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Morphogénèse : l'origine des formes

Livre

Résumé

Quels sont les liens entre la forme d'un système de villes et celle d'un banc de poissons ? Quels événements doivent se produire dans une cellule pour qu'elle participe à la formation d'un des doigts de la main ? Ce livre pose la question fondamentale des principes universels à l'origine des formes dans les systèmes physiques et dans le vivant.


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  • Éditeur(s)
  • Date
    • DL 2006
  • Notes
    • Notes bibliogr.
  • Langues
    • Français
  • Description matérielle
    • 1 vol. (352 p.-VIII p. de pl.) : ill. en noir et en coul., couv. ill. en coul. ; 24 cm
  • Collections
  • Sujet(s)
  • ISBN
    • 2-7011-4471-X
  • Indice
    • 576.8 Embryologie générale. Biologie du développement
  • Quatrième de couverture
    • Quels sont les liens entre la forme d'un système de villes et celle d'un banc de poissons? Quels événements doivent se produire dans une cellule pour qu'elle participe à la formation d'un des doigts de la main? Comment interpréter la forme des dunes barchanes?

      Accessible pour l'essentiel au non-spécialiste, ce livre inédit pose la question fondamentale de l'émergence des formes dans les systèmes physiques et dans le vivant. S'appuyant sur les travaux fondateurs de d'Arcy Thompson, Alan Turing et René Thom, il met en regard des exemples emblématiques comme la croissance du tournesol, l'auto-organisation intracellulaire, l'évolution des formes vivantes ou les surprenants motifs créés par les cristaux liquides. Un ouvrage indispensable pour enfin comprendre les principes universels à l'origine des formes qui nous entourent et nous émerveillent, mais aussi pour éviter le cas échéant les analogies trompeuses.


