Biologie
Pierre L. Masson et Charles Van Hove
Raven, Johnson, Mason, Losos, Duncan
De Boeck Supérieur
Recherche de l'excellence
xiii
Préparation des étudiants pour l'avenir
xvii
Partie I La base moléculaire de la vie
1 La biologie, une science
1
1.1 La science de la vie2
1.2 La nature de la science4
1.3 Darwin et l'évolution : un exemple de recherche scientifique8
1.4 Concepts de base en biologie12
2 Nature des molécules et propriétés de l'eau
18
2.1 Nature des atomes19
2.2 Éléments présents dans les systèmes vivants23
2.3 La nature des liaisons chimiques24
2.4 L'eau, un composé vital26
2.5 Propriétés de l'eau29
2.6 Acides et bases30
3 Les matériaux de construction de la matière vivante
35
3.1 Le carbone, charpente des biomolécules36
3.2 Les glucides, matériaux de structure et molécules de stockage d'énergie40
3.3 Les acides nucléiques, molécules de l'information43
3.4 Les protéines, molécules aux structures et fonctions variées46
3.5 Les lipides, molécules hydrophobes56
Partie II Biologie cellulaire
4 Structure de la cellule
62
4.1 La théorie cellulaire63
4.2 Les cellules procaryotes66
4.3 Les cellules eucaryotes68
4.4 Le système membranaire interne72
4.5 Les mitochondries et les chloroplastes, centrales énergétiques des cellules76
4.6 Le cytosquelette78
4.7 Les structures extracellulaires et déplacements des cellules82
4.8 Les interactions cellulaires85
5 Les membranes
92
5.1 La structure des membranes93
5.2 Les phospholipides, base des membranes96
5.3 Les protéines, composants aux fonctions multiples98
5.4 Transport passif à travers les membranes100
5.5 Transport actif à travers la membrane104
5.6 Transport en vrac par endocytose et exocytose106
6 Énergie et métabolisme
112
6.1 Le flux d'énergie dans les systèmes vivants113
6.2 Les lois de la thermodynamique et l'énergie fibre114
6.3 L'ATP, unité d'échange d'énergie de la cellule117
6.4 Les enzymes, catalyseurs biologiques118
6.5 Le métabolisme, description chimique du fonctionnement cellulaire122
7 Capture d'énergie par les cellules
127
7.1 Aperçu général de la respiration128
7.2 Glycolyse : la scission du glucose132
7.3 L'oxydation du pyruvate produit de l'acétyl-CoA135
7.4 Le cycle de l'acide citrique ou cycle de Krebs136
7.5 Chaîne de transport d'électrons et chimiosmose139
7.6 Rendement énergétique de la respiration aérobie142
7.7 Régulation de la respiration aérobie143
7.8 L'oxydation sans O2144
7.9 Le catabolisme des protéines et des lipides146
7.10 L'évolution du métabolisme148
8 Photosynthèse
153
8.1 Aperçu général de la photosynthèse i54
8.2 Découverte du mécanisme de la photosynthèse155
8.3 Les pigments157
8.4 L'organisation des photosystèmes160
8.5 Les réactions claires162
8.6 La fixation du carbone : le cycle de Calvin166
8.7 La photorespiration169
9 Communication cellulaire
175
9.1 Aperçu des communications cellulaires176
9.2 Types de récepteurs179
9.3 Récepteurs intracellulaires180
9.4 Transduction de signal par récepteurs kinases182
9.5 Transduction de signal par récepteur couplé à une protéine G186
10 Comment se divisent les cellules
194
10.1 Division des cellules bactériennes195
10.2 Les chromosomes eucaryotes197
10.3 Aperçu du cycle cellulaire des eucaryotes200
10.4 L'interphase : préparation de la mitose201
10.5 La phase M : ségrégation des chromosomes et division du contenu de la cellule202
10.6 Contrôle du cycle cellulaire206
10.7 Génétique du cancer211
Partie III Biologie génétique et moléculaire
11 Reproduction sexuée et méiose
216
11.1 La méiose est indispensable à la reproduction sexuée217
11.2 Caractéristiques de la méiose218
11.3 Mécanisme de la méiose219
11.4 En résumé : méiose et mitose224
12 L'hérédité
230
12.1 Le mystère de l'hérédité231
12.2 Les croisements monohybrides : le principe de ségrégation233
12.3 Les croisements dihybrides : le principe de la ségrégation indépendante236
