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3.15 : La diversité du vivant - Biologie


La diversité biologique est la variété de la vie sur terre. Elle est augmentée par une nouvelle variation génétique et réduite par l'extinction et la dégradation de l'habitat.

Qu'est-ce que la biodiversité?

La biodiversité fait référence à la variété de la vie et de ses processus, y compris la variété des organismes vivants, les différences génétiques entre eux, et les communautés et les écosystèmes dans lesquels ils se produisent. Les scientifiques ont identifié environ 1,9 million d'espèces vivantes aujourd'hui. Ils sont divisés en six règnes de la vie illustrés à la figure 2. Les scientifiques découvrent encore de nouvelles espèces. Ainsi, ils ne savent pas avec certitude combien d'espèces existent réellement aujourd'hui. La plupart des estimations vont de 5 à 30 millions d'espèces.

Figure 2. Cliquez pour une image plus grande. La vie connue sur terre

Pignons et roues

Sauver chaque rouage et chaque roue est la première précaution du bricolage intelligent.

—Aldo Léopold, Rivière Ronde : extrait des Journaux d'Aldo Léopold, 1953

Léopold, souvent considéré comme le père de l'écologie moderne, aurait probablement trouvé le terme biodiversité une description appropriée de ses « roues et rouages », même si l'idée n'est devenue une composante vitale de la biologie que près de 40 ans après sa mort en 1948.

Littéralement, le mot biodiversité désigne les nombreux types différents (la diversité) de la vie (biographie-), ou le nombre d'espèces dans une zone particulière.

Les biologistes, cependant, sont toujours attentifs aux niveaux d'organisation et ont identifié trois mesures uniques de la variation de la vie :

  • La mesure la plus précise et la plus spécifique de la biodiversité est diversité génétique ou variation génétique au sein d'une espèce. Cette mesure de la diversité examine les différences entre les individus au sein d'une population, ou les différences entre différentes populations de la même espèce.
  • Le niveau juste plus large est la diversité des espèces, qui correspond le mieux à la traduction littérale de biodiversité: le nombre d'espèces différentes dans un écosystème particulier ou sur Terre. Ce type de diversité regarde simplement une zone et rapporte ce qu'on peut y trouver.
  • Au niveau le plus large et le plus englobant, nous avons diversité des écosystèmes. Comme Léopold l'a clairement compris, les « roues et rouages » comprennent non seulement la vie, mais aussi la terre, la mer et l'air qui soutiennent la vie. Dans la diversité des écosystèmes, les biologistes examinent les nombreux types d'unités fonctionnelles formées par les communautés vivantes interagissant avec leurs environnements.

Bien que les trois niveaux de diversité soient importants, le terme biodiversité fait généralement référence à la diversité des espèces!

La biodiversité nous fournit toute notre nourriture. Il fournit également de nombreux médicaments et produits industriels, et il a un grand potentiel pour développer des produits nouveaux et améliorés pour l'avenir. Peut-être plus important encore, la diversité biologique fournit et maintient un large éventail de « services » écologiques. Il s'agit notamment de la fourniture d'air et d'eau propres, de sol, de nourriture et d'abris. La qualité – et la pérennité – de notre vie et de notre économie dépendent de ces « services ».

Essayez-le

Le long isolement de l'Australie au cours des 50 derniers millions d'années et son déplacement vers le nord ont conduit à l'évolution d'un biote distinct. Les caractéristiques importantes de la diversité biologique de l'Australie comprennent :

  • Un pourcentage élevé d'espèces endémiques (c'est-à-dire qu'elles n'existent nulle part ailleurs) :
    • plus de 80% des plantes à fleurs
    • plus de 80% des mammifères terrestres
    • 88 % des reptiles
    • 45% des oiseaux
    • 92% des grenouilles
  • Groupes fauniques d'une grande richesse. L'Australie possède une diversité exceptionnelle de lézards en zone aride, de nombreuses orchidées terrestres, et une faune totale d'invertébrés estimée à 200 000 espèces avec à elle seule plus de 4 000 espèces différentes de fourmis. Les marsupiaux et les monotrèmes représentent collectivement environ 56% des mammifères terrestres indigènes en Australie.
  • Faune d'importance évolutive majeure. Par exemple, l'Australie compte 12 des 19 familles connues de plantes à fleurs primitives, dont deux n'existent nulle part ailleurs. Certaines espèces, telles que le poisson poumon du Queensland et le péripatus, sont restées relativement inchangées pendant des centaines de millions d'années.

Un biologiste explique : Qu'est-ce que la vie ?

