Niveaux d'intégration de la matière vivante

1 Atomes et molécules

La matière qui nous entoure est divisible : une craie peut être brisée, et la poussière qu'elle laisse possède les mêmes propriétés que le bâton tout entier. La fumée de cigarette révèle au microscope sa structure : de minuscules fragments solides en suspension dans l'air.

La plus petite particule de matière qui conserve les propriétés de l'ensemble est la molécule. La pierre bleue est, par exemple, formée de molécules de calcaire; les nuages ou l'eau sont formés de molécules d'eau; nos ongles ou nos cheveux sont formés de molécules de kératine; la farine est formée de molécules d'amidon...

Schéma de la molécule d'eau (Image originale réalisée par Eric Walravens).

Les molécules, invisibles au microscope tellement elles sont petites, sont elles-mêmes faites d'un ensemble de particules indestructibles : les atomes. L'atome est le plus petit constituant de la matière et on peut considérer qu'il est indestructible. Lors d'une réaction chimique, les molécules se défont en atomes, et ceux-ci s'agencent en nouvelles molécules, aux propriétés différentes, mais comportant toujours les mêmes atomes.

Il existe une bonne centaine de types différents d'atomes: ce sont les éléments chimiques. Ceux constituant la matière des organismes vivants sont principalement :

• en grande quantité le carbone C, l'hydrogène H, l'oxygène O et l'azote N
• en moindre quantité le phosphore P, le soufre S, le sodium Na, le potassium K, le chlore Cl, le calcium Ca, le magnésium Mg et le fer Fe

Le corps humain est fait de 27 éléments (en proportion très variable) parmi les 92 éléments naturellement présents sur terre.

Les molécules sont désignées au moyen de formules chimiques donnant leur composition : par exemple H₂O signifie qu'une molécule d'eau est formée par l'union de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène.

Les êtres vivants sont faits de petites molécules comme l'eau, et de nombreuses très grosses macromolécules comme les glucides (sucres, amidon, cellulose, chitine), les lipides (graisses animales et huiles végétales, mais non les graisses et huiles mécaniques (de chaîne de vélo, de moteur,...) qui sont des hydrocarbures) et les protéines (kératine, albumine ou blanc d'oeuf, sucs digestifs, certaines hormones...).

2 La cellule

La matière qui constitue un être vivant est également divisible: la cellule en est la plus petite entité viable, c'est-à-dire douée de vie. Certains organismes vivants sont constitués d'une seule cellule: ce sont les unicellulaires. D'autres, plus complexes, sont faits de nombreuses cellules: ce sont les pluricellulaires. Le corps humain est, par exemple, composé de 50 000 milliards de cellules: les cellules de l'intestin ne vivent que 5 jours avant d'être remplacées, les cellules de la peau vivent 30 semaines et les cellules nerveuses ou neurones ne se divisent plus après la naissance: il n'y a donc pas moyen de les remplacer en cas de lésion!

Bien visibles au microscope, les cellules sont de petites masses de matière organique essentiellement composées d'un cytoplasme, liquide toujours entouré par une très fine membrane et contenant un noyau et de nombreux organites. Les organites sont les "usines" cellulaires où ont lieu les différentes réactions du métabolisme. Il existe ainsi des organites de digestion, de respiration, de photosynthèse chez les plantes (les chloroplastes),... Les cellules végétales ont, outre une fine membrane, une épaisse paroi de cellulose doublant la membrane et assurant une certaine rigidité cellulaire. On trouve chez les cellules de champignons une paroi de chitine.

Schémas d'une cellule animale (à gauche: 1= membrane; 2= noyau; 3= cytoplasme avec divers organites) et d'une cellule végétale (à droite: 1= paroi; 2= noyau; 3= cytoplasme avec divers organismes dont les chloroplastes).

Photographie au microscope optique (grossissement de 400 x) de deux cellules détachées par desquamation de l'épithélium buccal humain (d'après http://www.hc.cc.tx.us/san_angelo/departments/general_studies/biology/slide_pages/cheek_cell.html).

