| Dans Les Grands Ensembles1, je vous fais savoir que le Big Bang, la théorie moderne de la naissance l’univers, né du père Georges Lemaître, n’est qu’un algorythme, i.e. qu’une méthode de solutionner un problème, mais cette théorie est loin d’avoir une base solide qui puisse faire d’elle la réalité ou qu’elle soit acceptée par tous; ici, par contre, les preuves sont devenues plus aisément irréfutables parce que les hypothèses ont été plus facilement vérifiables2. L’Origine de la VieLa théorie moderne de l’origine de la vie qui se conforme à la théorie de l’évolution des êtres vivants, telle qu’elle a été développée par Charles Darwin, a eu un "accouchement" difficile. Pour expliquer l’origine de la vie (un problème difficile), plusieurs hypothèses furent, en effet, proposées. D’abord, ce fut celle de la génération spontanée d’Aristote, ensuite, celle de la biogenèse qui suivit l’expérience de Reddi et les expériences de Pasteur et de Tyndall, puis, celle de l’origine extra-terrestre de la vie, enfin, l’hypothèse de la soupe prébiotique qui a été finalement acceptée par les néo-darwinistes et par tous les biologistes modernes. Cependant, même celle-ci suscite de nouvelles questions, comme nous le verrons ci-dessous (avec les bactéries thermophiles).La Génération SpontanéeD’après le philosophe et savant grec Aristote, la vie naîtrait spontanément de matériaux non vivants: "Tout être vivant vient à la vie non seulement à partir de l’accouplement des animaux, mais aussi à partir de la décomposition de la terre et du fumier...par génération spontanée sous l’action des forces naturelles." La théorie de la génération spontanée a été démentie par la théorie de l’évolution pour laquelle tout être vivant ne provient que d’un autre être vivant, à la suite de l’acquisition de caractéristiques transmissibles et/ou nouvelles, et pour laquelle la vie elle-même n’est née que progressivement, sur des millions d’années d’évolution du globe terrestre, de celle de son écosphère, à partir de formes matérielles prébiotiques i.e., sans aucun souffle vital antérieur.La BiogenèseFrancisco Reddi, un savant du XVIIième siècle, fut le premier à mettre en doute l’hypothèse de la génération spontanée. Reddi pensait que les vers (en réalité, des larves) qui naissaient de la viande en décomposition provenaient, en fait, des oeufs microscopiques déposés par des mouches. Pour appuyer ses présomptions, Reddi plaça des morceaux de viandes fraîche de différentes espèces d’animaux dans différents bocaux, et prit le soin de fermer quelques uns de ces bocaux et d’en laisser ouverts d’autres. Des mouches visitèrent les bocaux ouverts et, très tôt, des petits vers y firent leur apparition, alors que dans les bocaux fermés aucun organisme vivant n’y apparut. Cependant, en dépit des arguments bien fondés de Reddi, la croyance en la génération spontanée ne disparut point du milieu scientifique et beaucoup de savants restèrent convaincus que c’est parce que l’air ambiant véhiculait une énergie vitale, ou du moins qu’un apport continu d’oxygène était indispensable à la vie, que des organismes vivants n’apparurent pas dans les bocaux fermés.Avec l’avènement du microscope optique, il a été possible de confirmer, en partie, l’hypothèse de Reddi pour la formation des larves mais pour les bactéries, il était difficile de comprendre, à cette époque, d’où elles provenaient. Peut-être, pensaient quelques hommes de science, naissaient-elles spontanément de la matière inanimée par l’action d’une énergie vitale qui se trouvait dans le milieu ambiant! En se servant d’un tube de verre expérimental et fabriqué de telle sorte (ayant un cou en forme d’un S couché) à retenir les êtres microsocopiques de l’air ambiant, mais à laisser passer les molécules d’air plus petites, Louis Pasteur démontra que, lorsque le contenu de ce tube était stérilisé à la chaleur et que celui-ci était laissé ouvert, son contenu restait stérile alors que pour un tube normal celui-là était vite contaminé. Les bactéries ne naissaient donc pas spontanément d’une énergie vitale ambiante, mais provenaient d’autres bactéries qui se trouvaient dans le milieu ambiant. À la suite de cette démonstration mémorable de Pasteur, la croyance en la génération spontanée disparut pour laisser la place à une nouvelle théorie, celle de la biogenèse. Celle-ci stipulait que la vie est inhérente à l’Univers, i.e., qu’elle est née (ou qu’elle a été créée) avec celui-ci et que toute forme de vie provient d’une forme antérieure de vie. Récemment encore, la théorie de la biogenèse prit un nouveau tournant avec l’hypothèse de l’origine spatiale de la vie qui fit suite aux expériences de Tyndall. D’après cette hypothèse, la vie sur terre proviendrait d’organismes vivants et extraterrestres, existant sous la forme de spores ayant pu survivre le voyage cosmique et ayant pénétré l’écosphère. (Rappelez-vous du documentaire passé à la télévision "Présence des Extra-Terrestres" et du film caricatural pour enfants "E.T.." Cependant, les données cosmologiques infirment une telle hypothèse, et les premiers temps de l’univers issu du "Big Bang" n’étaient réellement pas propices à la présence d’une forme quelconque de vie. L’Hypothèse de la Soupe Prébiotique: L’Émergence des Premières Molécules Organiques (ou carbonées) et de la Première Matière Autoreproductrice, l’Acide DésoxyribonucléiqueLa plupart des savants sont maintenant convaincus que des êtres vivants n’existent que dans l’écosphère terrestre dans le système solaire, et probablement à travers le cosmos dans des écosphères de planètes qui présentent des conditions similaires ou pas trop éloignées de celles qui existent sur terre, i.e., des conditions idéales - température comprise entre 0° et 100° et pression d’une atmosphère - pour l’apparition de la vie. Toutefois, ceci n’a pas été soudain comme le présumaient les tenants de la génération spontanée mais s’est produite lentement et progressivement durant les 3,5 billions d’années de l’évolution de la terre. A ce propos, durant les années 1920s, deux savants Aleksandr Oparin et J.B. Haldane avaient émis une étonnante hypothèse, à savoir que de l’énergie sous la forme de rayons ultraviolets (comme ceux qui nous viennent du soleil) de chaleur (comme celle qui est due au volcanisme ou au soleil) et de décharges massives d’électricité (comme celles qui surviennent lors des éclairs) peuvent avoir provoqué la formation des premiers monomères organiques (les polymères étant beaucoup plus volumineux). Cette hypothèse a été confirmée, en 1950, quand deux biochimistes de l’Université de Chicago - Harold Urey et Stanley Miller - le prouvèrent expérimentalement, en