formulation comme dans l’exemple suivant.

81 « La vie est un système hiérarchique de processus réglés agissant d’un élément hiérarchique de matière vers un autre, stabilisés du point de vue topologique, accroissant la stabilité de leur dynamique fonctionnelle par autoassociation au cours du développement, pouvant maintenir stable cette dynamique fonctionnelle par une régulation optimale en temps entre les niveaux de la hiérarchie. » Gilbert Chauvet, La vie dans la matière, Flammarion, 1995

82 On peut aussi s’essayer à en donner une comme la suivante par exemple
On peut aussi s’essayer à en donner une comme la suivante par exemple. L’exercice est intéressant. Il nécessite de rassembler des contributions différentes et donc de faire preuve d’un esprit de synthèse et beaucoup de modestie sur le résultat final que l’on voudra structuré et cohérent.

83 La vie est un processus autonome et complexe où à l’échelle individuelle les composants et leur renouvellement impliquent toujours l’action de molécules interdépendantes causalement liées à d’autres molécules interdépendantes et où à l’échelle collective la structure de chaque organisme est causalement liée aux nombreuses structures qui l’ont précédée.

84 fin