Bien que la biologie soit l'étude de la vie, même les biologistes ne sont pas d'accord sur ce qu'est réellement la « vie ». Alors que les scientifiques ont proposé des centaines de façons de le définir, aucune n'a été largement acceptée. Et pour le grand public, un dictionnaire n'aidera pas car les définitions utiliseront des termes comme organismes ou animaux et plantes - synonymes ou exemples de vie - ce qui vous fait tourner en rond.

Au lieu de définir le mot, les manuels décriront la vie avec une liste d'une demi-douzaine de caractéristiques basées sur ce qu'il a ou ce qu'il Est-ce que. Pour ce que la vie a, une caractéristique est la cellule, un compartiment pour contenir des processus biochimiques. Les cellules sont souvent répertoriées en raison de la théorie cellulaire influente développée en 1837-1838, qui stipule que tous les êtres vivants sont composés de cellules et que la cellule est l'unité de base de la vie. Des bactéries unicellulaires aux milliers de milliards de cellules qui composent un corps humain, il semble que toute vie ait des compartiments.

Une liste de caractéristiques mentionnera également ce que fait la vie - des processus tels que la croissance, la reproduction, la capacité d'adaptation et le métabolisme (réactions chimiques dont l'énergie entraîne l'activité biologique). De tels points de vue sont repris par des experts tels que le biochimiste Daniel Koshland, qui a énuméré ses sept piliers de la vie comme programme, improvisation, compartimentation, énergie, régénération, adaptabilité et isolement.

Mais l'approche par liste est déçue par le fait qu'il est facile de trouver des exceptions qui ne cochent pas toutes les cases d'une liste de contrôle de fonctionnalités. Vous ne nieriez pas qu'une mule - la progéniture hybride d'un cheval et d'un âne - est vivante, par exemple, même si les mules sont généralement stériles, donc pas de tique pour la reproduction.

Les entités à la frontière entre vivant et non-vivant minent également les listes. Les virus sont le cas marginal le plus connu. Certains scientifiques prétendent qu'un virus n'est pas vivant car il ne peut pas se reproduire sans détourner la machinerie de réplication de sa cellule hôte, mais des bactéries parasites telles que Rickettsia sont considérés comme vivants malgré leur incapacité à vivre de manière indépendante, vous pouvez donc affirmer que tous les parasites ne peuvent pas vivre sans hôtes. Pendant ce temps, le Mimivirus - un virus géant découvert dans une amibe suffisamment grande pour être visible au microscope - ressemble tellement à une cellule qu'il a d'abord été confondu avec une bactérie. Les humains créent également des cas marginaux - des organismes de conception comme Synthia, qui ont peu de caractéristiques et ne survivraient pas en dehors d'un laboratoire - grâce à la biologie synthétique.

Les entités telles que les virus sont-elles vraiment des formes de vie, ou simplement semblables à la vie ? En utilisant une définition de liste, cela dépend en grande partie des critères que vous choisissez d'inclure, qui sont pour la plupart arbitraires. Une approche alternative consiste à utiliser la théorie considérée comme une caractéristique déterminante de la vie : la théorie de l'évolution par sélection naturelle de Charles Darwin, le processus qui donne à la vie la capacité de s'adapter à son environnement. L'adaptabilité est partagée par toute la vie sur Terre, ce qui explique pourquoi la NASA l'a utilisée comme base pour une définition qui pourrait aider à identifier la vie sur d'autres planètes. Au début des années 1990, un groupe consultatif du programme d'astrobiologie de la NASA, qui comprenait le biochimiste Gerald Joyce, a proposé une définition de travail : La vie est un système chimique autonome capable d'évolution darwinienne.

Le « capable » dans la définition de la NASA est essentiel car cela signifie que les astrobiologistes n’ont pas besoin de regarder et d’attendre que la vie extraterrestre évolue, mais d’étudier simplement sa chimie. Sur Terre, les instructions pour construire et faire fonctionner un organisme sont codées dans des gènes, portées par une molécule comme l'ADN, dont les informations sont copiées et héritées d'une génération à l'autre. Sur un autre monde avec de l'eau liquide, vous chercheriez du matériel génétique qui, comme l'ADN, a une structure spéciale qui pourrait soutenir l'évolution.

Détecter la vie extraterrestre est une tâche plus difficile que de collecter des échantillons, comme l'illustre la mission Viking. En 1977, la NASA a placé des atterrisseurs sur Mars et a effectué diverses expériences pour essayer de détecter des signes de vie dans le sol martien. Les résultats n'ont pas été concluants : alors que certains tests ont donné des résultats positifs pour les produits de réactions chimiques qui pourraient indiquer un métabolisme, d'autres ont été négatifs pour les molécules organiques à base de carbone. Des décennies plus tard, les astrobiologistes sont toujours limités à la recherche indirecte de la vie, à la recherche de biosignatures - des objets, des substances ou des modèles qui pourraient avoir été produits par un agent biologique.