utilisant des gaz inorganiques, à peu près les mêmes qui auraient formé l’atmosphère primitive de la terre (vapeur d’eau (H2O), azote (N2), gaz carbonique (CO2) et monoxyde de carbone(CO)) et des étincelles électriques (pour simuler l’éclair)(fig.). Ces divers monomères de molécules organiques - acides aminés des protéines et bases nitrogénées des acides nucléiques - ainsi formés constituèrent le premier stade de la soupe prébiotique, le deuxième stade se caractérisant par la formation à partir des monomères de molécules plus longues et plus complexes, les premiers polymères, tels les polymères glucidiques et lipidiques qui rentrent dans la constitution des membranes, les protéines qui ont rôle structurel et métabolique ou enzymatique, et les acides nucléiques qui dirigent la reproduction et sont responsables de la conservation des caractères héréditaires de la cellule. Des assemblages et des structures plus complexes se seraient développés de cette soupe moléculaire, par la suite, avec la formation des coacervats et la synthèse des premières membranes, un peu comme les microsphères protéinoidiques et les liposomes. Enfin, à partir des éléments de cette soupe se constituèrent les premiers organismes vivants, des procaryotes, les êtres vivants les plus simples dépourvus de noyaux. Récemment, les découvertes de l’astronomie ont montré que des molécules organiques peuvent se recontrer un peu partout dans notre univers et qu’un certain nombre de molécules organiques terrestres auraient pu provenir de météorites sous la forme de chondrites carbonacées. Cette nouvelle découverte, négligeable d’après moi, n’infirme pas toutefois l’hypothèse d’Oparin mais seulement fait ressortir le fait que les premières molécules organiques terrestres aient pu avoir diverses origines naturelles. Enfin, en ce qui concerne les conditions idéales pour l’apparition de la vie sur terre, la découverte de bactéries qui vivent à des températures de près de 350°C et à des pressions de plusieurs atmosphères, au niveau des vents océaniques, montre que la vie a pu probablement faire son apparition dans des conditions moins idéales que les savants le pensaient. Cette découverte, dès lors, tend à faire reculer à une période beaucoup plus antérieure aux 3,5 billions d’années la date d’apparition de la vie sur terre (cf., Du Poisson au Mammifère) . La Place de la Théorie de l’Évolution Darwinienne dans la Microbiologie et dans l’Hypothèse de l’Origine de la Vie:La naissance des formes prébiotiques, i.e., des formes moléculaires organiques, ayant précédé les premiers organismes vivants sur terre semblent avoir été favorisée par un minéral, l’argile, en particulier la smectite (hypothèse de Cairns-Smith) dont les formes cristallines ont cette facilité de pouvoir être copiées (répliquées) par la Nature. Ceci n’est toutefois pas l’autoreproduction active de cette molécule organique qu’est l’ADN, n’étant pas sous le contrôle de mécanismes enzymatiques et biométaboliques, mais ce serait dû, purement, à des mécanismes physiques, tel par exemple les différences dans la densité de charge, elles-même étant dues aux alternances des atomes d’aluminium et de silice dans le cristal (un tétrahèdre, dans ce cas). D’autre part, il a été démontré expérimentalement, à la NASA’s Ames Research, que les cristaux d’argile servent aisément de moules à la formation de molécules organiques (nécessairement prébiotiques) que sont les protéines, ceci à partir d’acides aminés présents dans le milieu, en dehors de la cellule et sans l’aide de ces catalyseurs métaboliques que sont les enzymes de la cellule. Ume de ces formes moléculaires prébiotiques - l’acide nucléique - possède cette propriété remarquable qu’a l’organisme vivant de pouvoir se reproduire activement (et donc plus rapidement que les copies moléculaires de cristaux d’argile). Dans la cellule vivante, la molécule d’acide nucléique initie la reproduction de la cellule, et sa réplication précède la division cellulaire. Les premières cellules à prendre ainsi naissance de la soupe prébiotique avaient donc été des organismes de type bactérien, plus précisément des procaryotes , formés par des processus naturels, au cours de centaines de millions d’années d’évolution du globe terrestre. Elles tiraient la plus grande partie de leur énergie, sous la forme de l’ATP de l’utilisation d’abord aérobie - la respiration - et, par la suite, anaérobie - la fermentation - de ces molécules organiques de la soupe prébiotique. La prolifération de ces hétérotrophes qui utilisaient des molécules organiques préformées comme sources de leur carbone ne pouvaient, néammoins, pas aller trop loin. En effet, cette utilisation du carbone organique était relativement rapide par rapport à son remplacement qui se faisait principalement par des processus géo-physico-chimiques, naturels très lents. Cependant, avant l’épuisement de la soupe prébiotique s’est faite, fort heureusement, l’évolution des bactéries autotrophes ou photosynthétiques ou chloroplastiques à partir des bactéries initiales. Les nouveaux venus utilisèrent le gaz carbonique ambiant, qui existait, encore, en abondance dans l’athmosphère terrestre, pour la formation de leurs molécules organiques (en remplacement de celles de la soupe prébiotique) qu’elles utilisèrent à des fins structurelles et énergétiques; de l’oxygène se dégagea au cours de ce processus qui a été dénommé, pour cause, la photosynthèse. Celui-là devint à nouveau abondant dans l’écosphère et permit l’évolution de nouvelles bactéries hétérotrophes et, cette fois-ci, mitochondrioformes . De la symbiose (hypothèse de Lynn Magulis) ou de l’évolution d’une espèce bactérienne intermédiaire, ayant, à la fois, les chloroplastes des premières autotrophes, pour la photosynthèse de leurs molécules organiques, et les mitochondries des secondes hétérotrophes, pour la respiration ou l’utilisation de l’oxygène moléculaire, prit naissance la première population des eucaryotes, les cellules à noyau. L'apparition du NOYAU est explicable par l’augmentation de la complexité de la cellule et se situe dans la ligne de l’hypothèse de Lyn Magulis et de l’histoire de l’évolution de l’écosphère; ainsi s’expliquerait pourquoi la cellule eucaryote est apparue après la cellule procaryote, toujours par les mécanismes d’adaptation et de sélection naturelle. La Notion de MicrobesLe mot microbe vient de microrganisme qui veut dire organismes minuscules, i.e., des organismes qui ne sont visibles qu’au microscope, et de biologie qui veut dire vie. Les microrganismes sont donc de minuscules organismes vivants que nous ne pouvons pas voir à l’oeil nu. Une Définition du