REPRODUCTION SEXUÉE: CARACTÉRISTIQUES, TYPES, PLANTES, ANIMAUX - LA BIOLOGIE - 2025

La reproduction sexuée est la multiplication d'individus de deux parents de sexes différents: mâle et femelle - sauf lorsqu'il s'agit de la reproduction sexuée chez des bactéries ou des protozoaires, où il n'y a pas de distinction de sexe. C'est un processus largement répandu dans les organismes eucaryotes.

Chaque individu qui participe à la reproduction sexuée produit un type de cellules germinales spécialisées: le sperme et les ovules. Ceux-ci sont causés par un type de division cellulaire spécialisée, appelée méiose. Cet événement est la différence cruciale entre la reproduction asexuée et sexuée.

Source: Par Manojiritty, de Wikimedia Commons

Le processus commence par l'union de deux gamètes qui donnent naissance à un zygote. Plus tard, le zygote donne naissance à un nouvel individu avec des caractéristiques de ses deux parents et avec certaines caractéristiques uniques.

En raison de l'ubiquité du processus, nous en déduisons que la reproduction sexuée comporte une série d'avantages par rapport à la reproduction asexuée. Cependant, les inconvénients possibles de la reproduction sexuée sont plus visibles: le temps et l'énergie investis dans la recherche de partenaires, la compétition pour les femelles, le coût de production des gamètes non fécondés, entre autres.

Les coûts semblent très élevés, ils doivent donc présenter des avantages substantiels pour contribuer à les compenser. Les avantages de la reproduction sexuée ont fait l'objet de controverses et de débats parmi les biologistes évolutionnistes.

Une hypothèse suggère que la reproduction sexuée est bénéfique puisqu'elle produit des variétés qui, en période de changements environnementaux, pourraient être bénéfiques pour l'espèce. En fait, la production de variabilité génétique est l'un des avantages attribués au sexe.

D'autre part, certains chercheurs proposent que la reproduction sexuée, en particulier la recombinaison, a été choisie comme mécanisme de réparation de l'ADN. Cependant, la prévalence du sexe, malgré ses coûts, est encore inconnue.

Caractéristiques générales

Le sexe est un phénomène complexe qui varie considérablement selon les taxons eucaryotes. En général, on peut le comprendre comme un processus qui comporte trois étapes: la fusion de deux noyaux haploïdes, le phénomène de recombinaison qui produit de nouveaux génotypes et la division de cellules diploïdes pour former des noyaux haploïdes.

De ce point de vue, le sexe chez les eucaryotes dépend d'un cycle de vie, dans lequel les cellules diploïdes doivent se diviser par méiose. Ce processus de division méiotique est responsable de la distribution du matériel génétique des futurs gamètes.

La méiose vise à séparer les chromosomes homologues, de telle sorte que chaque gamète possède la moitié des chromosomes somatiques. En plus de réduire la charge génétique, dans la méiose, l'échange de matériel entre chromatides non soeurs se produit également, produisant des combinaisons totalement nouvelles.

Gamètes

Les gamètes sont les cellules sexuelles des organismes générés par la méiose et contiennent la moitié de la charge génétique, c'est-à-dire qu'ils sont haploïdes.

Les gamètes varient à la fois chez les plantes et chez les animaux et sont classés en trois catégories fondamentales en fonction de leur taille et de leur mobilité relative: l'isogamie, l'anisogamie et l'ogamie.

L'isogamie est une forme de reproduction sexuée où les gamètes qui fusionnent pour donner naissance au nouvel individu sont identiques en taille, mobilité et structure. L'isogamie est représentée principalement dans les plantes.

En revanche, l'anisogamie consiste en l'union de deux gamètes qui diffèrent par leur taille et leur structure. Un type particulier d'anisogamie est l'ogamie, où les gamètes mâles sont de taille relativement petite et en nombre abondant. Les femelles sont beaucoup plus visibles et sont produites en moins grand nombre.

Reproduction sexuée chez les animaux

Dans le règne animal, la reproduction sexuée est un phénomène largement répandu parmi les membres du groupe.

Presque tous les invertébrés et vertébrés possèdent les sexes dans des organismes séparés - c'est-à-dire que nous pouvons distinguer un homme et une femme dans une espèce. Cette condition est appelée dioïque, un terme dérivé des racines grecques «deux maisons»

En revanche, il existe certaines espèces moins nombreuses dont les sexes sont présents chez le même individu dit monoïque: «une maison». Ces animaux sont également connus sous le nom d'hermaphrodites.