  • Tables des matières
      • Morphogenèse

      • L'origine des formes

      • Sous la direction de Paul Bourgine et Annick Lesne

      • Belin

      • Les auteurs
        3
      • Chapitre 1 Introduction 13
      • Annick Lesne et Paul Bourgine
      • 1.1 Les questions fondamentales13
      • 1.1.1 La notion de forme13
      • 1.1.2 Quelques pistes pour parcourir le monde des formes14
      • 1.1.3 Les formes et leur cause15
      • 1.1.4 Modéliser la morphogenèse15
      • 1.2 Morphogenèse16
      • 1.2.1 Mécanismes générateurs de formes16
      • 1.2.2 Formes à l'équilibre, hors d'équilibre, ou loin de l'équilibre17
      • 1.2.3 Irréversibilité17
      • 1.2.4 Auto-assemblage et auto-organisation17
      • 1.3 Instabilités, transitions de phase et brisures de symétrie18
      • 1.3.1 Transitions de phase, bifurcations et instabilités18
      • 1.3.2 Brisures de symétrie19
      • 1.3.3 Ordre local19
      • 1.3.4 Émergence20
      • 1.3.5 Formes fractales20
      • 1.4 Formes inanimées et formes vivantes21
      • 1.4.1 Quelques questions22
      • 1.4.2 La question de la spécificité des formes vivantes22
      • 1.4.3 Formes fonctionnelles23
      • 1.4.4 Programme génétique, auto-organisation et épigénomique24
      • 1.4.5 Robustesse et variabilité des formes vivantes24
      • 1.5 Panorama de l'ouvrage25
      • Bibliographie
        26
      • Chapitre 2 Auto-organisation à l'équilibre. Le ferrofluide: un système modèle 27
      • Jean-Claude Bacri et Florence Elias
      • 2.1 Introduction: situation par rapport aux autres chapitres27
      • 2.2 Généralités: systèmes physiques auto-organisés à l'équilibre28
      • 2.2.1 Exemples de systèmes physiques auto-organisés28
      • 2.2.2 L'origine de l'ordre31
      • 2.2.3 Le nombre de Bond33
      • 2.2.4 La taille des domaines et le choix du motif34
      • 2.2.5 Résumé34
      • 2.3 Morphologies dans les ferrofluides34
      • 2.3.1 Le ferrofluide: un système modèle pour l'étude des structures34
      • 2.3.2 Bandes et bulles, mousses et anneaux dans les ferrofluides38
      • 2.3.3 Influence de l'histoire: conditions initiales et conditions de formation40
      • 2.3.4 À l'origine des motifs: les instabilités43
      • 2.4 Conclusion48
      • Bibliographie
        49
      • Chapitre 3 Réseaux de fractures hiérarchiques 50
      • Steffen Bohn
      • 3.1 Introduction50
      • 3.2 La formation des réseaux de fractures hiérarchiques51
      • 3.3 Réseau de fractures comme une division hiérarchique de l'espace52
      • 3.4 Une échelle caractéristique54
      • 3.5 Conclusion
        55
      • Chapitre 4 Cristaux liquides et morphogenèse 58
      • Yves Bouligand
      • 4.1 Carapaces et séries d'arceaux58
      • 4.2 «Contreplaqués hélicoïdaux»60
      • 4.3 Cristaux liquides cholestériques et analogues stabilisés62
      • 4.4 Spécificité et diversité des cristaux liquides64
      • 4.4.1 Molécules mésogènes65
      • 4.4.2 Structure des cristaux liquides65
      • 4.4.3 Transitions de phase67
      • 4.5 Cristaux liquides et analogues stabilisés en biologie: un fait général67
      • 4.5.1 Muscles68
      • 4.5.2 Figures myéliniques et membranes cellulaires fluides68
      • 4.5.3 Membranes stabilisées69
      • 4.5.4 Analogues nématiques et cholestériques69
      • 4.5.5 Les limites d'un fait général70
      • 4.6 Auto-assemblages cristallins liquides70
      • 4.7 Courbure et structure71
      • 4.7.1 Diversité des courbures des cristaux liquides et de leurs analogues72
      • 4.7.2 Géométrie des différentes courbures73
      • 4.7.3 Coefficients élastiques et courbures spontanées76
      • 4.8 Systèmes lyotropes et fluidité cellulaire78
      • 4.9 Liquides à surfaces parallèles et origine géométrique des formes81
      • 4.9.1 Bonnets et selles de cheval: surfaces elliptiques ou hyperboliques82
      • 4.9.2 Cyclides de Dupin dans les cristaux liquides84
      • 4.10 Germes et textures de cristaux liquides: leurs analogues biologiques87
      • 4.11 Nature topologique des textures cristallines liquides91
      • 4.11.1 Rubans de Moebius92
      • 4.11.2 Paires d'anneaux enlacés93
      • 4.12 Cristaux liquides et mécanismes d'horlogerie94
      • Bibliographie
        95
      • Chapitre 5 Auto-organisation biologique par processus réactif 98
      • James Tabony
      • 5.1 Auto-organisation dynamique dans des systèmes physiques101
      • 5.2 Auto-organisation dans des colonies d'organismes vivants103
      • 5.3 Auto-organisation par réaction-diffusion: des bandes dans une éprouvette105
      • 5.4 L'auto-organisation des microtubules108
      • Bibliographie
        116
      • Chapitre 6 Les dunes 118
      • Stéphane Douady et Pascal Hersen
      • 6.1 Découverte118
      • 6.2 Le vent force le sable... qui vole et lui vole sa force119
      • 6.3 La dune mimimale119
      • 6.4 Le vent court sur la dune... et la pousse120
      • 6.5 Le régime de vent forme la dune?120
      • 6.6 Comment comprendre la forme de barchane?122
      • 6.7 Le paradoxe des couloirs... ou le problème des dunes entre elles124
