Les êtres vivants sont les «systèmes de matière» les plus organisés, structurés et adaptés qui puissent exister. On a d’ailleurs utilisé le terme organismes vivants pour cette raison. On étudie les êtres vivants à tous les niveaux possibles, dans tous leurs recoins. On ne compte d’ailleurs plus la multitude des domaines en biologie : biochimie, biophysique, génétique, éthologie, évolution, pour ne nommer que les domaines qui me sont un peu plus familiers. Chacun d’eux a la particularité d’étudier les organismes vivants à un niveau d’organisation particulier.

Les neurosciences représentent peut-être un champ à part puisqu’il regroupe sous une même appellation un ensemble de domaines qui s’adressent à la compréhension du cerveau/système nerveux à  plusieurs niveaux. Néanmoins, le psychologue, le neurologue, l’électrophysiologiste, le physiologiste cellulaire, le biophysicien et le biologiste moléculaire ont souvent beaucoup de difficulté à relier leurs travaux et leurs intérêts tant ils étudient la chose neuronale à des ordres de grandeur distincts. Le psychologue, qui s’intéresse aux conséquences sur le comportement social des habitudes des cocaïnomanes, semble regarder le monde avec un télescope comparativement à l’électrophysiologiste et au physiologiste cellulaire, qui cherchent à comprendre l’effet de la cocaïne sur certains neurones. Quand à lui, le biologiste moléculaire, qui étudie les interactions entre la cocaïne et son récepteur, semble utilisé le plus fin des microscopes. Pourtant, tout ce petit monde étudie les effets de la cocaïne. Tout est une question d’échelle !

Même les mots changent de sens selon l’échelle du monde que l’on utilise. Une cellule est bien différente à l’échelle des hommes (une prison) qu’à échelle microscopique (unité fonctionnelle du vivant) ou dans la bouche d’un physicien qui s’intéresse aux phénomènes électriques (un pôle d’une pile). Pourtant, toutes réfèrent à un espace plus ou moins clos. Il y a des différences majeures d’un niveau à l’autre, mais certains grands principes semblent universels et s’appliquent à divers niveaux. C’est comme ces formes fractales que l’on retrouve à divers niveaux, jamais identiques, mais drôlement semblables. Mon préféré, c’est l’ensemble de Mandelbrot. Un peu partout, à diverses échelles, on peut retrouver ce «drôle-de-bonhomme-de-neige-branchu». Variations sur un même thème à divers niveaux de grossissement.

Quand est-il des échelles du monde vivant ? On nomme ces échelons «niveaux d’organisation». A chaque niveau d’organisation biologique, de nouvelles propriétés, qui n’existaient pas au niveau inférieur, apparaissent. A un niveau donné, les propriétés nouvellement acquises à ce niveau sont ensuite utilisées comme «briques» pour le niveau supérieur. On nomme émergence l’apparition de nouvelles propriétés résultant des interactions des composantes. Par exemple, le coeur peut pomper le sang, alors que le tissu cardiaque ne peut que se contracter de façon rythmique. L’animal utilise le pompage du sang par le cœur pour l’acheminer dans tout son organisme pour oxygéner et nourrir l’ensemble afin d’agir dans son environnement.

«L’ensemble est plus que la somme de ses composantes ».

1- Atome : chaque atome d’élément est formé d’un noyau atomique composé de protons et de neutrons, autour duquel gravite les électrons. On connaît 103 éléments dont plusieurs font partie du vivant : carbone, hydrogène, oxygène, azote, soufre, sodium, potassium, chlore, calcium…

     2- Molécule simple : les molécules simples sont des ensembles d’atomes retenus entre eux par des liaisons chimiques. Il y a des millions de ces composés chimiques et un grand nombre d’entre eux entrent dans la composition du vivant. Par exemple, il y a les sucres dont le glucose, 21 acides aminés, les acides nucléiques, les acides gras dont le fameux oméga-3, les vitamines, le cholestérol…

3- Molécule complexe : les molécules complexes sont formées de molécules simples liées par des liens chimiques. Par exemple, l’ADN et l’ARN sont constitués d’acides nucléiques, les protéines sont formées d’acides aminés, les sucres complexes sont formés de glucose et les lipides sont formés entre autres d’acides gras. Les molécules complexes ont des rôles majeurs. L’ADN code le plan de l’architecture du vivant : le génome contenant 30 000 gènes chez l’humain). Chaque protéine est codée par un gène sur l’ADN. Les protéines sont de deux types : de structure (participent au squelette de la cellule) et  les enzymes. Une enzyme catalyse (accélère) une réaction chimique en particulier. Les lipides stockent l’énergie et dû à leur solubilité particulière, forment les membranes (les murs) des cellules avec le cholestérol.

     4- «Aggrégat» : les molécules complexes interagissent entre elles par des liaisons faibles et réversibles. Elles forment ainsi diverses structures assez malléables qui forment la charpente, les parois et des structures spécialisées des cellules. Chaque «aggrégat» est structuré de façon à tenir rapprochées plusieurs molécules complexes agissant dans une même série de réactions chimiques interreliées (une cascade enzymatique). On peut nommer divers segments spécialisés des membranes cellulaires, les chromosomes, le cytosquelette et des ensembles fonctionnels de protéines.

5- Organelle : les organelles sont les constituants des cellules : ce sont leurs organes. Elles sont formées de plusieurs «aggrégats» spécialisés bien organisés qui contiennent des molécules simples et complexes. Chaque organelle est structurée de façon à tenir dans un même compartiment ou dans des compartiments juxtaposés plusieurs aggrégats agissant dans une même voie métabolique. Une voie métabolique compile plusieurs cascades enzymatiques reliées entre elles de façon séquentielle. Par exemple, la respiration cellulaire se fait en trois étapes : la glycolyse (dégradation du glucose en acétyl lié au coenzyme A), le cycle de Krebs et la chaîne de la respiration oxydative. Les mitochondries responsables de la respiration cellulaire contiennent le transporteur pour le acétyl-CoA, en leur centre, toutes les enzymes nécessaires aux réactions chimiques du cycle de Krebs et dans leurs membranes les protéines responsables de la respiration oxydative. Autre exemple, la membrane cellulaire des neurones contient tous les récepteurs sensibles au neurotransmetteur, les canaux ioniques nécessaires à la propagation de l’influx nerveux et plusieurs enzymes permettant la sécrétion de neurotransmetteurs.

     6- Cellule : unité fondamentale du vivant. Tous les niveaux inférieurs quoique nécessaires à la vie ne sont pas vivants. Une cellule vit : elle croit, elle se nourrit, a un métabolisme, se reproduit, naît et meurt. Bref, toutes les mêmes activités fondamentales que nous faisons. Un grand nombre d’espèces vivantes n’ont qu’une cellule (unicellulaire), cependant d’autres espèces sont des ensembles multicellulaires où les cellules sont spécialisées pour mieux accomplir une fonction particulière et laisser à d’autres le soin d’accomplir les autres tâches.