Du laboratoire de recherche à la classe - Année de la biologie 2021-2022

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.

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.

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.

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.

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.