BIOLOGIE

biologie

Encore purement descriptive il y a cinquante ans, la biologie est devenue une des sciences expérimentales les plus dynamiques de la fin du xxe siècle . Le terme de biologie recouvre aujourd'hui la description et l'analyse de tous les domaines du vivant, tant dans leurs aspects morphologiques que dans le détail de leur physiologie. Grâce aux progrès de la biologie moléculaire, les interventions sur le patrimoine héréditaire des organismes animaux et végétaux sont devenues possibles. Ses succès mêmes possibles devraient mener à l'éclatement du contenu du mot " biologie " dans les années à venir.

n. f. Ensemble des sciences qui ont pour objet l'étude des phénomènes inhérents à la vie. Le terme a été créé en 1802 par le naturaliste français Lamarck à partir du grec bios, " vie ", et logos, " discours ".

L'Antiquité grecque et romaine

La biologie existe dans les faits dès la plus haute Antiquité, dans des pays aussi différents que l'Inde, la Chine, l' Égypte, la Grèce... Elle est pratiquée par des philosophes, des naturalistes, des médecins... Il ne s'agit pas, alors, d'une science expérimentale mais d'une science purement descriptive.

À ses origines, la biologie est tournée vers l'homme et la médecine. Dès le VIe siècle av. J.-C., en Grèce, Alcméon décrivait les nerfs optiques et la trompe d'Eustache ; plus tard Empédocle d'Agrigente établissait le rôle des pores dans la respiration. Au IIIe siècle av. J.-C., Hérophile, de Chalcédoine, faisait le lien entre le cœur, les vaisseaux et le pouls. Les connaissances anatomiques et médicales acquises durant l'Antiquité furent rassemblées par Claude Galien, de Pergame (131-201 environ), philosophe et médecin, qui rédigea plus de trois cents pages se rapportant à la médecine ; son œuvre devait servir de support à la médecine pratiquée au Moyen Âge.

Si les données anatomiques étaient rudimentaires, elles reposaient sur des observations, alors que les conceptions physiologiques qui servaient à expliquer le fonctionnement des organes étaient spéculatives. Une représentation de la vie fortement influencée par la pensée indienne se retrouvait chez les peuples du bassin méditerranéen : pour Empédocle, l'élément qui donnait la vie était le " pneuma " (air, souffle vital) qui parcourait le cœur et les vaisseaux. De la même manière, Hippocrate, de Cos (460-377 av. J.-C.), fondateur de la médecine auprès des malades, pensait que la santé dépendait d'une répartition équilibrée des éléments qui composaient le corps humain (terre, air, eau, feu).

Aristote (384-322 av. J.-C.), célèbre en biologie pour l'opposition qu'il fit entre la vie animée des êtres vivants et la vie inanimée des choses, fut le premier naturaliste à s'intéresser aux animaux : il donna la description d'une cinquantaine d'entre eux dans Histoire des animaux, aborda l'embryologie dans De la génération des animaux, et présenta le premier essai d'anatomie comparée dans Des parties des animaux. Quatre siècles plus tard, Pline l'Ancien (23-76) consacrait quatre volumes de son Histoire naturelle aux animaux (études fondées sur les travaux d'Aristote et sur ses observations personnelles) et huit volumes aux plantes. Certains de ses textes sur les plantes se retrouvaient dans De materia medica, ouvrage rédigé par Dioscoride (40-50 environ) et dans lequel l'auteur décrivait, entre autres, plus de 600 plantes médicinales et la manière de s'en servir.

La biologie médiévale et les théories médicales

À la fin du IIe siècle apr. J.-C., l'anatomie, la médecine, la zoologie et la botanique étaient des disciplines plus ou moins bien définies, que le Moyen Âge allait figer dans leur état pendant mille ans. Le Moyen Âge fut pour le monde arabe une période de grande activité intellectuelle, la médecine comme les autres sciences y faisant de grands progrès. Pendant ce temps, en Europe, la botanique et la zoologie étaient respectivement limitées à l'élaboration d' herbiers et de bestiaires.