12.4 Les probabilités : prédiction des résultats des croisements240
12.5 Le croisement test : mise en évidence de génotypes inconnus238
12.6 Au-delà de Mendel239
13 Les chromosomes, les cartes génétiques et les relations entre méiose et hérédité
248
13.1 Liaison au sexe et théorie chromosomique de l'hérédité249
13.2 Exceptions à l'hérédité mendélienne251
13.3 Cartographie génétique253
13.4 Génétique humaine256
13.5 Cartographie génétique humaine et études d'association262
14 L'ADN : matériel génétique
268
14.1 Nature du matériel génétique269
14.2 Structure de l'ADN271
14.3 Caractéristiques générales de la réplication de l'ADN275
14.4 La réplication chez les procaryotes278
14.5 La réplication chez les eucaryotes283
14.6 Réparation de l'ADN285
15 Les gènes et leur fonctionnement
290
15.1 Nature des gènes291
15.2 Code génétique294
15.3 Transcription chez les procaryotes297
15.4 Transcription chez les eucaryotes299
15.5 Épissage du pré-ARNm eucaryotique301
15.6 La structure de l'ARNt et des ribosomes303
15.7 Le processus de traduction306
15.8 Expression génique en résumé310
15.9 Mutations : des gènes modifiés311
16 Contrôle de l'expression génique
318
16.1 Contrôle de l'expression génique319
16.2 Les protéines de régulation320
16.3 Régulation procaryote322
16.4 Régulation eucaryote326
16.5 Structure de la chromatine et expression génique329
16.6 Contrôle post-transcriptionnel des eucaryotes331
16.7 Dégradation des protéines335
17 La biotechnologie
341
17.1 L'ADN recombinant342
17.2 Amplification de l'ADN par la réaction en chaîne de la polymérase346
17.3 .Création, correction et analyse de la variation génétique349
17.4 Construction et utilisation d'organismes transgéniques351
17.5 Applications environnementales355
17.6 Applications médicales357
17.7 Applications à l'agriculture361
18 La génomique
368
18.1 Cartographie génomique369
18.2 Séquençage des génomes372
18.3 Projets génomiques375
18.4 Annotation des génomes et banques de données377
18.5 Génomique comparative et fonctionnelle380
18.6 Applications de la génomique385
19 Mécanismes cellulaires du développement
390
19.1 Mécanismes cellulaires du développement391
19.2 Division cellulaire391
19.3 Différenciation cellulaire393
19.4 Reprogrammation nucléaire398
19.5 Formation du plan de l'organisme402
19.6 Evolution du plan de l'organisme407
19.7 Morphogenèse410
Partie IV Évolution
20 Génétique des populations
416
20.1 Variation génétique et évolution417
20.2 Changements dans la fréquence des allèles418
20.3 Cinq facteurs de changement évolutif420
20.4 Quantifier la sélection naturelle425
20.5 Stratégies de reproduction426
20.6 Rôle de la sélection naturelle dans le maintien de la diversité430
20.7 Sélection agissant sur des caractères qui dépendent de gènes multiples432
20.8 Études expérimentales de la sélection naturelle434
20.9 Interactions entre forces évolutives436
20.10 Limites de la sélection437
21 Données probantes en faveur de l'évolution
443
21.1 Le bec des pinsons de Darwin (géospizes) : une illustration de la sélection naturelle444
21.2 La phalène du bouleau et le mélanisme industriel : la sélection naturelle à l'oeuvre446
21.3 La sélection artificielle : un changement d'origine humaine448
21.4 Données fournies par les fossiles en faveur de l'évolution450
21.5 Données anatomiques en faveur de l'évolution454
21.6 Evolution convergente et données biogéographiques456
21.7 Critiques adressées au darwinisme458
22 L'origine des espèces
463
22.1 La nature des espèces et le concept biologique d'espèce464
22.2 Sélection naturelle et isolement reproductif468
22.3 Le rôle de la dérive génétique et de la sélection naturelle dans la spéciation470
22.4 La géographie de la spéciation471
22.5 Radiation adaptative et diversité biologique473
22.6 Le rythme de l'évolution478
22.7 Spéciation et extinction au fil du temps479
