Les dossiers photos thématiques de l’Année de la biologie 2021-2022

Les rencontres de la biologie | L’organisation de la cellule, les interactions cellulaires et leurs communications, par Graça Raposo
27 juillet 2022

La pandémie de Covid-19 a placé les scientifiques au cœur du débat public. Cette période témoigne de l’importance d’informer et de sensibiliser les citoyens à la biologie, afin de leur permettre de comprendre le monde du vivant, mais aussi de développer leurs propres opinions sur des sujets divers, souvent débattus, et parfois controversés.

Dans ce contexte, le CNRS et le ministère de l’Éducation nationale, de la Jeunesse et des Sports consacrent l’année scolaire 2021-2022 à la biologie, en lançant, sur tout le territoire, l’année de la biologie. L’objectif ? Permettre aux enseignants de mettre en perspective leurs savoirs en biologie au regard des dernières découvertes scientifiques et d’améliorer ainsi leur connaissance du monde de la recherche. Dans ce but, une journée de formation à la culture scientifique est proposée aux professeurs de sciences de la vie et de la Terre, du collège au BTS, dans une vingtaine de villes. Avec au programme, des conférences sur des thématiques et des résultats scientifiques récents, des visites de laboratoires, mais aussi des rencontres avec les scientifiques et les personnels de recherche du CNRS.

Cette année, dont le site est ici, est également l’occasion de mettre la biologie à l’honneur auprès d’un large public à travers le partage de contenus, de ressources pédagogiques et documentaires sur des thèmes d’actualité intéressant la société.

CNRS images vous invite également à parcourir images et vidéos sur des thèmes sélectionnés : l’origine du vivant, la biodiversité microbienne, les génomes, la cellule, les neurosciences et le cerveau, les interactions vivant / environnement.

 

 

Il était une fois le vivant

Depuis plusieurs décennies, les fouilles paléontologiques sont une source de données précieuses sur les organismes vivants ayant peuplé la Terre. Les fossiles découverts font notamment l’objet de comparaisons morphologiques et anatomiques, mais aussi de datations et d’analyses génétiques. Ils permettent aux scientifiques d’étudier la diversité des formes de vie et d’identifier les processus biologiques ancestraux, à l’échelle génétique et moléculaire.

En s’appuyant sur l’avancée des nouvelles technologies, il est désormais possible d’analyser toujours plus finement la structure, la composition ou la couleur des échantillons, et de révéler ainsi des détails jamais observés jusqu’alors. Les techniques de modélisation permettent de pallier le manque de données fossiles, de reconstruire virtuellement des ossements, des organismes primitifs ou même de reproduite des mouvements mécaniques. La combinaison des données de recherches de nombreux domaines permet ainsi d’affiner les scénarios évolutifs de nombreuses espèces. En parallèle, l’analyse de traces de matière organique permet de dater toujours plus précisément l’apparition de la vie sur Terre.

À l’évolution des techniques s’ajoute la découverte de nouvelles formes de vie, tel le blob. L’ensemble de ces résultats de recherche mène régulièrement les scientifiques à « revisiter » l’arbre du vivant, renforçant notre connaissance du monde vivant, de sa diversité, de ses capacités d’adaptation et d’évolution à l’œuvre depuis des millions d’années.

Voici en images un aperçu de la diversité du vivant, décryptée par les laboratoires.

https://images.cnrs.fr/dossier/il-etait-une-fois-le-vivant

 

Les microbes, sources de vie

Les microbes, ces êtres vivants unicellulaires microscopiques, constituent les premières formes de vie apparues sur Terre. Les bactéries sont ainsi des objets d’étude de premier choix pour comprendre les origines de la vie et la recherche de traces de vie sur d’autres planètes.

Évoluant depuis des millions d’années, les microbes ont à la fois conservé et développé des capacités d’adaptation inédites. Elles leur ont permis de coloniser tous les environnements terrestres, marins comme continentaux, y compris les plus extrêmes, et d’interagir étroitement avec les autres êtres vivants. Les microbes jouent ainsi un rôle primordial dans l’oxygénation de la planète, dans le fonctionnement de certains organismes (croissance des plantes, microbiote humain), mais aussi dans l’apparition de certaines formes de vie et leur évolution. Le placenta par exemple, serait issu d’une transmission d’ADN viral dans le génome des mammifères. Et la découverte récente de virus géants nous rappelle que la diversité du monde microbien n’a pas fini de nous surprendre.

Si l’étude des microbes et de leur matériel génétique offre des applications médicales depuis de nombreuses années, elle ouvre aujourd’hui des perspectives d’innovations de plus en plus variées. Des scientifiques développent ainsi des technologies s’appuyant sur des bactéries pour protéger des plantes contre les virus et les pesticides, pour dégrader certains plastiques, pour produire des molécules d’intérêt (polymères, polysaccharides) ou même pour produire des piles à combustible microbien.

