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peuvent être suivis et dosés dans le milieu ambiant, en dehors des organismes v

peuvent être suivis et dosés dans le milieu ambiant, en dehors des organismes vivants. Ainsi peuvent être déﬁnis ce que l’on appelle des cycles biogéochimiques et par là préci- sées, à la fois qualitativement et quantita- tivement, les modalités du fonctionnement de la biosphère comme celles de tout écosystème considéré isolément (cf. cycles BIOGÉOCHIMIQUES). La quantiﬁcation des cycles biogéochimi- ques présente en outre l’intérêt de faire ressortir l’importance relative de la matière vivante présente sur la planète et des réserves qui existent, pour tel ou tel de ses consti- tuants, dans le reste du globe. Ajoutons que ces divers cycles présentent des interférences qui lient les taux de renouvellement caractérisant chaque élé- ment. C’est par ailleurs l’équilibre entre la production, d’une part, l’ensemble de la consommation et de la décomposition, d’autre part, qui règle le fonctionnement des écosystèmes et, par eux, de la biosphère. Lorsqu’il y a surconsommation se produit un appauvrissement, voire une désertiﬁcation du milieu ; lorsqu’il y a surproduction se produit au contraire un phénomène de fossilisation. MAXIME LAMOTTE, PAUL DUVIGNEAUD 3 L’avenir de la biosphère De nombreux scientiﬁques se sont interrogés sur les causes de la spectaculaire stabilité de la biosphère. Dans les années 1970, le géophysicien James Lovelock a imaginé, avec la microbiologiste Lynn Margulis, le concept de Gaïa, dans les années 1970, vulgarisé par leur ouvrage Gaïa : a New Look at Life on Earth, ultérieurement traduit en français sous le titre La Terre est un être vivant (1979). Selon cette théorie, la bio- sphère est capable de réagir à des modiﬁ- cations cosmologiques aﬁn de maintenir, dans ses divers compartiments, des condi- tions favorables à la vie. En ce sens, il n’a fait que systématiser l’idée de Vernadsky qui voyait dans la biosphère actuelle le résultat d’un long processus de « biologisation » de l’environnement planétaire, les êtres vivants rendant – par leur action permanente – les habitats terrestres et aquatiques de plus en plus favorables à la vie. Un des exemples les plus connus de cette aptitude autorégulatrice de l’environnement propre à la biosphère est la baisse continuelle du dioxyde de carbone dans l’atmosphère au cours des périodes géologiques (à l’exception des périodes très récentes). Ce processus biogéochimique avait permis de compenser la hausse progressive de la température terrestre – due au réchauﬀement du Soleil au fur et à mesure qu’il vieillit – par une diminution concomitante de l’eﬀet de serre. L’humanité actuelle, par suite de sa prolifération incontrôlée et par le dévelop- pement incessant de technologies mal maî- trisées, porte atteinte aux grands équilibres de la biosphère. Des phénomènes tels que les changements climatiques globaux ou encore la destruction partielle de la couche d’ozone représentent, parmi d’autres, les signes prémonitoires d’une catastrophe écologique globale contre laquelle une course de vitesse doit désormais être engagée. FRANÇOIS RAMADE Bibliographie J. BÉTHEMONT, Les Richesses naturelles du globe, Paris, 1987 / J.-P. DELÉAGE, La Biosphère. Notre Terre vivante, coll. Décou- vertes Gallimard, Paris, 2001 / H. LIETH, « Versuch einer kartographischen Darstel- lung der Produktivität der Pﬂanzendecke auf der Erde », in Geographisches Taschenbuch, Wiesbaden, 1964-1965 / N. SKROTZKY & I. RASOOL, La Terre : une planète pas comme les autres, Denoël, 1988 / V. VERNADSKY, La Biosphère, coll. Points sciences, Seuil, Paris, 2002 / L. A. WALFORD, Living Ressources of the Sea, New York, 1958. Corrélats BIOCÉNOSES e BIODIVERSITÉ e BIOGÉO- GRAPHIE e CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES e DÉVELOPPEMENT DURABLE e ÉCOLOGIE e ÉCOSPHÈRE e ÉCOSYSTÈMES e NATURE e VIE. BIOTECHNOLOGIES 1 L’essor des biotechnologies 2 Les biotechnologies rouges 3 Les biotechnologies vertes 4 Les biotechnologies bleues ou aquatiques 5 Les biotechnologies blanches 6 Les biotechnologies et l’environnement 7 L’avenir des biotechnologies . La biologie systémique . La biologie de synthèse Les biotechnologies se déﬁnissent, aujourd’hui, comme l’ensemble des méthodes et des techniques utilisant des composants du vivant (molécules, orga- nites, cellules, organismes) pour recher- cher, modiﬁer ou produire des substan- ces chimiques ou des éléments d’origine végétale, animale ou microbienne. Il y a quelque 10 000 ans, lorsqu’il est passé du stade de cueilleur-chasseur à celui d’agriculteur-éleveur, l’homme, en sélectionnant les espèces végétales ou animales dont il avait besoin, en semant ses récoltes et en faisant se reproduire son bétail, commençait déjà à modiﬁer le monde vivant qui l’entourait pour améliorer son ordinaire. Puis, il a observé et mis à proﬁt les phénomènes de fermentations dus à des micro- organismes dont il ignorait, évidem- ment, à l’époque, l’existence même. Il constate, ainsi, que des matières pre- mières sont modiﬁées. Des levures ou des bactéries convertissent le sucre en alcool ; d’autres, l’alcool en acide acétique ; d’autres encore peuvent fermenter dans la farine