MicrobeLa notion de microbes est à la base de la théorie microbienne de la maladie, plus précisement de l’hypothèse que les maladies transmissibles sont causées par des microbes. Ce concept avait été difficile à être accepté par beaucoup de gens, dû au fait que, pendant plusieurs siècles, les hommes ont cru que la maladie était une punition infligée aux hommes, les pêcheurs, par Dieu. Du temps de Pasteur, beaucoup de gens trouvaient alors inconcevables que des organismes invisibles pouvaient se transmettre par la voie aérienne ou par la voie du toucher (dont la lingerie). Cependant, graduellement, les hommes de science ont pu accumuler et réunir assez d’informations nécessaires pour prouver cette hypothèse alors peu orthodoxe.En 1834, par exemple, Agostino Bassi fut le premier à démontrer une association (corrélation ou causalité) entre une épidémie du ver à soie et la présence d’un champignon microscopique. Puis, en 1860, Pasteur montra qu’une autre maladie du ver à soie qui causait la ruine de l’industrie du soie français et européen était causée par un protozoaire. En 1860, un chirurgien, Joseph Lister, décida d’en faire une application au domaine médical. Il imbiba les bandages des plaies chirurgicales et de plaies traumatiques dans du phénol. Cette pratique réduisit tant la mortalité post-opératoire et la mortalité post-traumatique que les autres chirurgiens ne tardèrent pas à le suivre. Enfin, en 1876, un médecin, Robert Koch, fut le premier à démontrer de façon méthodique qu’une terrible épidémie , le charbon,qui frappait le bétail était causée par une bactérie en forme de bâtonnets, dès lors appelée la bactérie du charbon (cf., L’Homme, Ce Primate Supérieur: Les Moyens de Lutte de l’Homme contre ses Adversaires, les Microbes) Cependant la méthode de Koch, connue également sous l’appellation de postulats de Koch s’est révélée incapable de trouver une explication à certaines maladies (dont la Maladie des Légionnaires) en particulier parce que les souches virulentes de certains microbes, comme celle du tréponème de la syphilis, ne peuvent pas être cultivés artificiellement ou, encore davantage, parce que d’autres microbes, tels que les virus et les rickettsies, ne peuvent pas être cultivés sur les milieux de culture traditionnels, acellulaires. Le Traitement des Maladies Infectieuses: L’Histoire de la Vaccination et de l’AntibiothérapieSoixante-dix années avant que Koch émit ses postulats1, un médecin, Edward Jenner, chercha à protéger ses patients de la variole, une maladie qui a causé des pandémies terribles et qui a a été responsable, à côté de leur genocide et de la vie dure que leur ont infligé les européens, la quasi extinction2 des amérindiens. Jenner constata que l’incidence de la variole était plus faible chez les fermiers. Il comprit vite que c’est parce que ceux-ci qui contractaient parfois la vaccine (variole des boeufs), qui ne cause qu’une infection bégnigne chez les hommes (cette bactérie ayant perdu sa virulence pour les hommes), en étaient protégés ou immuns par une substance qui se développait dans leur organisme au cours de cette infection bégnigne. Jenner préleva un peu de pus de la lésion de la vaccine chez les boeufs et, avec une seringue ainsi infectée, il en égratigna le bras de plusieurs de ses patients. Ceux-ci furent légèrement malades après une telle injection mais ne contractèrent jamais la variole qui faisait des ravages dans leurs alentours. La vaccination était née.Pendant longtemps, les guérisseurs sud-amérindiens utilisèrent la quinine pour contrôler la malaria qui était endémique dans leur région et, dès lors, furent réellement les premiers chimiothérapeutes de l’ère moderne. Puis en 1910, un médecin, Paul Erlich, trouva que le salvarsan, un dérivé de ce poison qu’est l’arsenic, était efficace contre la syphilis. Cependant, ce n’est que dans les dernières années 1930 que la chimiothérapeutique s’installa officiellement avec l’utilisation des sulfamidés et ce ne fut qu’après la découverte d’un médecin, Alexander Flemming, que l’antibiothérapie vit le jour. Fleming constata que la présence d’une auréole d’inhibition sur une boîte de Pétri qui portait la culture d’une bactérie, le Staphylocoque aureus (S. doré), était due à son infection par une moisissure, le Penicillium notatum, et il appela ceci de l’antibiose. Par la suite, durant la seconde guerre mondiale, la pénicilline fut essayée avec succès sur une grande échelle; l’antibiothérapie était née. Différentes Catégories de Microbes: Bactéries, Virus & ProtistesPar rapport au microorganisme vous devez vous imaginer que vous êtes grand d’au moins d’un millier de kilomètres, en prenant le mètre comme unité de taille bactérienne. En fait, un milimètre est de la grosseur d’un point, et un millier de bactéries iront sur celui-ci. Une bactérie dès lors mesure environ 10-6m. Un protiste est légèrement plus grand que le milimètre, et un virus est encore plus petit que la bactérie.Les bactéries sont en général les plus petits organismes vivants (le virus est non vivant), mais elles sont plus nombreuses que tous les autres êtres vivants. Dans des conditions idéales, une bactérie se divise toutes les vingt minutes. Si on considérait constante cette vitesse de reproduction, cette bactérie aurait en dix heures un million de descendants. Application Pouvez-nous expliquer comment ce calcul a été fait? Pourquoi donc les bactéries n’éliminent-elles pas donc tous les autre êtres vivants en vertu de la compétition naturelle? La réponse est que les bactéries sont limitées par la pollution de leur milieu de croissance, créée par leurs propres déchets. D’autre part, des virus s’attaquent aux populations de bactéries, y créant des épidémies qui en limitentla taille. En est-il ou en sera-t-il de même pour les autres êtres vivants, tel, par exemple, les hommes? Expliquez. Les BactériesLes bactéries, ou monères, ont été les premiers êtres vivants à avoir existé sur terre. Elles sont dès lors des organismes vivants beaucoup plus simples que les autres êtres vivants. En général, leur noyau n’est pas distinct du reste de la cellule mais elles possèdent une zone nucléaire, d’où leur appellation de procaryotes (littéralement, des cellules ayant un "prénoyau") pour les distinguer des eucaryotes (les cellules à "vrais noyaux").Classification Très tôt après l’apparition de la première bactérie sur terre, les générations qui en provinrent évoluèrent en trois grands règnes:
Les ARCHÉBACTERIES forment le groupe le plus primitif des bactéries terrestres. Elles sont généralement subdivisées en trois sous-groupes majeurs: les méthanogènes, les halophiles et les thermophiles extrêmes.