23 Systématique, phylogénie et biologie comparative
484
23.1 Systématique485
23.2 Cladistique486
23.3 Systématique et classification490
23.4 Phylogénétique et biologie comparative493
23.5 Phylogénétique et évolution des maladies499
24 L'évolution des génomes
505
24.1 Génomique comparative506
24.2 Taille des génomes509
24.3 Évolution à l'intérieur des génomes513
24.4 Fonction et modes d'expression des gènes516
24.5 Applications de la génomique comparative517
Partie V Diversité de la vie terrestre
25 Origine et diversité de la vie
524
25.1 Les temps anciens526
25.2 Origine de la vie526
25.3 Preuve d'une vie primitive529
25.4 Modifications de la Terre531
25.5 Modifications constantes de la vie sur Terre532
26 Les virus
539
26.1 Nature des virus540
26.2 Diversité des virus544
26.3 Les bactériophages : des virus bactériens546
26.4 Les maladies virales de l'homme547
26.5 Prions et viroïdes : particules infectieuses plus petites que les virus555
27 Les procaryotes
560
27.1 Diversité des procaryotes561
27.2 Structure des cellules de procaryotes565
27.3 Génétique des procaryotes569
27.4 Diversité métabolique des procaryotes574
27.5 Ecologie microbienne576
27.6 Maladies bactériennes chez les humains578
28 Les protistes
586
28.1 Origines des eucaryotes et endosymbiose587
28.2 Généralités sur les protistes589
28.3 Caractéristiques des excavates591
28.4 Caractéristiques du groupe SAR : straménopiles594
28.5 Caractéristiques du groupe SAR : alvéolés596
28.6 Caractéristiques du groupe SAR : rhizariens600
28.7 Caractéristiques des archéoplastidiés601
28.8 Caractéristiques des amibozoaires604
28.9 Caractéristiques des opisthocontes606
29 Les plantes aspermes
610
29.1 Origine des plantes terrestres611
29.2 Les bryophytes : prédominance du gamétophyte613
29.3 Les trachéophytes : prédominance du sporophyte615
29.4 Les lycophytes : branche latérale de la lignée principale des plantes vasculaires618
29.5 Les monilophytes : fougères et plantes apparentées619
30 Les spermatophytes
625
30.1 Évolution des spermatophytes626
30.2 Les gymnospermes : plantes à « graines nues »626
30.3 Les angiospermes : les plantes à fleurs630
30.4 Les graines636
30.5 Les fruits637
31 Les champignons
643
31.1 Classification des champignons644
31.2 Forme, nutrition et reproduction des champignons645
31.3 Écologie des champignons648
31.4 Champignons parasites et pathogènes652
31.5 Les basidiomycètes : champignons produisant des basides654
31.6 Les ascomycètes : champignons produisant des asques656
31.7 Les gloméromycètes : symbiontes asexués des plantes658
31.8 Les zygomycètes : champignons produisant des zygotes658
31.9 Les chytridiomycètes et apparentés : des champignons produisant des zoospores660
31.10 Les microsporidies : parasites unicellulaires661
32 La diversité animale et l'évolution des plans corporels
666
32.1 Quelques caractéristiques générales des animaux667
32.2 Évolution du plan d'organisation des animaux668
32.3 Phylogénie animale672
32.4 Parazoaires : des animaux dépourvus de tissus spécialisés676
32.5 Eumétazoaires : des animaux pourvus de vrais tissus679
32.6 Bilatériens684
33 Protostomiens
688
33.1 Clades des protostomiens689
33.2 Vers plats (plathelminthes)690
33.3 Rotifères (Rotifera)693
33.4 Mollusques (Mollusca)694
33.5 Annélides (Annelida)700
33.6 Vers rubanés (Nemertea)703
33.7 Bryozoaires (Bryozoa) et brachiopodes (Brachiopoda)704
33.8 Vers ronds (Nematoda)706
33.9 Arthropodes (Arthropoda)708
34 Deutérostomiens
721
34.1 Échinodermes722
34.2 Chordés724
34.3 Chordés non vertébrés726
34.4 Chordés vertébrés727
34.5 Poissons729
34.6 Amphibiens734
34.7 Reptiles738
34.8 Oiseaux743
34.9 Mammifères747
34.10 Évolution des primates752
Partie VI Morphologie et physiologie des plantes
35 Morphologie des plantes
762
35.1 Organisation générale de la plante : vue d'ensemble763
