Les niveaux d'organisation de la matière Ce sont ces manifestations physiques qui composent l'Univers dans ses différentes échelles de masse. Bien que de nombreux phénomènes puissent être expliqués à partir de la physique, il existe des régions de cette échelle qui correspondent davantage aux études de chimie, de biologie, de minéralogie, d'écologie, d'astronomie et d'autres sciences naturelles..
À la base de la matière, nous avons des particules subatomiques, étudiées par la physique des particules. En gravissant les marches de votre organisation, nous entrons dans le domaine de la chimie, puis nous arrivons à la biologie; à partir de la matière désintégrée et énergétique, on finit par observer des corps minéralogiques, des organismes vivants et des planètes.
Les niveaux d'organisation de la matière sont intégrés et cohésifs pour définir des corps aux propriétés uniques. Par exemple, le niveau cellulaire est composé des éléments subatomique, atomique, moléculaire et cellulaire, mais il a des propriétés qui sont différentes de toutes. De même, les niveaux supérieurs ont des propriétés différentes.
Le sujet est organisé selon les niveaux suivants:
Nous commençons par l'échelon le plus bas: avec les particules plus petites que l'atome lui-même. Cette étape fait l'objet d'études en physique des particules. De manière très simplifiée, on a les quarks (haut et bas), les leptons (électrons, muons et neutrinos), et les nucléons (neutrons et protons).
La masse et la taille de ces particules sont si négligeables que la physique conventionnelle ne s'adapte pas à leur comportement, il est donc nécessaire de les étudier avec le prisme de la mécanique quantique..
Toujours dans le domaine de la physique (atomique et nucléaire), on constate que certaines particules primordiales s'unissent par de fortes interactions pour donner naissance à l'atome. C'est l'unité qui définit les éléments chimiques et l'ensemble du tableau périodique. Les atomes sont essentiellement constitués de protons, de neutrons et d'électrons. Dans l'image suivante, vous pouvez voir une représentation d'un atome, avec les protons et les neutrons dans le noyau et les électrons à l'extérieur:
Les protons sont responsables de la charge positive du noyau, qui, avec les neutrons, constitue presque toute la masse de l'atome. Les électrons, quant à eux, sont responsables de la charge négative de l'atome, diffusée autour du noyau dans des régions électroniquement denses appelées orbitales..
Les atomes diffèrent les uns des autres par le nombre de protons, de neutrons et d'électrons qu'ils possèdent. Cependant, les protons définissent le numéro atomique (Z), qui à son tour est caractéristique de chaque élément chimique. Ainsi, tous les éléments ont des quantités différentes de protons, et leur ordre peut être vu dans un ordre croissant dans le tableau périodique..
Au niveau moléculaire on entre dans le domaine de la chimie, de la physicochimie, et un peu plus lointain, de la pharmacie (synthèse de médicaments).
Les atomes sont capables d'interagir les uns avec les autres par liaison chimique. Lorsque cette liaison est covalente, c'est-à-dire avec le partage d'électrons le plus équitable possible, les atomes se sont joints pour donner naissance à des molécules.
Par contre, les atomes métalliques peuvent interagir au moyen de la liaison métallique, sans définir de molécules; mais oui des cristaux.
En continuant avec les cristaux, les atomes peuvent perdre ou gagner des électrons pour devenir respectivement des cations ou des anions. Ces deux forment le duo connu sous le nom d'ions. De même, certaines molécules peuvent acquérir des charges électriques, appelées ions moléculaires ou polyatomiques..
Des ions et de leurs cristaux, en grandes quantités, naissent des minéraux qui composent et enrichissent la croûte terrestre et le manteau..
Selon le nombre de liaisons covalentes, certaines molécules sont plus massives que d'autres. Lorsque ces molécules ont une unité structurelle répétitive (monomère), on dit qu'elles sont des macromolécules. Parmi eux, par exemple, nous avons des protéines, des enzymes, des polysaccharides, des phospholipides, des acides nucléiques, des polymères artificiels, des asphaltènes, etc..
Il est nécessaire de souligner que toutes les macromolécules ne sont pas des polymères; mais tous les polymères sont des macromolécules.