Étant donné que les scientifiques qui recherchent la vie sont d'accord avec les signatures, certains disent que nous ne avoir besoin une définition. Selon le philosophe Carlos Mariscal et le biologiste W Ford Doolittle, le problème de la définition de la vie découle d'une mauvaise réflexion sur sa nature. Leur stratégie consiste à rechercher des entités qui ressemblent à des parties de la vie et à considérer toute vie sur Terre comme un individu. Cette solution pourrait convenir aux astrobiologistes, mais elle ne satisferait pas les gens qui veulent savoir si quelque chose d'étrange, comme un virus, est vivant ou non.

Un défi majeur pour détecter et définir la vie est que, jusqu'à présent, nous n'avons rencontré qu'un seul exemple dans l'Univers : la vie terrestre. C'est le 'problème N = 1'. Si nous ne pouvons même pas nous mettre d'accord sur la distinction entre les êtres vivants et non vivants, comment pouvons-nous nous attendre à reconnaître des formes de vie étranges ?

C'est la vie, mais pas telle que nous la connaissons

Comme la science n'a pas fourni de preuves concluantes des extraterrestres, nous devons nous tourner vers la science-fiction, et peu de séries ont mieux exploré de telles possibilités que Star Trek : la prochaine génération. Les voyages du vaisseau spatial Entreprise et "sa mission continue d'explorer de nouveaux mondes étranges et de rechercher une nouvelle vie et de nouvelles civilisations" nous a tout donné, de l'être divin Q à une énorme entité cristalline qui convertit la matière vivante en énergie (une sorte de métabolisme). Peut-être le plus intéressant, alors que les chercheurs se rapprochent de la création d'une intelligence artificielle plus intelligente qu'une personne, il y a Data – un androïde qui a dû prouver une sensibilité humaine mais ne s'est pas reproduit avant d'avoir construit sa propre fille. Un dieu qui existe au-delà du temps, un cristal de la taille d'un vaisseau spatial ou une IA robotique serait-il considéré comme « vivant » ?

Les données de 'Star Trek : The Next Generation' sont-elles vivantes ?

'Qu'est ce que la vie?' n'est pas simplement une question de biologie, mais de philosophie. Et la réponse est compliquée par le fait que les chercheurs de différents domaines ont des opinions divergentes sur ce qu'ils pensent devoir être inclus dans une définition. Le philosophe Edouard Machery a discuté du problème et l'a présenté sous la forme d'un diagramme de Venn avec des cercles pour trois groupes - biologistes évolutionnistes, astrobiologistes et chercheurs en vie artificielle - en utilisant des caractéristiques hypothétiques vers lesquelles ils convergeraient (certains biologistes pensent que les virus sont vivants tandis que d'autres croient que le cellule est essentielle, donc supposer que les membres seraient d'accord est controversé). Machery a affirmé qu'aucun critère ne pouvait tomber dans le chevauchement des trois cercles, concluant que "le projet de définir la vie est soit impossible, soit inutile".

Mais alors que les philosophes peuvent contourner le problème sans conséquences, la conclusion qu'il est futile de définir la vie est à la fois insatisfaisante et frustrante pour les gens ordinaires (et aussi pour ceux comme moi, qui se soucient de la compréhension publique de la science). Que les chercheurs parviennent ou non à un consensus sur une définition scientifique, nous avons toujours besoin d'une définition populaire à des fins pratiques - une phrase pour expliquer le concept de vie que la personne moyenne peut comprendre.

La vie est peut-être un concept flou, mais cela ne signifie pas que sa signification doit être vague. Comme l'a souligné le biologiste informaticien Eugene Koonin, définir la vie n'est pas scientifique parce qu'il est impossible à réfuter, car nous pouvons toujours trouver une entité qui répond à tous les critères mais qui n'est « clairement » pas vivante, ou qui manque de certaines caractéristiques mais qui est « évidemment » une vie -forme, et ainsi "une sorte de compréhension intuitive de l'état vivant remplaçant toute définition est impliquée [. ] nous semblons "le savoir quand nous le voyons"." Koonin s'est concentré sur la question de savoir si une définition peut fournir des informations biologiques (telles que l'identification de nouvelles formes de vie) mais mentionne un autre domaine où la définition de la vie pourrait être utile : « un meilleur enseignement des principes fondamentaux de la biologie ».