      • 6.8 Le vent n'est jamais constant125
      • 6.9 Les dunes ne sont pas isolées125
      • 6.10 Le grain de sable, la dune, le couloir de dunes... Quid de l'individu, des flux, de la forme?127
      • Bibliographie
        128
      • Chapitre 7 Morphodynamique de la voie sécrétoire 129
      • François Képès
      • 7.1 Quelques rappels préliminaires129
      • 7.2 Introduction130
      • 7.2.1 Membrane cellulaire et translocation130
      • 7.2.2 Voie sécrétoire eucaryote131
      • 7.2.3 Autres compartiments eucaryotes133
      • 7.2.4 Cytoplasme, cytosquelette et compartimentation133
      • 7.3 Morphodynamique des membranes134
      • 7.3.1 Membranes biologiques134
      • 7.3.2 Ségrégation134
      • 7.3.3 Scission137
      • 7.3.4 Fusion141
      • 7.4 Modèles fonctionnels142
      • 7.5 Conclusions145
      • 7.5.1 Thèmes145
      • 7.5.2 Perspectives évolutionnaires146
      • 7.5.3 Questions147
      • 7.5.4 Perspectives147
      • Bibliographie
        148
      • Chapitre 8 De l'épigénomique à l'émergence morphogénétique 153
      • Caroline Smet-Nocca, Andràs Paldi et Arndt Benecke
      • 8.1 Héritage génétique, régulation de l'expression génétique et dynamique chromatinienne155
      • 8.1.1 Transcription des gènes et régulation de l'expression génétique156
      • 8.1.2 Structure génomique et son impact sur la régulation transcriptionnelle156
      • 8.2 Mécanismes épigénétiques, héritage épigénétique, et différenciation cellulaire159
      • 8.2.1 La méthylation de l'ADN: marqueur épigénétique de la répression transcriptionnelle160
      • 8.2.2 Organisation structurale et fonctionnelle de la chromatine: une régulation spatio-temporelle163
      • 8.3 Couplage entre l'épigénétique et la régulation de l'expression génétique168
      • 8.3.1 Couplage entre réparation de l'ADN et transcription169
      • 8.3.2 CBP/p300, des HATs impliquées dans la croissance cellulaire, la différenciation et le développement171
      • 8.3.3 Épigénétique et oncogenèse172
      • 8.4 Morphogénomique174
      • Bibliographie
        177
      • Chapitre 9 Morphogenèse animale 179
      • Nadine Peyriéras
      • 9.1 L'acquisition de la diversité cellulaire181
      • 9.1.1 Hétérogénéité de l'oeuf, qu'est-ce qui est déjà joué dès la fécondation?182
      • 9.1.2 L'interaction des cellules avec leur environnement et l'hypothèse «dehors dedans»183
      • 9.2 La tradition anatomique de l'embryologie, identification des brisures de symétrie et caractérisation des champs morphogénétiques183
      • 9.2.1 Brisure de symétrie au cours de l'embryogenèse précoce184
      • 9.2.2 Formation de frontières et de compartiments au cours de l'organogenèse187
      • 9.3 L'approche «bottom-up» de la Biologie du Développement189
      • 9.3.1 Dynamique des interactions moléculaires et génétiques dans la formation de patterns190
      • 9.3.2 Le concept de morphogène et la génération de patrons (patterns) par effet de seuil191
      • 9.3.3 La formation des somites chez les vertébrés: un modèle d'oscillateurs couplés194
      • 9.4 La reconstruction des morphodynamiques cellulaires et le renouvellement de la tradition anatomique de l'embryologie195
      • 9.4.1 Mouvements et déformations cellulaires dans la morphogenèse196
      • 9.4.2 Adhérence cellulaire et contraintes biomécaniques dans l'embryon197
      • 9.4.3 Le modèle de la tenségrité198
      • 9.5 En forme de conclusion198
      • Bibliographie
        200
      • Chapitre 10 La phyllotaxie 202
      • Stéphane Douady
      • 10.1 Découverte202
      • 10.2 Pourquoi?203
      • 10.3 Comment?206
      • 10.4 L'arbre de Van Iterson... Élagué!207
      • 10.5 Dynamique209
      • 10.6 Conclusion210
      • Bibliographie
        211
      • Chapitre 11 La logique des formes 212
      • Didier Marchand
      • 11.1 Introduction212
      • 11.2 La paléontologie et le temps213
      • 11.3 De la cellule à l'organisme pluri-cellulaire: un «lego» de plus en plus complexe214
      • 11.4 Les grands plans d'organisation: au Cambrien inférieur, tout est en place215
      • 11.5 L'embranchement des vertébrés: un bel exemple de péramorphose217
      • 11.6 Les anomalies de développement: une ouverture vers de nouvelles morphologies219
      • 11.7 Le cerveau comme dernier espace de liberté221
      • 11.8 Conclusion222
      • Bibliographie
        223
      • Chapitre 12 Les formes émergeant du mouvement collectif 224
      • Hugues Chaté et Guillaume Grégoire
      • 12.1 Introduction224
      • 12.2 Vers un modèle minimal226
      • 12.2.1 Les ingrédients226
      • 12.2.2 Le formalisme226
      • 12.2.3 Les résultats de Vicsek et al.
        229
      • 12.3 Des formes en l'absence de cohésion230
      • 12.3.1 Se déplacer en bandes auto-organisées230
      • 12.3.2 Trajectoires microscopiques et formes
        233
      • 12.4 Avec cohésion: goutelettes en mouvement233
      • 12.4.1 Diagramme des phases et forme des goutelettes233
      • 12.4.2 Cohésion brisée lors de la mise en mouvement235
      • 12.5 Retour à la nature235
      • Bibliographie
        236