Toujours au niveau moléculaire, les molécules et les macromolécules peuvent s'agréger à travers les interactions de Van der Walls pour former des conglomérats ou des complexes appelés supramolécules. Parmi les plus connus, nous avons les micelles, les vésicules et la paroi lipidique à double couche.
Les supramolécules peuvent avoir des tailles et des masses moléculaires inférieures ou supérieures aux macromolécules; Cependant, leurs interactions non covalentes sont les bases structurelles d'une myriade de systèmes biologiques, organiques et inorganiques..
Les supramolécules diffèrent par leur nature chimique, c'est pourquoi elles coexistent entre elles de manière caractéristique pour s'adapter à l'environnement qui les entoure (aqueux dans le cas des cellules)..
Entonces es cuando aparecen diferentes orgánulos (mitocondrias, ribosomas, núcleo, aparato de Golgi, etc.), cada uno destinado para cumplir una función específica dentro de la colosal fábrica viviente que conocemos como la célula (eucariota y procariota): el “átomo” de la vie.
Au niveau cellulaire, la biologie et la biochimie (en plus d'autres sciences connexes) entrent en jeu. Dans le corps, il existe une classification des cellules (érythrocytes, leucocytes, spermatozoïdes, ovules, ostéocytes, neurones, etc.). La cellule peut être définie comme l'unité de base de la vie et il existe deux types principaux: les eucaryotes et les procatiotes.
Des ensembles cellulaires distingués définissent les tissus, ces tissus sont à l'origine des organes (cœur, pancréas, foie, intestins, cerveau), et enfin les organes intègrent divers systèmes physiologiques (respiratoire, circulatoire, digestif, nerveux, endocrinien, etc.). C'est le niveau multicellulaire. Par exemple, un ensemble de milliers de cellules composent le cœur:
Déjà à ce stade, il est difficile d'étudier les phénomènes d'un point de vue moléculaire; bien que la pharmacie, la chimie supramoléculaire axée sur la médecine et la biologie moléculaire, maintiennent cette perspective et acceptent de tels défis.
Selon le type de cellule, l'ADN et les facteurs génétiques, les cellules finissent par construire des organismes (végétaux ou animaux), dont nous avons déjà évoqué l'être humain. C'est le tremplin de la vie, dont la complexité et l'immensité sont inimaginables encore aujourd'hui. Par exemple, un tigre est considéré comme un panda est considéré comme un organisme.
Les organismes réagissent aux conditions environnementales et s'adaptent en créant des populations pour survivre. Chaque population est étudiée par l'une des nombreuses branches des sciences naturelles, ainsi que par les communautés qui en dérivent. Nous avons des insectes, des mammifères, des oiseaux, des poissons, des algues, des amphibiens, des arachnides, des octopodes et bien d'autres. Par exemple, un ensemble de papillons constitue une population.
L'écosystème comprend les relations entre les facteurs biotiques (qui ont la vie) et les facteurs abiotiques (non-vie). Il se compose d'une communauté d'espèces différentes qui partagent le même endroit pour vivre (habitat) et qui utilisent des composants abiotiques pour survivre.
L'eau, l'air et le sol (minéraux et roches) définissent les composants abiotiques («sans vie»). Pendant ce temps, les composants biotiques sont constitués de tous les êtres vivants dans toute leur expression et compréhension, des bactéries aux éléphants et aux baleines, qui interagissent avec l'eau (hydrosphère), l'air (atmosphère) ou le sol (lithosphère)..
L'ensemble des écosystèmes de la Terre entière constitue le niveau suivant; la biosphère.
La biosphère est le niveau composé de tous les êtres vivants qui vivent sur la planète et leurs habitats.
Revenant brièvement au niveau moléculaire, les molécules seules peuvent composer des mélanges de dimensions exorbitantes. Par exemple, les océans sont formés par la molécule d'eau, HdeuxO. À son tour, l'atmosphère est formée de molécules gazeuses et de gaz rares.
Toutes les planètes dignes de la vie ont leur propre biosphère; bien que l'atome de carbone et ses liaisons soient nécessairement ses fondations, quelle que soit l'évolution de ses créatures.
Si l'on veut continuer à gravir l'échelle de la matière, on entrerait enfin dans les hauteurs de l'astronomie (planètes, étoiles, naines blanches, nébuleuses, trous noirs, galaxies).
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