35.2 Les tissus de la plante766
35.3 Les racines, structure d'ancrage et d'absorption772
35.4 Les tiges, supports des organes aériens776
35.5 Les feuilles, sièges de la photosynthèse781
36 Transport dans les plantes
788
36.1 Les mécanismes du transport789
36.2 Absorption d'eau et de minéraux792
36.3 Le transport par le xylème795
36.4 L'intensité de la transpiration797
36.5 Les réponses au stress hydrique799
36.6 Le transport par le phloème801
37 Nutrition des plantes et sol
807
37.1 Le sol, substrat dont dépend la plante808
37.2 Les nutriments des plantes811
37.3 Stratégies nutritionnelles particulières813
37.4 Équilibre carbone-azote et changement global816
37.5 Phytoremédiation819
38 Réponses défensives des plantes
825
38.1 Protections physiques826
38.2 Protections chimiques828
38.3 Animaux protecteurs de plantes831
38.4 Réponses systémiques aux prédateurs832
39 Les systèmes sensoriels des plantes
838
39.1 Les réponses à la lumière839
39.2 Les réponses à la gravité843
39.3 Les réponses aux stimulus mécaniques845
39.4 Les réponses à l'eau et à la température847
39.5 Les hormones et les systèmes sensoriels849
40 La reproduction des plantes
866
40.1 Développement reproducteur867
40.2 Formation des fleurs869
40.3 Structure et évolution des fleurs874
40.4 Pollinisation et fécondation877
40.5 Le développement embryonnaire882
40.6 La germination888
40.7 Reproduction asexuée891
40.8 Longévité des plantes893
Partie VII Morphologie et physiologie des animaux
41 Le corps animal et les principes de régulation
899
41.1 Organisation du corps des animaux900
41.2 Tissu épithélial901
41.3 Tissu conjonctif904
41.4 Tissu musculaire907
41.5 Tissu nerveux908
41.6 Vue d'ensemble des systèmes d'organes des vertébrés909
41.7 Homéostasie912
41.8 Régulation de la température corporelle914
42 Système nerveux
923
42.1 Organisation du système nerveux924
42.2 Le mécanisme de transmission de l'impulsion nerveuse927
42.3 Synapses : où les neurones communiquent avec d'autres cellules932
42.4 Le système nerveux central : cerveau et moelle spinale938
42.5 Le système nerveux périphérique : nerfs spinaux et crâniens945
43 Systèmes sensoriels
953
43.1 Vue d'ensemble des récepteurs sensoriels954
43.2 Toucher, pression et position du corps955
43.3 Audition, vibrations et équilibre957
43.4 Goût, odorat et pH963
43.5 Température, douleur, courants électriques et champs magnétiques965
43.6 Vision967
43.7 Évolution et développement des yeux973
44 Le système endocrinien
979
44.1 Régulation des processus physiologiques par des agents chimiques980
44.2 Vue d'ensemble des actions hormonales985
44.3 L'hypophyse et l'hypothalamus : centres de contrôle de l'organisme988
44.4 Les principales glandes endocrines périphériques993
44.5 Les autres hormones et leurs effets997
45 Système musculosquelettique
1003
45.1 Types de système squelettique1004
45.2 L'os vu de plus près1006
45.3 Articulations1009
45.4 Contraction musculaire1010
45.5 Évolution du squelette des vertébrés et modes de locomotion animale1017
46 Le système digestif
1023
46.1 Types de système digestif1024
46.2 La bouche et les dents : capture et transformation en vrac des aliments1026
46.3 L'oesophage et l'estomac : le début de la digestion1027
46.4 Les intestins : digestion, absorption, élimination1029
46.5 Fonction des organes accessoires1032
46.6 Régulation neurale et hormonale du tractus digestif1034
46.7 Énergie de la nourriture, dépenses énergétiques et nutriments essentiels1035
46.8 Diversité des systèmes digestifs des vertébrés1039
47 Système respiratoire
1044
47.1 Les échanges gazeux à travers les surfaces respiratoires1045
47.2 Branchies, respiration cutanée et système trachéen1046
47.3 Poumons1049
47.4 Structures, mécanismes et contrôle de la ventilation chez les mammifères1052
47.5 Transport gazeux dans les fluides corporels1056
48 Système circulatoire