La médecine renaît en Occident au XIe siècle ; elle prend ses sources dans la tradition médicale gréco-arabe ; les écoles de Salerne et de Bologne, en Italie, participent activement à cette renaissance avec un grand essor de l'anatomie. Ainsi, le Bolonais Mondino Dei Liucci (v. 1270-1326) faisait des dissections de cadavres pour illustrer ses cours ; il devait d'ailleurs rédiger un ouvrage intitulé Anatomie, qui, publié en 1316, resta classique jusqu'au XVIe siècle. La biologie proprement dite ne fait pas de progrès sensibles durant cette période.

Avènement de l' expérimentation en biologie

Le XVIIe siècle fut le point de départ de la révolution scientifique qui devait progressivement affranchir la démarche des chercheurs du poids des philosophies médiévales. C'est cette évolution des idées qui explique l'étude de William Harvey (1578-1657) sur la circulation du sang chez les animaux, travail révolutionnaire qui marque la naissance de la physiologie. Certes, ce travail avait été préparé par ceux de Servet (1509-1553) et de Vésale (1533-1619), mais le mérite de Harvey fut de se libérer des croyances héritées de Galien, à savoir que la croissance, l'activité musculaire et les fonctions nerveuses dépendaient du cœur, siège de " l'esprit vital ".

L'invention du microscope

L'invention technologique la plus importante pour le développement des sciences biologiques est celle du microscope. Peu d'instruments seront devenus aussi indispensables que celui-ci pour l'étude d'une science. Les premiers appareils furent construits en Hollande. Van Leeuwenhoek (1632-1723), fut le premier à utiliser un microscope pour étudier des organismes vivants. On lui doit de très nombreuses observations sur des sujets aussi différents que la queue des têtards, les feuilles, les branchies de triton, le sang, la poudre de diamants... Il devait être le premier à mettre en évidence les globules rouges, les spermatozoïdes, les protozoaires et les bactéries. Très vite, le microscope devint l'instrument indispensable aux biologistes ; Marcello Malpighi (1628-1694) s'en servit pour étudier les vaisseaux capillaires, l'anatomie interne du ver à soie et le développement des poussins.

Les débuts de l'embryologie moderne

Jusqu'alors, la théorie de la reproduction s'inspirait directement de celle d'Aristote : le mâle donnait à l'embryon sa forme et la femelle, sa nourriture. Les observations de Harvey sur les embryons de mammifères et d'oiseaux l'amenèrent à soutenir que les œufs étaient à l'origine de toute vie (interprétation vérifiée par les études de De Graaf (1641-1673) ; Harvey devait aussi formuler la théorie de l'" épigenèse ", selon laquelle le développement d'un embryon se fait par stades successifs ; il s'opposait ainsi à Malpighi, Jan Swammerdam (1637-1680) et Leeuwenhoek, qui soutenaient la théorie de la préformation : dès le début, l'embryon est semblable à l'un des parents, la gestation (grossesse) ne correspondant qu'à la croissance des différents organes. La découverte de la régénération des vers et des crustacés par Réaumur (1683-1757), celle de l'hydre d'eau douce par Abraham Trembley (1710-1784) devaient rendre improbable la théorie de la préformation. La théorie de l'épigenèse fut reprise par Caspar Friedrich Wolff (1733-1794) à la fin du siècle et s'est affirmée depuis lors.

La fin de la génération spontanée

Harvey fut le premier biologiste à douter de la génération spontanée, concept défendu par John Turberville Needham (1713-1781) et par le physiologiste suisse Albrecht von Haller (1708-1777). Cette idée fut combattue par Redi (1626-1697), qui avait montré qu'une mouche ne pouvait apparaître dans un milieu que s'il y avait déjà un œuf et, surtout, par Spallanzani (1729-1799), qui avait observé que le développement des " animalcules " dans une infusion ne pouvait pas se faire après é bullition de celle-ci. Ce concept erroné ne sera définitivement abandonné qu'au siècle suivant, à la suite des travaux de Pasteur (1822-1895) sur les bactéries.