La distinction entre les sexes n'est pas donnée par des caractéristiques morphologiques de taille ou de coloration, mais par le type de gamètes que produit chaque sexe.

Les femelles produisent les ovules, caractérisés par leur grande taille et leur immobilité. Les spermatozoïdes, par contre, sont produits par les mâles en plus grande quantité, ils sont beaucoup plus petits et ont des structures spéciales pour déplacer et fertiliser l'ovule.

Ensuite, nous décrirons les organes sexuels typiques des animaux, puis nous détaillerons le processus de reproduction dans chaque groupe animal.

Structures associées à la reproduction

Les cellules spécialisées pour la reproduction sexuée - ovules et spermatozoïdes - sont produites dans des tissus spécifiques appelés gonades.

Chez les mâles, les testicules sont responsables de la production de spermatozoïdes, tandis que les gamètes femelles se forment dans les ovaires.

Les gonades sont considérées comme les principaux organes sexuels. Les organes sexuels accessoires sont présents dans un groupe important de métazoaires qui sont responsables de la réception et du transfert des ovules et du sperme. Chez les femmes, nous trouvons le vagin, les trompes utérines ou les trompes de Fallope et l'utérus, tandis que chez les hommes, il y a le pénis.

Poreux

Les porifères sont communément appelés éponges et peuvent se reproduire à la fois sexuellement et asexuellement. Dans la plupart des espèces, la production de gamètes mâles et femelles se produit chez un seul individu.

Les choanocytes sont un type particulier de cellule de cette lignée, qui peut se transformer en spermatozoïdes. Dans d'autres groupes, les gamètes peuvent être dérivés d'archéocytes.

De nombreuses espèces sont vivipares, ce qui indique qu'après le phénomène de fécondation, le zygote est retenu par l'organisme parental jusqu'à la libération d'une larve. Chez ces espèces, le sperme est libéré dans l'eau et repris par une autre éponge.

Cnidaires

Les cnidaires sont des organismes marins qui comprennent des méduses et autres. Ces animaux ont deux morphologies: le premier est le polype et se caractérise par un mode de vie sessile, tandis que le second est la méduse capable de bouger et de flotter.

Les polypes se reproduisent généralement de manière asexuée par des processus de bourgeonnement ou de fission. La méduse est dioïque et se reproduit sexuellement. Le cycle de vie de ce groupe est très variable.

Acélomorphes et vers plats

Les vers plats, tels que les planaires, sont principalement connus pour leur capacité à se régénérer et à produire plusieurs clones de manière asexuée à partir d'un seul individu.

La plupart de ces animaux vermiformes sont monoïques. Cependant, ils recherchent un partenaire pour effectuer la fertilisation croisée.

Le système reproducteur masculin comprend plusieurs testicules et une structure en forme de papille semblable aux pénis de vertébrés complexes.

Mollusques et annélides

La plupart des mollusques sont dioïques et leur reproduction donne naissance à une larve nageant librement appelée trocófera (très similaire aux larves présentes dans les annélidés) et varie selon les espèces de mollusques.

De même, les annélidés ont des sexes séparés et dans certains ils ont des gonades qui apparaissent temporairement.

Les arthropodes

Les arthropodes sont un groupe d'animaux extrêmement diversifié, caractérisé par un exosquelette composé de chitine et d'appendices articulés. Cette lignée comprend les myriapodes, les chélicères, les crustacés et les hexapodes.

Les sexes sont généralement séparés, les organes spécialisés dans la reproduction apparaissent par paires. La plupart des espèces ont une fécondation interne. Ils peuvent être ovipares, ovovivipares ou vivipares.

Échinodermes

Les échinodermes comprennent les étoiles de mer, les concombres de mer, les oursins et similaires. Bien qu'il existe quelques espèces hermaphrodites, la plupart se caractérisent par des sexes séparés. Les gonades sont de grandes structures, les canaux sont simples et il n'y a pas d'organes copulateurs élaborés.

La fécondation se produit à l'extérieur et une larve bilatérale se développe et peut se déplacer librement dans le plan d'eau. Certaines espèces ont un développement direct.

Accords

La plupart des sexes sont séparés. Dans ce groupe, nous trouvons des organes plus complexes pour la reproduction. Chaque sexe a des gonades avec des conduits qui dirigent les produits de ceux-ci vers un cloaque ou vers une ouverture spéciale située près de l'anus. Selon le groupe, la fécondation peut être externe ou interne.

Parthénogenèse chez les animaux

La parthénogenèse est un phénomène largement représenté dans le règne animal, principalement chez les invertébrés et certains vertébrés, qui permet la génération d'un nouvel individu avec un seul parent. Bien qu'il s'agisse d'une forme de reproduction asexuée, certains types de parthénogenèse sont considérés comme des types de reproduction sexuée.