      • Chapitre 13 Systèmes de villes et niveaux d'organisation 238
      • Denise Pumain
      • 13.1 Trois niveaux d'observation du fait urbain239
      • 13.1.1 Des propriétés émergentes au niveau de la ville239
      • 13.1.2 La structure du système des villes
        241
      • 13.2 Une interprétation fonctionnelle de l'organisation hiérarchique245
      • 13.2.1 La ville au quotidien245
      • 13.2.2 Les fonctions du système des villes
        247
      • 13.3 Les interactions qui construisent les niveaux249
      • 13.3.1 Les interactions constitutives des formes des villes249
      • 13.3.2 Les interactions constitutives des systèmes de villes
        252
      • 13.4 Les modèles de systèmes complexes pour la morphogenèse urbaine256
      • 13.4.1 Les villes, objets spatiaux256
      • 13.4.2 Villes et objets fractals257
      • 13.4.3 De l'espace-support à l'espace relationnel et conformant
        258
      • Bibliographie
        260
      • Chapitre 14 Niveaux d'organisation et morphogenèse: le point de vue de D'Arcy Thompson 264
      • Yves Bouligand
      • 14.1 Jeux de construction265
      • 14.1.1 Synthèses chimiques et biosynthèses266
      • 14.1.2 Assemblages supramoléculaires en réseaux267
      • 14.1.3 Modèles moléculaires et supramoléculaires
        269
      • 14.2 Jeux aquatiques270
      • 14.2.1 Formes hydrostatiques270
      • 14.2.2 Figures hydrodynamiques271
      • 14.2.3 Adaptations morphologiques à l'hydrodynamique de l'environnement
        272
      • 14.3 Les fragiles architectures de la diffusion273
      • 14.3.1 Diffusion en situation hydrostatique273
      • 14.3.2 Diffusion en situation hydrodynamique
        275
      • 14.4 Stabilisation et remaniement des formes
        276
      • 14.5 Le problème des fortes courbures locales et nouvelles perspectives
        277
      • 14.6 Théories morphogénétiques particulières et générales279
      • 14.6.1 Rôle direct ou indirect du génome en morphogenèse279
      • 14.6.2 Brisures de symétrie et différenciation281
      • 14.6.3 Nouvelles perspectives en morphogenèse et notion de viabilité
        284
      • Bibliographie
        286
      • Chapitre 15 Les modèles morphogénétiques de René Thom 288
      • Jean Petitot
      • 15.1 Le contenu général du modèle288
      • 15.2 Morphodynamique et stabilité structurelle290
      • 15.3 La théorie des systèmes dynamiques291
      • 15.4 La théorie des singularités et les modèles morphogénétiques «élémentaires»294
      • 15.5 Les principes des modèles morphodynamiques296
      • 15.6 Les modèles de morphogenèse296
      • Bibliographie
        297
      • Chapitre 16 Morphogenèse, stabilité structurelle et paysage épigénétique 298
      • Sara Franceschelli
      • 16.1 La correspondance298
      • 16.2 Le modèle de Delbrück301
      • 16.3 Stabilité structurelle et champ morphogénétique302
      • 16.4 Paysage épigénétique: une image mentale, une métaphore... de quoi?303
      • 16.5 Interprétations307
      • Bibliographie
        308
      • Chapitre 17 Analyse morphologique et mutationnelle: des outils pour la morphogenèse 309
      • Jean-Pierre Aubin et Annick Lesne
      • 17.1 Objectifs
        309
      • 17.2 Motivations311
      • 17.2.1 Problèmes de co-viabilité312
      • 17.2.2 Morphogenèse biologique314
      • 17.2.3 Traitement de l'image314
      • 17.2.4 Optimisation de forme315
      • 17.2.5 Économie dynamique315
      • 17.2.6 Propagation de front315
      • 17.2.7 Robotique visuelle316
      • 17.2.8 Analyse d'intervalles
        316
      • 17.3 Genèse de l'analyse morphologique316
      • 17.4 De l'optimisation de forme à l'analyse multivoque317
      • 17.5 Vitesses des tubes comme mutations320
      • 17.6 Analyse mutationnelle321
      • 17.7 Équations morphologiques
        323
      • Bibliographie
        326
      • Chapitre 18 Morphogénèse informatique
        328
      • Jean-Louis Giavitto et Antoine Spicher
      • 18.1 Comprendre le développement pour expliquer le vivant328
      • 18.1.1 L'animal-machine328
      • 18.1.2 De l'auto-reproduction au développement330
      • 18.1.3 Le développement comme un système dynamique330
      • 18.1.4 Quel formalisme pour les systèmes dynamiques à structure dynamique?
        334
      • 18.2 Les systèmes de réécriture336
      • 18.2.1 Introduction336
      • 18.2.2 Système de réécriture et simulation des systèmes dynamiques
        337
      • 18.3 Réécriture de multi-ensembles et modélisation chimique339
      • 18.3.1 Quelques exemples d'application340
      • 18.3.2 Les systèmes de Paun et la compartimentalisation343
      • 18.3.3 Une parenthèse: application à la programmation parallèle
        344
      • 18.4 Les systèmes de Lindenmayer et la croissance des structures linéaires345
      • 18.4.1 Croissance d'une structure filamentaire345
      • 18.4.2 Croissance d'une structure arborescente
        346
      • 18.5 Au-delà des structures linéaires: calculer une forme pour la comprendre
        348
      • Bibliographie350

  • Origine de la notice:
    • BNF
  • Disponible - 576.8 MOR

    Niveau 2 - Sciences