Découvrez en images les microbes étudiés dans les laboratoires du CNRS.

https://images.cnrs.fr/dossier/les-microbes-sources-de-vie

 

La génétique, couteau suisse de la biologie

L’évolution technologique permet de purifier l’ADN et l’ARN, les amplifier (copier et multiplier) et les séquencer (détailler leur code génétique) et d’analyser les données génétiques à une vitesse croissante et à moindre coût. De nombreuses découvertes en génétique ont ainsi nourri notre connaissance de la machinerie du vivant : l’identification de nombreux gènes, de leurs fonctions, de parties codantes (qui fabriquent les protéines) et non-codantes de l’ADN. Ces dernières peuvent notamment jouer un rôle de régulatrices de l’expression des gènes, mais ne sont pas les seules : l’impact de notre environnement ou la configuration 3D de l’ADN (environnement proche du gène) en sont également les acteurs.

L’ARN a également révélé une part de ses mystères. Si l’ARN messager (ARNm) est connu pour être traduit en protéines, de nombreux autres ARN (ARNt, microARN…) jouent le rôle d’enzymes ou de régulateurs de l’expression des gènes.

Au-delà des connaissances sur la nature et le fonctionnement des gènes, les données génétiques permettent également d’étudier la filiation entre différents individus, espèces, ou groupes, d’affiner leur histoire évolutive et de dater leur origine. Ainsi, on comprend mieux les forces qui déterminent l’évolution des génomes dans la nature. Savez-vous que la métagénomique permet d’identifier la présence et la quantité d’organismes dans un environnement donné ? Le recours à des techniques de marquage ou de modification de l’ADN sont utiles à l’étude de mécanismes biologiques plus vastes.

Les recherches menées dans cette discipline ouvrent aussi de nouvelles perspectives d’application dans la compréhension et le traitement de maladies virales et génétiques, dans le développement d’une médecine personnalisée et préventive, dans la sélection végétale et l’amélioration des rendements agricoles. Récemment, des recherches menées en sciences du numérique s’appuient même sur l’ADN pour stocker des données numériques !

Laissez-vous happer par le vertigineux domaine de la génétique en parcourant les images et les vidéos réalisées dans les laboratoires du CNRS.

https://images.cnrs.fr/dossier/la-genetique-couteau-suisse-de-la-biologie

 

Biologie cellulaire : repousser les frontières du visible

Les progrès des technologies d’imagerie et de la biophysique ont permis des sauts d’échelle considérables dans l’observation des cellules, de leurs composants et de leurs comportements. Ils ont permis d’affiner nos connaissances des différents types cellulaires, de leurs fonctions, mais aussi de leur moyen de se diviser et de communiquer, par contact ou à distance.

Les microscopes optiques, qui reposent sur l’utilisation d’un faisceau lumineux, ont ouvert la voie aux microscopes électroniques, basés sur l’utilisation d’un faisceau d’électrons, et à la microscopie confocale, qui fait appel à l’utilisation d’un laser. Leur résolution révèle avec précision la structure externe et interne des organites. Couplés à l’usage de marqueurs biologiques, ces types de microscopes sont de formidables outils d’identification du trafic extracellulaire et des voies de signalisation intracellulaires.

Plus récemment, la microscopie super-résolution et le criblage haut débit d’objets biologiques 3D, permettent de franchir de nouvelles barrières de résolution. Au-delà de l’observation, il est désormais possible de manipuler des cellules une à une, à l’aide de microrobots télécommandés avec des pinces optiques.

Notre connaissance toujours plus fine de la machinerie cellulaire conduit même des scientifiques à concevoir des cellules artificielles ou à reprogrammer des cellules pour leur confier des tâches complètement différentes de leurs fonctions naturelles, porte ouverte à de nombreuses applications.

Découvrez en images un aperçu des recherches en biologie cellulaire menées dans les laboratoires du CNRS.

https://images.cnrs.fr/dossier/biologie-cellulaire-repousser-les-frontieres-du-visible

 

Le cerveau et ses mystères

Si la morphologie et le fonctionnement des neurones sont aujourd’hui bien connus, la découverte de nouveaux types cellulaires du système nerveux a remis en question leur rôle prépondérant. Les cellules gliales, dont les astrocytes font partie, ont longtemps été considérées comme de simples soutiens au fonctionnement des neurones. On sait maintenant qu’elles collaborent étroitement avec les neurones et participent activement à la modulation des émotions, diminuent l’anxiété et jouent également un rôle dans la défense immunitaire, la réparation et la cicatrisation du cerveau !

