Je pense à vous

Les structures biologiques n'existent que parce qu'elles sont capables de recevoir et de transmettre des informations et parce qu'elles établissent en permanence des interactions multiples avec leur environnement. Que l'on se place à l'échelle de la molécule, de la cellule, de l'organisme ou des populations, les mêmes mécanismes déterminent la même variété de comportements dynamiques: transitions entre états stationnaires (maladies à prions par exemple), activités périodiques (des oscillations métaboliques les plus simples aux rythmes physiologiques les plus complexes), chaos (comme dans le cas des battements cardiaques). Les couplages et autres non-linéarités internes peuvent aussi bien engendrer un ordre macroscopique émergeant de la multitude des processus élémentaires que, dans d'autres conditions, faire apparaître, au-delà d'une bifurcation, un nouveau régime de fonctionnement, une nouvelle forme. Le ruisseau trace son chemin au gré des accidents géologiques qu'il contribue à créer. Il contourne les montagnes, emprunte les vallées, se joue des déclivités par un jeu de cascades. Un système biologique dynamique possède ses propres attracteurs, ses bifurcations et ses seuils. Comme le ruisseau, il lui faut trouver son chemin au sein de paysages dont les reliefs sont accidentés, les paysages morphogénétiques. Mais toute cellule est issue de la division d'une cellule existante. Cette observation, jamais mise en défaut chez aucun organisme, souligne la nécessité d'une continuité structurale et va bien au-delà de l'indispensable duplication du matériel génétique. Elle montre l'insuffisance du concept d'auto-organisation qui sous-tend le consensus actuel autour de l'idée de " programme " génétique. Une cellule vivante n'émerge pas de l'assemblage spontané de ses constituants élémentaires : seule une cellule a la capacité de donner naissance à une autre cellule. C'est probablement l'une des principales raisons qui contribue à faire que l'origine de la vie est et reste l'un des plus profonds mystères de la biologie. C'est aussi pourquoi la connaissance que l'on peut avoir des structures moléculaires des systèmes vivants est tout autant nécessaire qu'insuffisante. Par sa nature pluridisciplinaire, ce livre s'adresse à un large public qui y trouvera une réflexion critique sur une discipline, la biologie, qui trop souvent oublie que son niveau de description pertinent est, en dernière analyse, celui de l'organisme.

A travers différents exemples allant du niveau moléculaire à celui des écosystèmes, cet ouvrage présente les outils permettant d'étudier et de modéliser les propriétés dynamiques des systèmes biologiques soumis à des régulations non linéaires. Les mécanismes générateurs d'états stationnaires multiples associés aux phénomènes de seuil et à la propriété d'hystérèse, ainsi que ceux à l'origine des phénomènes rythmiques et oscillatoires, sont explicités, formalisés, analysés, simulés et finalement interprétés. L'apprentissage des méthodes permettant le développement de ces études n'est pas négligé : les algorithmes sont brièvement décrits et leur mise en oeuvre informatique (en langage R) est proposée. Des exercices d'application (et leur corrigé) complètent chaque chapitre. Cet ouvrage correspond à un enseignement donné en Master de bioinformatique et biostatistiques à un public qui a, en majorité, suivi un cursus de licence de biologie. Si son niveau général est celui d'un Master, quelques éléments choisis sont néanmoins enseignés dès la deuxième année de licence de biologie. A l'opposé, les étudiants de Grandes Ecoles ayant choisi la filière Biologie trouveront ici matière à nourrir leur réflexion et éventuellement leurs propres travaux. En séparant dans des chapitres distincts les méthodes d'étude de leur application à la biologie, cet ouvrage offre plusieurs niveaux de lecture et peut intéresser un large public d'étudiants et de chercheurs non biologistes (chimistes, physiciens, économistes, etc.) intéressés par l'application des modèles dynamiques à leur propre domaine d'activité.