Alors, comment pouvons-nous obtenir une définition qui enseigne la biologie ? C'est en partie un exercice de sémantique. Premièrement, une définition populaire doit éviter le jargon technique et utiliser le langage courant. Ensuite, nous avons besoin d'un point de départ. Depuis qu'Aristote a essayé pour la première fois de définir la vie vers 350 av. J.-C., les penseurs se sont engagés dans des discussions philosophiques apparemment sans fin. fréquemment pour produire une définition minimale ou concise : La vie est une auto-reproduction avec des variations.

Les « variations » dans la définition de Trifonov sont des mutants, le résultat de mutations (erreurs de copie) qui se produisent lors de la reproduction, ce qui crée la variété dans une population qui permet la « survie des individus les plus aptes » grâce à l'évolution par sélection naturelle. Si le consensus de Trifonov et la définition de travail de la NASA n'utilisent pas les mêmes mots, ce sont les deux faces d'une même pièce et partagent un concept central : la vie est capable de s'adapter à son environnement.

L'évolution darwinienne est la façon dont la vie comme nous le savons s'adapte. Mais qu'en est-il des choses qui pourraient utiliser des mécanismes alternatifs d'adaptation ? Comme une définition étroite exclura les cas marginaux et qu'une définition large nous permettrait d'inclure un large éventail de formes de vie potentielles, notre définition populaire abandonne l'inclusion par Trifonov d'"auto-reproduction" (permettant des IA immortelles qui n'ont pas besoin de se répliquer) et également l'exigence de la NASA pour un « système chimique » (permettant aux organismes qui ne portent pas de gènes sur une molécule semblable à l'ADN). Un « environnement » implique un habitat ou un écosystème, pas simplement l'environnement, ce qui exclut un robot qui ajuste son corps pour traverser un terrain et des objets virtuels qui naviguent dans un domaine numérique.

Enfin, nous avons besoin d'un mot pour la « chose » que nous décrivons comme vivante. Les scientifiques et les philosophes utilisent « entité » sans reconnaître que, tout comme un dictionnaire utilise « organisme », c'est en fait un synonyme sophistiqué de « vie » (Pouvez-vous penser à une « entité » qui n'implique pas une sorte de forme de vie ? ) Cette légère circularité logique n'est peut-être pas idéale, mais je ne peux pas penser à une meilleure option. Une entité est une chose autonome, ce qui signifie que le mot peut fonctionner quel que soit le niveau - qu'il s'agisse d'un organisme individuel, d'une IA ou de toute la vie sur une planète.

Toute définition devrait être nécessaire et suffisante, mais il est important d'abord d'identifier pour qui. Parce que cet article s'adresse à un public général (non-scientifiques), l'objectif est une définition folklorique. Alors qu'est-ce que la vie ? Voici une suggestion :

La vie est une entité capable de s'adapter à son environnement.

Bien que je pense que ma «définition populaire» ait un sens intuitif, elle pourrait encore rejoindre les centaines de propositions scientifiques qui n'ont pas été acceptées. Contrairement aux définitions du dictionnaire, au moins ce n'est pas faux, mais seul le temps dira si les gens pensent que c'est vraiment juste.


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Nombre de pages: 992 pages

Langue: Anglais

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Biologie de la vie

Biologie du vivant : biochimie, physiologie et philosophie fournit une couverture fondamentale du domaine de la biochimie sous un angle différent du texte de biochimie traditionnel en se concentrant sur la biochimie humaine et en incorporant des éléments d'évolution connexes pour aider à contextualiser davantage cet espace dynamique. Cette approche unique comprend des sections sur le développement humain précoce, ce qui constitue la vie humaine et ce qui la rend spéciale.

Une couverture supplémentaire sur les différences entre la biochimie des procaryotes et des eucaryotes est également incluse. Le centre de la vie chez les procaryotes est considéré comme la photosynthèse et la production de sucre, tandis que le centre de la vie chez les eucaryotes est l'utilisation du sucre et la phosphorylation oxydative. Cette référence unique éclairera les cours spécialisés en biochimie et les chercheurs dans leur compréhension du rôle de la biochimie dans la vie humaine.

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Partie 1 : Définition des termes

Espèce

Espèce est un mot latin signifiant "genre" ou "apparence". Sans aucun doute, nous apprenons à distinguer les différents types de plantes et d'animaux - entre les chats et les chiens, par exemple - par leur apparence. Aujourd'hui, les biologistes utilisent de nombreux aspects autres que l'apparence d'un organisme pour caractériser les espèces : les fonctions corporelles, la biochimie, le comportement et la constitution génétique. En tant que tel, il existe de nombreuses façons de définir ce qu'est une espèce. Le concept d'espèce le plus courant est le "concept d'espèce biologique".