Les EUBACTÉRIES sont ces bactéries les plus connues du monde médical. Quelques unes sont des autotrophes, i.e., fabriquent leurs propres aliments en utilisant l’énergie solaire ou l’énergie chimique, d’autres sont hétérotrophes. Ce groupe inclut deux principaux groupes:
Structure Générale des Bactéries Nous avons vu la structure générale des bactéries dans Du Procaryote à l’Eucaryote, Ch. I: Caractéristiques Générales de la Cellule Procaryotique). Rappelons les brièvement:
Importance des Bactéries Importance des Bactéries Outre leur importance médicale ou pathologique, les bactéries ont une énorme importance dans la productivité industrielle. N’était-ce leur action de fermentation sur le lait, en particulier celle gui est due aux espèces Lactobacillus et Streptococcus lacti (clasification de Linnae) nous n’aurions pas eu le yogurt, le fromage, le babeurre, la crème aigre du lait ("lait caillé") . D’autres lactobacilles nous permettent de faire ou d’avoir nos "picklies", nos choucroutes et nos olives mûres que nous utilisons pour assaisonner nos salades. Les bactéries qui fermentent l’acide acétique produisent du vinaigre à partir du vin ou du jus de fruit par une action oxydative. Bien sûr, d’autres bactéries polluent ou gâtent nos aliments et peuvent nous rendre malades ou nous causer des empoisonnements alimentaires. Cependant, un bon mombre de ces infections sont préventibles si l’on prend soin:
La Reproduction Bactérienne Les bactéries se reproduisent à une vitesse impressionante. Pour le comprendre, faisons la comparaison suivante. Si les bactéries disposaient de ressources nutritives et spatiales illimitées, et si toutes les bactéries se reproduisaient au même rythme, i.e., en moyenne toutes les vingt minutes, alors, après seulement 48 heures, une bactérie donnerait 2,2x1043 bactéries qui pèseraient autant gue 4.000 fois le poids de notre planète, la Terre. Dans la nature, cependant, la limitation des ressources environnementales ne permet pas une telle profusion bactérienne. Cependant, une telle comparaison permet d’expliguer combien peut être dangereux un tel microbe pour une blessure ou pour un aliment non protégé. En général, les bactéries se reproduisent asexuellement par les mécanismes de fission binaire et de sporulation. Cependant, il existe un mode de transmission du matériel génétique chez la bactérie - la conjugaison bactérienne - à qui les généticiens accordent assez d’importance de nos jours et qui rappelle la reproductions sexuée. La FISSION BINAIRE est le mode de reproduction bactérienne le plus fréquent et le plus simple dans les conditions normales de développement bactérien, i.e., avec des ressources alimentaires abondantes ou suffisantes de l’environnement. Par ce mécanisme, une cellule bactérienne donne deux autres cellules bactériennes, un peu comme dans la mitose de la cellule eucaryote, mais, chez la bactérie, il ne se forme pas de fuseau mitotigue et donc pas de plaque équatoriale où les chromosomes bactériens peuvent échanger des fragments de génome. Dès lors, les cellules-filles, ainsi produites, forment un clone bactérien où toutes les cellules des différentes générations sont en tout point identigues. Au cours de la fission binaire, 1’ADN bactérien se fixe à la membrane cellulaire pour organiser sa replication et le nouveau brin formé est également fixé à la membrane cellulaire au cours de sa formation. La SPORULATION est un mécanisme de reproduction bactérienne qui survient, le plus souvent, dans des conditions défavorables de l’environnement. La bactérie y mène alors une vie ralentie et produit un bourgeonnement intracellulaire qui inclut un fragment du génome; c’est ainsi que se forme l’endospore qui représente, en réalité, une adaptation de la bactérie à des conditions différentes de l’environnement. Dans certaines conditions environnementales, seules les bactéries qui peuvent sporuler seront choisies, à travers le mécanisme de la sélection naturelle, et on peut dire que la sporulation est un important mécanisme évolutif qui assure la survie de la bactérie. La CONJUGAISON BACTÉRIENNE n’est pas à proprement parler un mode de reproduction bactérienne, mais représente un moven d’échange do matériel génétique entre deux bactéries, dont la finalité est la biodiversité parmi les bactéries, un peu comme l’est la reproduction sexuée chez les eucaryotes. A la différence de ceux-ci où la fécondation de l’oeuf eucaryotique est suivie de la multiplication cellulaire et de l’embryogenèse, la conjugaison bactérienne n’initie pas la reproduction de la cellule receveuse. Néammoins, parce que la reproduction d’une bactérie est rapide, la conjugaison bactérienne est un puissant moyen pour la bactérie donneuse de diversifier sa descendance (progéniture) Ordinairement, diverses espèces de bactéries, comme la bactérie intestinale Escherichia coil (E. coli), possèdent un fragment de génome extrachromosomique - le plasmide. Celui-ci porte parfois un facteur de fertilité - le facteur F - qui stimule la conjugaison bactérienne, en causant la formation d’un poil sexuel, un petit prolongement de la cellule bactérienne à travers lequel le plasmide transite pour passer de la bactérie porteuse du facteur F à une autre bactérie qui en est dépourvue. La bactérie porteuse du facteur F est la bactérie donneuse, dénommé F+, et la bactérie receveuse de ce facteur est F- (fig. ). Après être passé dans la cellule receveuse, le facteur F peut donner lieu à un plasmide dans la bactérie receveuse, maintenant une bactérie F+, et dès lors rester libre dans le cytoplasme bactérien, oü il pout s’intégrer au chromosome bactérien plus large que lui. Lorsque ceci se produit, le chromosome bactérien acquiert la faculté de se recombiner aisément à celui d’une autre bactérie, au cours d’une nouvelle conjugaison, la région d’intégration du plasmide