Dans la parthénogenèse méiotique, un ovule est formé par méiose et peut ou non être fécondé par le sperme d'un mâle.

Dans certains cas, les œufs doivent être activés par le gamète masculin. Dans ce cas, il n'y a pas de fusion des deux noyaux, puisque le matériel génétique du sperme est rejeté.

Cependant, chez certaines espèces, l'ovule peut se développer spontanément sans avoir besoin du processus d'activation.

Reproduction sexuée chez les plantes

Comme dans le cas des animaux, les plantes peuvent subir une reproduction sexuée. Il consiste en l'union de deux gamètes haploïdes qui donneront naissance à un nouvel individu aux caractéristiques génétiques uniques.

La plante peut avoir les organes mâles et femelles en un seul individu ou ils peuvent être séparés. Chez le concombre et le laiteux, les sexes sont séparés, tandis que chez les roses et les pétunias, les sexes sont ensemble.

La fleur

Les fleurs sont l'organe responsable des processus de reproduction sexuée. Ces structures spécialisées ont des régions qui ne participent pas directement à la reproduction: le calice et la corolle, et des structures sexuellement actives: l'androcée et la gynécée.

L'androcée est l'organe reproducteur mâle composé d'une étamine, qui à son tour est divisée en un filament et une anthère. Cette dernière région est responsable de la production de grains de pollen.

Le gynécée est l'organe de la fleur femelle et est composé d'unités appelées carpelles. La structure est semblable à une «goutte» allongée et se divise en stigmate, en style et enfin en ovaire.

Pollinisation

Le processus de reproduction sexuée des plantes se produit principalement par pollinisation, qui consiste en le transport des grains de pollen de l'anthère au stigmate.

La pollinisation peut se produire dans la même fleur (les grains de pollen vont à l'organe femelle de la même plante) ou elle peut être croisée, où les grains de pollen fécondent un individu différent.

Dans la plupart des plantes, l'intervention d'un animal est nécessaire pour effectuer la pollinisation. Il peut s'agir d'invertébrés tels que les abeilles ou d'autres insectes ou vertébrés tels que les oiseaux et les chauves-souris. La plante offre au pollinisateur le nectar en guise de récompense et il se charge de disperser le pollen.

Les structures florales qui ne participent pas directement à la reproduction sont la corolle et le calice. Ce sont des feuilles modifiées, dans de nombreux cas aux couleurs vives et vibrantes, qui sont responsables d'attirer visuellement ou chimiquement le pollinisateur potentiel.

De même, certaines plantes n'ont pas besoin de pollinisateurs animaux et utilisent le vent ou l'eau pour disperser le pollen.

Fertilisation, graines et fruits

Le processus commence par l'arrivée des grains de pollen à la stigmatisation de la fleur. Ceux-ci voyagent par style jusqu'à ce qu'ils trouvent l'ovaire.

La double fertilisation est typique des plantes à fleurs et unique parmi tous les organismes. Le phénomène se produit comme suit: un noyau de spermatozoïdes s'unit à un ovule, et un autre noyau de spermatozoïdes fusionne avec un embryon diploïde du sporophyte.

Le résultat de cet événement de fécondation inhabituel est un endosperme trioploïde qui agira comme un tissu nutritif pour le développement de l'organisme. Une fois la maturation réussie des ovules, ils se transforment en graines. Le fruit, par contre, est formé par les ovaires matures.

Le fruit peut être qualifié de simple s'il provient d'un ovaire mature et être ajouté s'il se développe à partir de plusieurs ovaires, comme la fraise par exemple.

Reproduction sexuée chez les bactéries

Les bactéries sont principalement connues pour leur capacité à se reproduire de manière asexuée.

Dans cette lignée procaryote, un individu est capable de se diviser en deux par un processus appelé fission binaire. Cependant, il existe une série de mécanismes dans les bactéries qui rappellent la reproduction sexuée puisqu'il y a un échange de matériel génétique.

Jusqu'au milieu des années 40, on pensait que les bactéries se reproduisaient exclusivement de manière asexuée. Cependant, les chercheurs Joshua Lederberg et Edward Tatum ont réfuté cette croyance grâce à une expérience ingénieuse utilisant la bactérie E. coli avec des besoins alimentaires différents comme modèle.