Photographie au microscope optique (grossissement de 160 x) de cellules de feuille de Plagiomnium affine, Mniaceae, Bryale, Mousse, Bryophyte (Watermael-Boitsfort, Province de Brabant, Belgique - 15/03/1982 - Diapositive originale réalisée par Eric Walravens).

3 Les tissus

Un tissu est un ensemble de cellules de même aspect et de même fonction. Il existe différentes catégories de tissus :

• un épithélium est un tissu de revêtement qui existe partout où le corps est en contact avec le monde extérieur: il se rencontre donc au niveau de la peau et des muqueuses du tube digestif, des organes respiratoires ou des organes génitaux, mais aussi au niveau des glandes à sécrétion externe ou glandes exocrines (par exemple glandes salivaires et digestives, glandes sébacées et sudoripares, glande mammaire des seins,...);
• un (tissu) conjonctif est un tissu de soutien : il constitue, entre autres, la base de la structure des tendons, des ligaments, des cartilages et des os;
• un parenchyme est un tissu dont les cellules ont une activité physiologique déterminée, par opposition au tissu conjonctif ; lorsqu'un parenchyme est lésé, soit il est reconstruit (foie par exemple), soit il est remplacé par un tissu conjonctif cicatriciel de remplissage, mais inactif sur le plan physiologique (reins, poumons par exemple).

Photographie au microscope optique (grossissement de 400 x) d'un tissu épithélial de deux cellules du péritoine humain (d'après http://biology.clc.uc.edu/Fankhauser/Labs/Bio_Lab113/Tissues/Human_Histology.html).

4 Les organes

Un organe est un amas de cellules groupées jouant, toutes ensemble, un rôle défini.

Par exemple, l'estomac, dont le rôle est la digestion des protéines, est nécessairement fait d'un tissu musculaire assurant le transit et le malaxage des aliments, et d'une muqueuse qui à la fois produit le suc gastrique digestif et se protège de son auto-digestion par la sécrétion d'un mucus.

Exemple d'organe: structure de l'estomac humain (d'après http://tecfa.unige.ch/etu/LME/0001/fraga-goldblatt/projet/images/estomac.jpg, modifié).

5 Les appareils

Un système ou un appareil est un ensemble d'organes assurant une fonction générale de l'être tout entier. Chez l'Homme, les divers systèmes sont:

• le système squelettique composé des os comstituant la charpente du corps et assurant son maintien;
• le système musculaire fait des muscles qui assurent tous les mouvements;
• les systèmes respiratoire et circulatoire qui conduisent les substances nécessaires à toutes les cellules du corps (aliments digérés, oxygène, hormones,...) et emportent les déchets (dioxyde de carbone provenant de la respiration cellulaire);
• le système urinaire concentrant puis éliminant hors du corps les déchets azotés du sang provenant de l'alimentation;
• le système digestif permettant de fournir à l'organisme l'eau et les substances nécessaires à sa croissance, son entretien et sa production d'énergie;
• le système lymphatique constituant une barrière contre les microbes et un terrain adéquat pour leur élimination;
• le système reproducteur qui diffère selon le sexe et permet la reproduction et donc la perpétuation de l'espèce;
• le système nerveux qui transmet rapidement des informations vitales des organes des sens au cerveau, et de celui-ci à tous les organes du corps;
• le système endocrine fait des glandes endocrines qui sécrètent des hormones, sortes de messagers sanguins transmettant des informations d'un organe à un autre:
• le système tégumentaire protégeant l'organisme des agressions extérieures, produisant les phanères, accumulant des réserves et régulant la température corporelle.

Enumération exhaustive des systèmes et appareils du corps humain.

6 Les organismes

Un organisme est un ensemble d'appareils constituant une structure viable et reproductrice. Chez les êtres pluricellulaires, c'est la seule entité capable de survivre de façon indépendante et de perpétuer l'espèce.

Exemple d'organisme: un loup de Pologne Canis lupus, Canidae, Carnivore, Mammifère (Parc des loups du Gévaudan, Sainte-Lucie, Département de Lozère, France - 30/07/2003 - Diapositive originale réalisée par Eric Walravens).