étant très plastique. La bactérie possédant une telle faculté est appelée une bactérie à grand pouvoir de recombinaison ou bactérie Hfr (High frequency recombinant). D’autres mécanismes assurant la biodiversité chez la bactérie, par le mécanisme d’échange de gènes, sont la transduction virale et la transformation. Dans la TRANSDUCTION VIRALE, le véhicule du génome bactérien n’est pas le poil sexuel de la bactérie mais un virus. La TRANSFORMATION BACTÉRIENNE, par laquelle une bactérie greffe à son génome un ADN présent à l’état libre dans son environnement, est encore un mécanisme plus primitif pour une souche bactérienne d’assurer la biodiversité et représente une bonne preuve à l’hypothèse de l’évolution de 1’ADN ou à celle de l’évolution de la molécule à la cellule, En effet, elle suggère que l’accouplement d’ADN représente le mécanisme primordial de la reproduction et de la biodiversification, et donc de ce phénomène qu’est la �vie�. Les VirusLes virus ne sont pas vivants car ils n’ont pas de protoplasme, cette substance plastique qui contient les enzymes responsables des activités métaboliques de la cellule normale que sont la digestion et l’excrétion. D’autre part, les virus ne sont pas capables de se reproduire d’eux-mêmes, mais lorsqu’ils infectent un hôte cellulaire, celui-ci se met au service du virus en fabriquant de l’ADN et des protéines virales. L’assemblage de ceux-ci conduit à la formation de nouveux virus. Les virus paraissent ainsi être des intermédiaires entre les molécules organiques, qui sont non vivantes, et les organismes vivants. Toutefois, certains biologistes les considèrent comme étant des "produits de déchets de l’évolution de la cellule eucaryote". Caractéristiques Générales des Virus La plupart des virus ne peuvent être vus non seulement à l’oeil nu mais non plus au microscope optique. Pour les voir, il faut à l’observateur un microscope électronique. Pour apprécier la taille d’un virus, considérons l’échelle suivante du système métrique: un nanomètre est 10-9m, un micromètre. . . 10-6m, un milimètre 10-3m et un kilometre 103m. La taille d’un atome est de l’ordre d’1/10 de nanomètres, celle d’une molécule varie d’1 à 10 nanomètres, celle d’un virus de 10 à 100 nanométres, celle d’un organelle intracellulaire, comme le chloroplaste, est d’environ un micromètre, celle d’une bactérie va de 1 à 10 micromètres, celle d’une cellule de 10 à 100 micromètres, celle d’un petit insecte, comme l’abeille, est d’environ 1 centimètre, celle de l’homme d’un mètre environ et celle d’une baleine d’environ 10 mètres (fig.) Quelque soit sa forme, un virus ou virion est simplement formé d’une enveloppe protéinique périphérique, ou capside, et d’une molécule d’acide nucléique centrale représentant ensemble la nucléocapside. classification des virus Il existe plusieurs modes de classification des virus. Ceux-ci sont groupés, par exemple, d’après leur forme ou d’après leur rapprochement génétique ou familial. Une classification pratique mais assez inexacte est celle qui groupe les virus d’après la symptomatologie des maladies qu’ils créent:
Un Peu de Génétique Virale et de Reproduction Virale - Importance du Virus du Point de Vue Évolutif Le génome d’un virus n’est pas toujours l’ADN comme ce l’est chez les cellules vivantes. L’ADN viral, lorsqu’il existe, n’existe pas toujours non plus sous la forme de la double hélice. On décrit donc, d’après les caractéristiques de leur génome, plusieurs categories ou plusieurs familles de virus: les virus à ADN duplex, les virus à ADN simplex, los virus à ARN duplex et les virus à ARN simplex. Les virus à ARN sont communément appelés des rétrovirus. Selon le type du génome, la reproduction virale se fait par des mécanismes légèrement différents. Ordinairement, les différentes phases de la reproduction virale sont:
Les ProtistesNous avons vu les protistes avec le texte Du Procaryote à l’Eucaryote. Les protistes sont des eucaryotes unicellulaires qui proviennent tous d’un eucaryote ancestral, probablement un phytoflagellé.Classification des Protistes Les divers rèqnes gui sont nés de cet eucaryote ancestral sont:
Les PROTISTES ANIMAUX, formant le zooplancton, ne sont pas des animaux au sens le plus employé du terme mais essentiellement des organismes hétérotrophes qui se nourrissent de cellules végétales et d’autres cellules animales. En effet, un grand nombre de ces protistes ne se déplacent pas du tout mais restent fixés au sol de leur micro-environnement. En général, beaucoup d’organismes du règne des protistes sont à cheval sur le règne animal, le règne végétal et le règne des champignons. Dès lors, les protistes fournissent une preuve formidable en faveur de l’évolution de tous les organismes vivants à partir d’un organisme �unique�, ancestral. D’autre part, plus que tous les autres organismes, les protistes ont fourni aux taxonomistes une raison supplémentaire de se démarquer de la classification de Linnae qui est, avant tout descriptive et fixiste et qui ne tient pas compte des relations d’évolution. C’est ainsi que la paramécie, un protiste animal dans l’embranchement des ciliophores, qui avait été autrefois classée en trois espèces d’après des caractéristiques anatomo-microscopiques est maintenant classée en vingt espèces. Les difficultés que rencontre l’OMS (Organization Mondiale de la Santé) à éradiquer la malaria sont en partie dues à une classification impropre du sporozaoire - l’hématozoaire de la malaria - et les espoirs d’en trouver une solution reposent maintenant sur des études des puits de gènes. Dans l’embranchement des sarcodines, l’amibe qui est un organisme très motile diffère des deux autres genres - le radiolaire et le foraminifère - qui sont des organismes encoquillés - faisant partie du zooplancton et ayant quelques représentants sessiles. Les PROTISTES CHAMPIGNONS, ou