1063
48.1 Systèmes circulatoires des invertébrés1064
48.2 Composants du sang des vertébrés1065
48.3 Systèmes circulatoires des vertébrés1068
48.4 Cycle cardiaque, conduction électrique, ECG et débit cardiaque1071
48.5 Pression sanguine et vaisseaux sanguins1075
49 Régulation osmotique et système urinaire
1085
49.1 Osmolarité et équilibre osmotique1086
49.2 Déchets azotés : ammoniac, urée et acide urique1087
49.3 Organes osmorégulateurs1088
49.4 Évolution du rein des vertébrés1090
49.5 Rein mammalien1093
49.6 Contrôle hormonal des fonctions osmorégulatrices1197
50 Le système immunitaire
1103
50.1 Immunité innée1104
50.2 Immunité adaptative1109
50.3 Immunité cellulaire1114
50.4 Immunité humorale et production des anticorps1117
50.5 Auto-immunité et hypersensibilité1123
50.6 Utilisation des anticorps à des fins thérapéutiques et diagnostiques1125
50.7 Des pathogènes qui échappent au système - immunitaire,1127
51 Système reproducteur
1133
51.1 Stratégies de reproduction chez les animaux1134
51.2 Fécondation et développement chez les vertébrés1136
51.3 Structure et- fonction du système reproducteur de l'homme1140
51.4 Structure et fonction du système reproducteur de la femme1144
51.5 Contraception et traitements de l'infertilité1148
52 Développement animal
1155
52.1 Fécondation1156
52.2 Clivage et formation de la blastula1160
52.3 .Gastrulation1162
52.4 Organogenèse1166
52.5 Formation des axes et structures chez les vertébrés1171
52.6 Développement humain1178
Partie VIII Écologie et comportement
53 Biologie comportementale
1185
53.1 Histoire naturelle du comportement1186
53.2 Cellules nerveuses, neuromédiateurs, hormones et comportement1187
53.3 Génétique du comportement1188
53.4 Apprentissage1190
53.5 Développement du comportement1191
53.6 Cognition animale1194
53.7 Orientation et comportement migratoire1195
53.8 Communication animale1197
53.9 Comportement et évolution1200
53.10 Écologie du comportement1201
53.11 Stratégies de la reproduction1204
53.12 Altruisme1206
53.13 Évolution de la vie en groupe et des sociétés animales1210
54 Écologie des individus et des populations
1215
54.1 Les défis environnementaux1216
54.2 Les populations : groupes d'individus d'une même espèce vivant au même endroit1218
54.3 Démographie et dynamique des populations1222
54.4 Cycle vital et coût de la reproduction1224
54.5 Les limites environnementales à là croissance des populations1227
54.6 Facteurs de régulation des populations1229
54.7 Croissance des populations humaines1232
54.8 Pandémies et santé humaine1236
55 Écologie des communautés
1241
55.1 Les communautés biologiques : des espèces vivant ensemble1242
55.2 La notion de niche écologique1243
55.3 Les rapports entre prédateurs et proies1248
55.4 Les nombreux types d'interactions entre les espèces1252
55.5 Succession écologique, perturbation et richesse spécifique1258
56 Dynamique des écosystèmes
1264
56.1 Les cycles biogéochimiques1265
56.2 Le flux d'énergie dans les écosystèmes1271
56.3 Interactions entre les niveaux trophiques1276
56.4 Biodiversité et stabilité des écosystèmes1280
56.5 Biogéographie insulaire1283
57 La biosphère et l'impact humain
1288
57.1 Influence du Soleil, du vent et de l'eau sur les écosystèmes1289
57.2 Les biomes terrestres1293
57.3 Les habitats d'eau douce1296
57.4 Les habitats marins1299
57.5 Impacts humains sur la biosphère : pollution et épuisement des ressources1303
57.6 Impacts humains sur la biosphère : le changement climatique1309
58 Biologie de la conservation
1317
58.1 Généralités sur la crise de la biodiversité1318
58.2 Valeur de la biodiversité1322
58.3 Facteurs responsables des extinctions1325
58.4 Perspective évolutive sur la crise de la biodiversité1335
58.5 Comment préserver les espèces et les écosystèmes menacés1338
Glossaire G-1
Crédits photographiques C-1
Index I-1
Annexe en ligne