Question de laboratoire

Taxonomie

La taxonomie est l'identification et la classification des espèces. Le système taxonomique développé par Linné au XVIIIe siècle est encore utilisé aujourd'hui. Il a deux caractéristiques principales. Tout d'abord, il a attribué à chaque espèce un nom latin en deux parties. Le premier mot du nom est le genre auquel appartient l'espèce. La deuxième partie du nom, le épithète spécifique, fait référence à une espèce du genre. Par exemple, les humains sont Homo sapiens tandis que le rat noir est Rattus rattus et le rat norvégien est Rattus norvegicus. Notez que chaque espèce a son propre nom, mais les deux espèces de rats ont un nom de genre similaire. Cela signifie que les deux espèces de rats appartiennent au même genre et suggèrent qu'elles sont plus étroitement liées l'une à l'autre que l'une d'elles ne le sont aux humains qui appartiennent à un genre différent.

La deuxième composante du système taxonomique développé par Linnaeus adoptait un système de classement pour regrouper les espèces dans une hiérarchie de catégories de plus en plus générales. Les taxonomistes placent les genres apparentés dans le même famille, des groupes de familles apparentées en ordres, des groupes d'ordres liés en Des classes, classe en embranchements (phylum, singulier), phyla en royaumes, et des royaumes dans domaines.

Aujourd'hui, nous allons nous concentrer sur trois des quatre royaumes du domaine Eucarya (organismes à noyaux) : règne Plantes, Royaume Animalia, et royaume Champignons.


Sujets de cours

Description du cours:

Cours d'introduction à la biologie conçu pour les non-scientifiques qui souhaitent

une approche conceptuelle des sujets biologiques. Une introduction à la diversité de la vie : virus, procaryotes, protistes, champignons, plantes et animaux. Les sujets incluront les structures et les fonctions, l'évolution, les interactions environnementales et humaines et l'origine de la vie.

Sujet de la conférence

Numéro de laboratoire et sujet de laboratoire

Introduction à la biodiversité

Darwin et sélection naturelle

Laboratoire 2 : Fossiles et preuves de l'évolution

Atelier 3 : Jeu de sélection naturelle

Laboratoire 4 : Histoire de l'évolution

Lab 6 : Bactéries 1 : Prélèvement d'échantillons

Lab 7 : Bactéries 2 : Les bactéries dans notre environnement

* Chasses au trésor de bactéries en raison

Examen magistral 1

Ch. 1, 16, 17, 18

Lab 8 : Protistes I : Les Algues

Procaryotes : bactéries et archées

Laboratoire 9 : Protistes II : Protozoaires et protistes ressemblant à des champignons

Procaryotes : bactéries et archées

Eucaryotes : Royaume protiste

Protistes ressemblant à des plantes et des algues

* Chasses au trésor protistes dues

Protozoaires et protistes fongiques et ndashlike

Laboratoire 10 : Champignons I : Le corps fongique et amp

Laboratoire 11 : Champignons II : Champignons symbiotiques

Examen magistral 2

Ch. 19, 20, 22

* Champignons chasses au trésor en raison

Résumé de l'article sur la population humaine.

Labo Pratique 1 : Bactéries, Protistes, Champignons

Atelier 12 : Diversité végétale I : mousses, fougères et prêles

Lab 13 : Diversité végétale II : Gymnospermes

Résumé de l'article dû

Lab 14 : Diversité végétale III : Angiospermes

Plantes : Reproduction d'angiospermes et amp

Atelier 15 : Fleurs, fruits et graines

Nutrition et transport des plantes

Examen magistral 3

40, 21, 27, 25, 26

* Chasses au trésor des plantes en raison

Labo Pratique 2 : Plantes

Eucaryotes : règne animal

Lab 17 : Introduction aux corps animaux

Cnidaires, Mollusques, Annélides

Laboratoire 18 : Diversité animale I : Porifères, Cnidaires et Platyhelminthes

Nématodes, arthropodes, échinodermes

Atelier 19 : Diversité animale II : Nématodes, annélides et mollusques

Atelier 20 : Diversité animale III : Arthropodes et échinodermes

Lab 21 : Diversité animale IV :

Animaux : vertébrés et mammifères

* Visite sur le terrain due

Lab 21 : Diversité animale IV :

Animaux : Vertébrés et Mammifères

Lab 22 : Diversité animale V : Vert. 2

* Chasses au trésor d'animaux en raison

Labo Pratique 3 : Animaux


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