gymnomycotes, sont des organismes hétérotrophes qui se nourrissent de la matière organique morte, tel qu’un tronc d’arbre déraciné, une branche morte tombée par terre, ou tout autre organisme mort. L’ humidité leur est favorable. Les gymnomycotes, vulgairement appelés moisissures gélatineuses à cause de leur apparence, forment deux classes: les myxomycètes et les acrasiomycètes. Le gymnomycote possède en général deux phases de vie, une phase végétative et une phase mobile ou active. Durant celle-ci, la colonie de myxomycètes forme un plasmodium, i.e., une masse unicellulaire portant plusieurs noyaux; la colonie d’acrasiomycètes est formée de plusieurs cellules amiboïdes, individualisées, formant un pseudoplasmodium et représente déjà un aspect de la pluri-cellularité. L’ÉpidémiologieDans son sens restreint, l’épidémiologie est l’étude de la propagation et de la transmission des maladie infectieuses dans les populations. Dans un sens plus large, l’épidémiologie est l’étude de la fréquence avec laquelle une maladie affecte une fraction importante de la population et des moyens de la contenir. Un organisme infectieux n’est pas une génération spontanée. Pour gu’il se propage à des individus d’un environnement donné, il lui faut avoir été présent quelque part dans cet environnement. Ces milieux où les organisme infectieux se multiplient sans bruit sont les réservoirs de ces organismes. Ces réservoirs peuvent être des animaux sauvages, mais il existe aussi des réservoirs d’animaux domestiques, des réservoirs humains et des réservoirs de germes libres dans divers environnements. &nbs p; Lorsque les réservoirs sont humains, les hommes qui portent ces germes sont appelés des porteurs (de germes). Comme réservoir, les hommes jouent un rôle important dans la propagation du SIDA, de la syphilis, de la gonorrhée, de la malaria, d’un grand nombre d’helminthiases (maladies causées par les vers), de la méningite épidémique, de la dyssenterie (grande diarrhée) amibienne et des infections streptococcigues (comme la pharyngite streptococcigue). &n bsp; Lorsgue ces réservoirs sont des animaux, l’épidémie est une zoonose. Parmi les principales zoonoses, on peut citer:
Pour étudier les maladies, l’épidémiologiste se sert, en grande partie, de l’outillage mathématique ou statistigue. L’incidence d’une maladie est la fréquence avec laquelle se propage celle-là au cours d’une période donnée, i.e., la fréquence des cas nouveaux. La prévalence est la proportion de la population touchée par la maladie -
&nbs p; Une maladie est une épidémie guand elle se manifeste brusquement dans une population avec une incidence (Fig.) plus élevée que normalement (i.e., quand elle se manifeste de façon explosive). Une maladie est dite une endémie quand sa prévalence est remarquable mais que son incidence reste faible ou constante pendant une longue période qui définit l’intervalle d’endémicité. En plus de tenir compte de la proportion de la population affectée, l’ épidémiologiste étudie également:
Quelques Notions d’ImmunologieL’immunologie est importante. Tout environnement terrestre fourmille de microbes - virus, bactéries, protistes - de toxines et d’autres substances chimiques qui peuvent causer des maladies potentiellement fatales aux organismes supérieurs - les plantes et les animaux - et mettre en danger des populations entières. Par exemple, il y a de cela à peine un siècle, le virus de la variole se répandit à travers le monde, décimant des villes entières. Ceux qui en ont survécu portaient des cicatrices indélibiles à leur face mais ne contractaient plus la variole, parce qu’ils en devenaient immuns. Ils obtinrent cette protection d’un système biologique, le système immunitaire, qui campe une "armée" impressionante d’à peu près un trillion (unité américaine) (109) de globules blancs, de 100 millions de trillions (1012) de molécules protéiniques spéciales, appelées anticorps que logent quelques organes et tissus - la rate, le thymus, l’appendice intestinal, les amygdales, les ganglions et vaisseaux lytnphatiques et les plaques intestinales de Peyer, le tout représentant le tissu lymphatique. Origine du Système Immunitaire Chez les mammifères, les cellules du système inmmunitaire prennent naissance dans la moëlle des os à partir d’une réserve sans cesse renouvelée de cellules souches embryonnaires (i.e., de cellules souches ayant apparu chez l’embryon) (d’où l’importance de la greffe osseuse chez les sujets immunodéficients) . Ces cellules souches, en plus de se diviser (pour maintenir et renouveler leur réserve) mûrissent, pour un certain nombre, donnant. trois catégories de descendants - les globules rouges (qui sont anucléés), les globules blancs polynucléés ou granulocytes, encore subdivisés en - éosinophiles, basophiles et neutrophiles - enfin, les globules blancs mononucléés que sont les lymphocytes - les grands et les petits - et les monocytes qui sont macrophages. Quelques uns de ces lymphocytes vont séjourner au thymus (un organe situé au niveau du cou) où ils mûrissent davantage, produisant, ensuite, les lymphocytes T (littéralement, lymphocytes thymiques). D’autres lymphocytes, en particulier ceux qui, chez les oiseaux, séjournent dans un organe appelé la bourse de Fabricius, n’y vont pas et sont, dès lors, appelés les lymphocytes B (lymphocytes de la bourse). Leur mode d’action est différent dans la défence de l’organisme. Mode d’Action du Système Immunitaire et, en général, du Système de Défense de l’Organisme D’une part, les lymphocytes T attaquent directement l’agresseur (virus, bactérie, toxine ou autre), en se transformant en cellules tueuses T ou lymphocytes cytotoxiques T. D’autre part, les lymphocytes B, transformés en cellules plasmatiques ou plasmocytes, attaquent indirectement celui-ci par l’intermédiaire de substances solubles dans le sang