La classification

Les naturalistes du XVIIe et du XVIIIe siècle virent leur champ d'action s' élargir grâce aux expéditions lointaines qui illustrèrent cette époque, et à la faveur desquelles ils découvraient des spécimens inconnus. Ils rencontraient, toutefois, de grandes difficultés imputables à l'absence de tout système de classification (taxonomie) organisé. La mise au point d'une taxonomie cohérente se heurta longtemps aux querelles qui opposaient deux écoles. Les uns prônaient une classification dite " naturelle ", fondée sur les liens de parenté existant entre les différents êtres ; jusqu'au XIXe siècle, cette école n'eut guère de succès, mais on doit cependant à l'un de ses représentants, Gaspard Bauhin (1560-1624), d'avoir inventé le système de nomenclature binomale (un nom générique, un qualificatif spécifique). Les autres, " fixistes ", considérant que tout être avait été créé il y a très longtemps et une fois pour toutes, prônaient un système hiérarchique ; John Ray (1627-1705) et Carl von Linné (1707-1778) furent les grands représentants de cette école. Nous devons à ce dernier (malgré l'erreur du système hiérarchique retenu) les bases de la taxonomie moderne, car il sut choisir, que ce soit pour les plantes ou pour les animaux, de bons critères de classification ; s'inspirant du système binomal de Bauhin, il organisa les règnes animal et végétal en classes, ordres, genres et espèces. Ces classifications, revues par Jussieu (1748-1836) pour les plantes et par Buffon (1707-1788) pour les animaux, allaient être rattachées au " système naturel ".

L'irruption de la chimie et de la physique

Quand le XVIIIe siècle se termine, la biologie n'en est encore qu'au stade de la description, même si certains biologistes avaient abordé expérimentalement cette science. La nature chimique de certains phénomènes vitaux commençait à être soupçonnée : le chimiste Priestley (1733-1804) avait découvert l'oxygène et montré qu'il était consommé par les animaux et produit par les végétaux ; Lavoisier (1743-1794) avait démontré que les animaux avaient besoin d'oxygène et que la respiration était une réaction d'oxydation.

Au XIXe siècle, la biologie devient une vraie science expérimentale, aidée par le développement de la physique et de la chimie. Ainsi, si Réaumur et Spallanzani avaient déjà compris que la digestion devait être un processus chimique, il fallut attendre Prout pour identifier l'acide chlorhydrique dans l'estomac (1824), et Schwann (1810-1882) pour décrire l'action de la pepsine de l'estomac. De même, ce sont les progrès faits en électricité qui permirent certaines découvertes dans l'étude du système nerveux : Bell (1774-1842) et Magendie (1783-1855) découvraient la double fonction sensitive et motrice des nerfs rachidiens, Helmholtz (1821-1894) faisait les premières mesures de la propagation de l'influx nerveux. La nature expérimentale de ce qu'allait devenir la physiologie est bien soulignée par les travaux de Claude Bernard (1813-1878) sur les fonctions du foie et du pancréas. Petit à petit au cours de ce siècle, la physiologie donnera naissance à une autre discipline : la biochimie.

Naissance de la génétique

Tous ces nouveaux moyens techniques, auxquels il faut ajouter le développement de la microscopie, vont permettre les découvertes essentielles qui sont à la base des grands concepts : théorie cellulaire, théorie des feuillets, théorie de l'hérédité, théorie de l' é volution, fondements de la biologie moderne. Ces grands concepts ont été formulés par un ou deux scientifiques, mais il est plus réaliste de considérer qu'il s'agit de l'œuvre collective de nombreux chercheurs.