En parallèle, de nombreuses études tentent d’identifier le rôle et les sous-régions fonctionnelles des différentes structures cérébrales, ainsi que la manière dont elles sont connectées entre-elles. En réalisant notamment des tests comportementaux via différents modèles animaux (souris, abeilles, drosophiles, fourmis) et même chez l’humain, les scientifiques identifient quelles structures sont impliquées dans les phénomènes d’apprentissage, de mémorisation, le langage, la motricité ou encore dans la prise de décision.

L’état actuel des connaissances a conduit à des applications dans différents domaines. Citons l’élaboration d’interfaces cerveau-machines (contrôle d’ordinateur à distance, pilotage de prothèses, etc.) ou la mise au point d’entraînements pour optimiser les performances sportives. Mais de nombreux mystères restent à percer : qu’est-ce que l’intelligence ? Qu’est-ce que la conscience ? Pourra-t-on un jour guérir les maladies neurodégénératives ? Parviendrons-nous à déchiffrer le code neural, ce langage hypothétique utilisé par les neurones pour communiquer entre eux ? Les neurosciences ont encore beaucoup à nous apprendre.

Découvrez en images un aperçu des recherches en neurosciences menées dans les laboratoires du CNRS.

https://images.cnrs.fr/dossier/le-cerveau-et-ses-mysteres

 

Quand l'union fait la vie

Tout organisme vivant évolue dans un environnement avec lequel il interagit et échange. De ce fait, l’environnement non-vivant impacte les organismes qui s’y trouvent. Il peut ainsi influencer le mode et la qualité de vie des individus, mais aussi, sur des échelles de temps plus longues, l’évolution des espèces, qui développent de nouvelles capacités favorables à leur survie. De multiples recherches évaluent ainsi l’impact des activités anthropiques (dues aux activités humaines) sur de nombreux organismes, afin de proposer des solutions pour restaurer et protéger les environnements et les espèces menacées.
À contrario, les êtres vivants ont eux-mêmes un impact sur l’environnement qu’ils occupent. Et ils sont à la base de recherches, par exemple sur la phytorestauration, qui s’appuie sur l’utilisation de plantes pour dépolluer « naturellement » les eaux et sols usés.

Enfin, les êtres vivants interagissent également entre eux. Au sein d’une même espèce, les individus peuvent interagir de manière étroite, au point parfois de former des superorganismes, comme l’araignée sociale Anelosimus eximius chez laquelle des milliers d’individus sont capables de synchroniser leurs mouvements pour capturer une proie. Entre espèces différentes, ces interactions peuvent être favorables à l’une ou aux deux espèces concernées. C’est le cas de la symbiose entre les fourmis champignonnistes Atta et le champignon Leucoagaricus gongylophorus : les fourmis cultivent le champignon puis s’en nourrissent. Dans d’autres cas, les échanges entre espèces peuvent être néfastes à l’une ou plusieurs des espèces impliquées, à l’exemple du parasitisme.
Les échanges entre organismes peuvent même se jouer au sein des organismes eux-mêmes, comme on l’observe au niveau du microbiote intestinal, ensemble de micro-organismes indispensables à notre système digestif.

Voici en images un aperçu des interactions vivant-environnement décryptées et utilisées par les laboratoires.

https://images.cnrs.fr/dossier/quand-lunion-fait-la-vie

 

Les nouvelles technologies : un nouveau champ des possibles

Technologies et connaissance du monde sont étroitement liées. Sans microscope, Robert Hooke n’aurait pu découvrir l’existence des cellules. Et aujourd’hui encore, la microscopie reste un outil fondamental de la recherche en biologie. Son perfectionnement associé aux autres technologies permet d’observer le vivant, de l’échelle du cœur de la cellule (noyau, protéines) à celle de l’organe. Ainsi, l’observation des connexions neuronales en 3D du cerveau est rendue possible par une technique (tissue clearing) qui rend les tissus transparents.

Cette synergie des technologies (imagerie, modélisation, intelligence artificielle) permet aux scientifiques de découvrir des processus biologiques jusque-là mal compris, voire inconnus, mais également de progresser en recherche thérapeutique. Depuis près de dix ans, les organoïdes, reproduction in vitro d’un organe miniature, ont fait leur entrée dans les laboratoires. Obtenus à partir de cellules souches, ils permettent notamment de comprendre le fonctionnement de ces organes ou de tester des médicaments. Ce champ thérapeutique mène également à la symbiose entre le vivant et l’artificiel : ainsi, la compréhension du contrôle neuronal permet désormais l’élaboration de prothèses artificielles toujours plus perfectionnées.

Découvrez en images toutes ces innovations technologiques développées en laboratoire.

https://images.cnrs.fr/dossier/les-nouvelles-technologies-un-nouveau-champ-des-possibles

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