et très spécifiques - les anticorps ou immunoglobulines - qui sont sécrétées par eux, en réponse à la présence de certaines molécules de protéines ou de sucres - les antigènes5 ou, plus précisément, des déterminants antigéniques (Landsteiner) - qui entrent dans la composition de la surface de l’agent étranger et agresseur. &nb sp; Ainsi se créent deux types d’immunité - l’immunité cellulaire, due aux lymphocytes T, et l’immunité humorale, due aux lymphocytes B. De ceux-ci et de ceux-là, un certain nombre vont garder la mémoire de cette première bataille et de leurs agresseurs et deviendront des lympocytes mémoire T et B. Ces lymphocytes répondront plus rapidement à une nouvelle attaque du même agresseur. (Nous verrons leur importance dans la théorie de la sélection clonale). &nbs p; Enfin, pour compliquer les choses, ou plutôt pour faciliter la défense de l’organisme, un groupe de lymphocytes T, avertis par les macrophages, formant la première ligne de défense, deviennent des cellules-aides T qui stimulent les autres lymphocytes T à se transformer rapidement en cellules tueuses T. En voilà un exemple de formidable intégration et de coordination! D’autres cellules et d’autres substances qui participent à la réaction de défense de l’organisme sont, d’une part, les divers polynucléaires (sus cités) qui forment avec les macrophages la première ligne de défense, d’autre part, les interleukines et les lymphokines, ces substances humorales qui représentent des moyens de communication entre les globules blancs. Enfin, la barrière cutanée et la réaction inflammatoire sont d’autres moyens de défense de l’organisme contre l’agression extérieure. La Théorie de la Sélection Clonale Le système immunitaire fabrique des anticorps qui ont une action spécifique contre des millions d’antigènes aggresseurs. D’autre part, la réponse de ce système immunitaire est plus rapide si le même agresseur cause une agression subséquente. Comment expliquer donc la spécificité et la mémoire immunitaire? Au cours du développement du système immunitaire et indépendamment de (ou avant) toute stimulation antigénique, il se forme des millions d’exemplaires différents de lymphocytes B, appelés les lymphocytes naïfs B, produisant, chacun, un anticorps qui présente, quelqu’en soit le type - Ig.A, Ig.G ou Ig.M - une grande spécificité dans ses régions variables (ses extrémités réactives) À un moment ou à un autre de leur vie, un de ces lymphocytes naïfs peut être stimulé, par l’intermediaire de son anticorps qui aura fixé un antigène spécifique. Il se mettra, dès lors, à se multiplier et à produire, en série, le même type d’anticorps très spécifique dans ses régions variables et deviendra un lymphocyte B spécifique. C’est la réaction immunitaire (qui peut être d’ordre allergigue ou autre). Ainsi se forme un clone de lymphocytes, i.e., un groupe de cellules génétiquement et phénotypiquement identiques, provenant de la division mitotique d’un lymphocyte naïf. Quelques Notions d’EnzymologieLa vie est un phénomène dynamigue qui implique des changements a tous les niveaux de complexité des organismes vivants. Au niveau cellulaire gui est le niveau le plus simple d’un organisme vivant, des molécules organigues comme les graisses, les sucres, et les protéines sont synthétisées et utilisées, soit pour la production de l’énergie dont l’organisme a besoin pour fonctionnner, soit pour la formation ou le renouvellement de la �charpente� et de la �maçonnerie� cellulaire de l’organisme. Au niveau de l’organe, la feuille et le poumon sont les spécialistes des échanges gazeux entre l’organisme et son environnement. Au niveau de l’organisme, tous les organismes vivants naissent,grandissent, se reproduisent et meurent; les plus évolués se meuvent indépendamment de leur environnement. L’Enzyme À la base de tous ces changements qui surviennent dans l’univers biologique sont les réactions chimiques. Dans un système biologique, la réaction chimique est presque toujours accélérée par un catalyseur. Autrement, elle aurait été trop lente pour soutenir la plupart des processus vitaux. Ce précieux catalyseur des réactions chimigues gui se déroulent chez un organisme vivant est l’ENZYME. Celui-ci est une molécule de protéine ou d’acide ribonucléique à laquelle se fixent souvent des molécules non protéinigues - groupement prosthétique et coenzyme - agissant comme cocatalyseurs, i.e., facilitant l’action catalytique. Alors qu’un coenzyme est toujours une molécule organigue qui s’attache temporairement au complexe enzyme-substrat pour être ensuite recyclé, le groupement prosthétigue qui est attaché, fermement et souvent définitivement, à l’enzyme est souvent un ion métallique. Par exemple, la thiamine ou vitamine B1, par exemple, est un coenzyme de la pyruvate décarhoxylase dans le métabolisme des sucres, mais le fer est un groupement prosthétique du pigment respiratoire qu’est l’hémoglohine Notes Pour situer dans la théorie de l’évolution, la raison d’être de l’enzyme, faisons un rappel de physique (voyez aussi: Géologie & Cosmologie: Les Grands Ensembles; du Dr Roger Qualo). L’énergie, particularisée en physique moderne, est ce quantum (ou cette somme de quanta) universel qui peut être de nature diverse - photonique, électrigue, chimique, calorigue, mécanique, biologique, cosmique, voire même sociale - et de “configuration” diverse - cinétique ou potentielle. Les relations qui existent entre ces diverses formes de l’énergie sont décrites par la première loi de la thermodynamique qui est celle de la conservation de l’énergie. Dans tout système (dont la dimension peut varier de celle d’un atome à celle du cosmos), l’évolution de l’énergie est décrite par la deuxième loi de la thermodynamique qui est celle de la plus grande entropie (de l’évolution vers le plus grand désordre) Dès lors, une question clef