Si Bichat avait mis au point une théorie de l'organisation anatomique humaine fondée sur la découverte d'au moins vingt tissus, si Malpighi avait décrit des cellules végétales, la théorie cellulaire ne fut énoncée qu'en 1830 par Schleiden et Schwann ; à la suite des travaux de Virchow, Ranvier, Purkinje, Nägeli, elle pouvait se formuler ainsi : tout organisme vivant est composé de cellules, chacune d'entre elles provient de la division d'une autre. La connaissance de la cellule et de ses divisions allait faire de grands progrès à la suite des travaux de Fleming, Strasburger, Boveri ; les chromosomes étaient découverts (Schneider, Tschistiakoff, Balbiani) et baptisés ainsi en 1888 par Waldeyer ; la constance de leur nombre était reconnue (Rabl, Balbiani) ; la fusion des gamètes était décrite (Van Beneden) ; la méiose était démontrée (Boveri, Hertwig). Von Baer avait montré que chaque tissu d'un embryon évoluait en donnant un tissu déterminé chez l'adulte ; Remak, reprenant des travaux analogues, devait formuler en 1845 la théorie des feuillets en montrant qu'il existait trois types de tissus dans un embryon : l'ectoderme, le mésoderme et l'endoderme. La théorie de l'hérédité, découverte en 1865 par le moine autrichien Mendel, ne fut connue qu'au début du XXe siècle à la suite des travaux de De Vries, Correns et Tschermak. Elle pouvait se résumer par trois lois : les caractères héréditaires sont sous la dépendance de facteurs particulaires qui se combinent, se réassortissent et sont transmis sans modification ; certains de ces caractères sont dominants (ils effacent à leur profit les caractères dits " récessifs ") ; les recombinaisons se font au hasard. Toutes les bases de la génétique étaient ainsi posées, mais il faudra attendre le XXe siècle et l'école de Morgan (1866-1945) pour que soit établi le lien entre le phénomène d'hérédité et les chromosomes et qu'apparaisse la notion de " gène ", entité placée à un endroit précis (et toujours le même) d'un chromosome.

La théorie de l'évolution est le fruit de la réflexion des grands naturalistes du XIXe siècle. C'est en 1809 que Lamarck publie son célèbre ouvrage : Philosophie zoologique , ouvrage dans lequel un naturaliste avance pour la première fois l'idée d'évolution. Sa pensée peut ainsi être résumée : le besoin crée l'organe, l'usage le fortifie, l'absence d'usage l'atrophie ; un caractère acquis sous l'influence de l'environnement devient héréditaire. Cette idée était admise par Geoffroy Saint-Hilaire. En 1859, Darwin présentait, dans son œuvre De l'origine des espèces au moyen de la sélection naturelle, une nouvelle théorie qui s'opposait à celle de l'hérédité des caractères acquis et faisait intervenir la sélection naturelle, qui permet la survie des espèces les plus aptes (les légers avantages d'une espèce sur la nature seraient maintenus et légués aux autres générations). Cette théorie devait se transformer au cours du XXe siècle en intégrant les connaissances en génétique et sur les variations du patrimoine héréditaire.

Dans la seconde moitié du XXe siècle, la biologie explose. La technologie la plus sophistiquée vient à son aide (microscope é lectronique, molécules contenant des atomes radio-actifs, appareils électroniques de mesure...), et le biologiste se fait chimiste, physicien, mathématicien ; il ne s'intéresse plus seulement aux formes de la vie mais à la matière même de celle-ci ; de nouvelles disciplines naissent chaque jour (endocrinologie, biologie moléculaire, immunologie, etc.), qui ont toutes pour souci de connaître les phénomènes moléculaires grâce auxquels la vie est possible. Surtout, avec l'avènement de la génétique moléculaire et de la transgénèse, la génétique et l'évolution sont devenues à leur tour expérimentales, permettant l'intervention à façon sur le patrimoine héréditaire d'animaux et de plantes. Cette variante de la biochimie domine la pensée biologique de cette fin de siècle.