et faire lever la pâte du pain. Des bactéries se multi- plient dans du lait pour le transformer en yaourt. Inventés souvent fortuite- ment, bière, vin, fromage apparaissent ainsi, dans l’histoire des civilisations humaines, en diﬀérents points de la planète, plusieurs millénaires avant Jésus-Christ. Une première étape de rationalisation de ces pratiques résulte des travaux de Louis Pasteur (1822-1895) qui, d’une part, mettent en évidence l’existence de micro-organismes, leur rôle de ferments, et, d’autre part, expliquent leur action. Ces recherches débouchent sur une amélioration des pratiques industrielles. Des levures, des moisissures, des bac- téries sont sélectionnées pour leurs qualités particulières. C’est la période du développement des biotechnologies traditionnelles. L’hygiène, l’asepsie, la stérilisation des instruments font, peu à peu, leur entrée dans ce monde indus- triel où foisonnent les micro- organismes. Le XXe siècle voit l’apparition d’une biologie fondamentale qui, après avoir été longtemps une science essentielle- ment descriptive, devient progressive- ment une science explicative du vivant. Cette meilleure compréhension du monde vivant constitue la seconde étape du développement des biotechnologies dites modernes qui sont désormais fondées non seulement sur l’emploi de micro-organismes, mais aussi sur l’uti- lisation de certains de leurs constituants et, ﬁnalement, sur l’acide désoxyribo- nucléique (ADN), molécule essentielle de la vie, support de l’information génétique. Les biotechnologies vont ainsi connaî- tre, entre 1970 et 1990, un essor sans précédent. Elles deviennent des techno- logies diﬀusantes, utilisées dans des domaines très variés : le médicament et la santé, l’environnement, l’aquaculture, l’agriculture, l’industrie agroalimen- taire, la chimie lourde, l’industrie minière... 1 L’essor des biotechnologies Trois bouleversements sont à l’origine de l’essor des biotechnologies modernes : le développement d’outils moléculaires très performants ; l’explosion des connaissances dans le domaine de la génétique ; et, enﬁn, l’accumulation de données biologiques issues des vastes programmes internationaux de séquençage des génomes (génomique). Les outils moléculaires du génie génétique (enzymes de restriction, polymérases, réverse transcriptase, ligases), découverts dans les années 1970, permettent de découper ﬁne- ment et spéciﬁquement la molécule d’ADN, de la copier, de la ressouder, etc. Il devient alors possible d’isoler rapidement, puis de caractériser des gènes. L’ADN étant uni- versel dans le monde du vivant, il est alors possible de transférer des gènes dans des cellules (micro-organismes ou autres) aﬁn de leur faire produire des molécules d’intérêt, produits de ces gènes. Cette première révolution constitue le fondement du renou- veau des biotechnologies modernes et leur BIOTECHNOLOGIES 196 JOB : mp DIV : vol04 p. 192 folio : 196 --- 11/10/07 --- 12H43 confère une importance économique et industrielle majeure. Des molécules très complexes (des hormones comme l’insuline, l’érythropoïétine ou l’hormone de croissance, des anticorps, etc...) qui, jusque-là, ne s’obtenaient que très diﬃcilement, par extraction-puriﬁcation, à partir d’organes ou de cellules animales ou humaines (comme l’hormone de croissance extraite de l’hypo- physe) deviennent aisément disponibles et en quantité illimitée. La puissance de ces méthodes bouleverse les stratégies industriel- les, en particulier dans l’industrie pharma- ceutique, non seulement en produisant simplement et rapidement des biomolécules d’intérêt médical, mais aussi en caractérisant de nouvelles « cibles » pour la recherche de médicaments classiques. La génétique – qu’elle soit humaine, végétale ou animale – va bénéﬁcier de l’évolution de la biologie qui est devenue, en quelques années, moléculaire. Elle s’intéresse à l’hérédité, c’est-à-dire aux mécanismes de transmission des caractères biologiques au cours des générations et, en médecine, aux gènes responsables de pathologies héréditai- res rares (maladies neuromusculaires, muco- viscidose, etc.), mais aussi aux gènes qui prédisposent aux pathologies multifactoriel- les fréquentes telles que l’obésité, le diabète, le cancer, etc. La composante génétique de toutes ces pathologies devient alors acces- sible avec comme conséquences des apports déterminants dans le domaine du diagnostic (une maladie souvent mal déﬁnie et mal connue auparavant acquiert un statut plus solide) et la mise en évidence de voies d’approche originales pour de nouveaux médicaments. La protéine codée par ce gène « altéré » devient alors une cible dont il faut corriger le dysfonctionnement et, par là, les eﬀets délétères. La connaissance des séquences nucléotidi- ques de l’ADN constitue le niveau le plus ﬁn de l’information génétique. Dans les années 1990, la biologie à grande échelle naît de la nécessité d’augmenter fortement la puissance des techniques de séquençage de cette molécule géante, en particulier pour le génome de l’homme, constitué de 3 milliards de paires de base (nucléotides). Les méthodes utilisées jusque-là étaient artisanales et seuls certains génomes de virus, de quelques centaines à uploads/Industriel/ bio-technologies.pdf