se pose. Si tout système, y compris l’univers, obéissant à la loi universelle de la gravité, ne peut que tendre vers le plus grand désordre, après sa formation, comment peut-on expliquer, avec cette loi, en biologie, la formation de structures complexes et ordonnées, tel que les organismes vivants, à partir d’autres plus simples et moins organisées, tel qu’un assemblage de molécules éparpillées dans un environnement précambrien par exemple? (Maintenant que la théorie de l’Evolution a été en plusieurs instances confirmée, ceci est un fait connu!) L’explication qui a été fournie à cet énigme et à cette exception à la deuxième loi de la thermodynamique est que l’organisme vivant (le phénomène “vie”) représente un oasis d’ordre dans un univers de désordre et que ceci n’est possible qu’avec une grande dépense d’énergie, de nature chimique; une telle dépense contribue, en fin de compte, à accroître l’entropie totale du système. Voilà pourquoi l’organisme vivant meurt après avoir été formé et avoir connu une existence, et que son corps se désintègre après sa mort. Sur terre, dans les écosystèmes terrestres, la source d’une telle énergie est ultimement le soleil. La fonction de l’enzyme et de tout catalyseur est donc de faciliter la création de ces ilôts d’ordre en accélérant la vitesse de la réaction chimique, en rendant plus vite ces transformations vers de petits systèmes ordonnés. Comment s’y prend- il? Mécanisme d’Action de l’Enzyme L’enzyme facilite le transfert de l’énergie d’une forme à une autre en se fixant par son site actif au substrat (la molécule à transformer et à utiliser) et en facilitant la formation d’un produit à partir de celui-ci. Cependant, ce faisant, l’enzyme ne modifie pas l’équilibre de la réaction, i.e., la quantité de substrat qui naturellement (sans cette action catalytique) se serait transformée en une certaine quantité de produit (ou vice versa). Pour accomplir son action, l’enzyme abaisse l’énergie d’activation que certaines réactions ont besoin d’accumuler pour déraper et, dès lors, du même coup accélère leur vitesse de réaction. Régulation de l’Actívité Enzymatique L’action enzymatique est formidable et peut causer des problèmes si elle n’est pas contrôlée par l’organisme ou le système qui en fait usage. La régulation de l’activité enzymatique se fait par l’inhibition de son site actif. Il en existe deux modes: l’inhibition compétitive par une molécule qui, en se fixant à ce site, en bloque l’accès et l’inhibition non compétitive ou allostérique par une molécule qui, se fixant à un autre site de l’enzyme que son site actif, a une action négative sur celui-ci. La Constante de Michael-Menten La vitesse de réaction peut être connue pour une réaction chimique par l’équation établie par Michaelis-Menten:
Km est indéterminé aux deux extrêmes, i.e., à de très faibles et à de très fortes concentrations. Cependant, en faisant varier la concentration du substrat on peut connaître Km qui exprime mieux la vitesse de réaction pour un substrat donné que V (qui, elle, augmente avec la concentration initiale du substrat) et Vmax (qui ne traduit pas la vitesse moyenne de la réaction pour un substrat, ou un complexe enzyme-substrat (E-Z) donné, quand la concentration de ce substrat varie). Vmax est donc constante et indépendante de la concentration mais V varie en fonction de la concentration initiale du substrat et peut être égale à Vmax, quand la concentration du substrat est élevée. Quand V est égale à 1/2 Vmax (qui peut être connue en enregistrant les temps de transformation quand on fait varierla concentration de S), alors la valeur de Km est donnée par la concentration du substrat et peut être connue (ou déterminée), (si on a pris le soin d’enregistrer les variations de la concentration du substrat[S]). Les Vitamines Les vitamines sont des coenzymes, i.e, des substances qui assistent les enzymes dans leur action métabolique. Quand l’action de la vitamine requiert la présence d’un coenzyme, l’ensemble formé par les deux constitue l’holoenzyme, formé alors de 1�apoenzyme e t du coenzytne. Les vitamines du groupe B représentent un important groupe de l’eau de cuisson de ces alimenst est jettée. Les vitamines A et D sont liposolubles et jouent un rôle important dans le métabolisme des graisses et, avec le vitamine C, hydrosoluble, elles interviennent dans le métabolisme des protéines. La vitamine D est importante au métabolisme d’un ion, le calcium. Enfin, les vitamines sont comme les autres nutriments - sucres, graisses, protéines, éléments minéraux - très importantes au bon fonctionnememt de notre organisme. --------------------------------- 1Cf., Grands Ensembles: Appendix: c. 2En fait, la théorie de l’évolution des êtres vivants, parce qu’elle a été prouvée vraie a débouché sur une théorie plus ample et plus générale, celle de l’évolution de l’univers à laquelle toute autre théorie et toute autre loi deviendrait subordonnée.Cf., Grands Ensembles: Appendix: m. 3Les chloroxybacteries ressemblent tant aux algues unicellulaires qu’elles pourraient etre considerees, du point de vue evolutif, comme les precurseurs (mais non directement des parents) des vegetaux qui sont des eucaryotes (ce qui tendrait a infirmer l’hypothese de Lyn Margullis4 qui est celle de la symbiose d’un organisme procaryotique et d’un organisme qui aurait ete l’ancetre de la mitochondrie) et donc de l’apparition brusque de l’eucaryote. 4L’hypothèse de Lyn Margulis est une hypothèse rationellement (non expérimentalement) fondée, mais de plus en plus appuyée par les observations courantes, qui fournit une explication raisonable à l’évolution des eucaryotes, surtout en ce qui concerne le fait que l’ADN de ces organelles des eucaryotes que sont la mitochondrie et le chloroplaste est diffèrent de l’ADN du noyau de la cellule et s’en réplique indepemdamment. |