L'expérience consistait en une souche A poussant dans un milieu minimal avec de la méthionine et de la biotine, et une souche B qui ne poussait que dans des environnements contenant de la thréonine, de la leucine et de la thiamine. En d'autres termes, chaque souche portait une mutation qui l'empêchait de synthétiser ces composés, il fallait donc les synthétiser dans le milieu de culture.

Lorsque les colonies ont été en contact pendant quelques heures, les individus ont acquis la capacité de synthétiser des nutriments qu'ils ne pouvaient auparavant pas. Ainsi, Lederberg et Tatum ont démontré qu'il y avait un processus d'échange d'ADN similaire à la reproduction sexuée et l'ont appelé conjugaison.

Conjugaison

Le processus de conjugaison se produit à travers une structure en forme de pont appelée pili sexuel, qui lie physiquement deux bactéries ensemble et leur permet d'échanger de l'ADN.

Comme les bactéries n'ont pas de dimorphisme sexuel, nous ne pouvons pas parler d'hommes et de femmes. Cependant, un seul type peut produire des pili, et ils ont des fragments d'ADN spéciaux appelés facteur F, pour «fertilité». Le facteur F possède les gènes de la production de pili.

L'ADN impliqué dans l'échange ne fait pas partie du chromosome bactérien unique. Il s'agit plutôt d'une partie circulaire isolée appelée plasmide, qui possède son propre système de réplication.

Transformation

En plus de la conjugaison, il existe d'autres processus dans lesquels les bactéries peuvent obtenir un ADN supplémentaire et se caractérisent par le fait qu'elles sont plus simples que la conjugaison. L'un d'eux est la transformation, qui consiste à prélever de l'ADN nu dans l'environnement extérieur. Ce fragment d'ADN exogène peut être intégré dans le chromosome bactérien.

Le mécanisme de transformation entre dans le concept de reproduction sexuée. Bien que les bactéries prenaient de l'ADN libre, ce matériel génétique devait provenir d'un autre organisme - par exemple une bactérie qui mourait et qui libéra son ADN dans l'environnement.

Transduction

Le troisième et dernier mécanisme connu chez les bactéries pour obtenir de l'ADN étranger est la transduction. Cela implique la participation d'un virus qui infecte les bactéries: les bactériophages.

En transduction, un virus prend une partie de l'ADN bactérien et lorsqu'il infecte une bactérie, une différence peut lui transmettre ce fragment. Certains auteurs utilisent le terme «événements parasexuels» pour désigner ces trois mécanismes.

Perspective évolutive

L'ubiquité de la reproduction sexuée dans les organismes est un fait remarquable. Par conséquent, l'une des plus grandes questions de la biologie évolutive est de savoir pourquoi le sexe est répandu à travers tant de lignées si c'est une activité énergétiquement coûteuse - et dans certains cas même dangereuse.

On soupçonne que les forces sélectives à l'origine de la reproduction sexuée chez les eucaryotes sont les mêmes que celles qui maintiennent les processus parasexuels décrits pour les bactéries.

Coûts sexuels

À la lumière de l'évolution, le terme «succès» fait référence à la capacité d'un individu à transmettre ses gènes à la génération suivante. Paradoxalement, le sexe est un processus qui ne répond pas pleinement à cette définition, puisqu'une série de coûts associés à la reproduction.

La reproduction sexuée implique de trouver un partenaire et dans la plupart des cas cette tâche n'est pas anodine. Une quantité énorme de temps et d'énergie doit être investie dans cette entreprise qui déterminera le succès de la progéniture - en termes de recherche de «la partenaire idéale».

Les animaux présentent une série de rituels pour courtiser leurs compagnons potentiels et, dans certains cas, ils doivent se battre pour exposer leur propre vie pour parvenir à la copulation.

Même au niveau cellulaire, le sexe est cher, car la division par méiose prend beaucoup plus de temps que la mitose. Alors pourquoi la plupart des eucaryotes se reproduisent-ils sexuellement?

Il existe deux théories fondamentales. La première est liée à la fusion cellulaire comme mécanisme de transmission horizontale d'un élément génétique «égoïste», tandis que la seconde théorie propose la recombinaison comme mécanisme de réparation de l'ADN. Ci-dessous, nous décrirons les avantages et les inconvénients de chaque théorie:

Avantages sexuels

Pour répondre à cette question, nous devons nous concentrer sur les avantages possibles de la reproduction sexuée chez les premiers eucaryotes.

La fusion de gamètes pour former un zygote conduit à une combinaison de deux génomes différents capables de compenser d'éventuels gènes défectueux dans un génome par une copie normale de l'autre.

Chez l'homme, par exemple, nous héritons d'une copie de chaque parent. Si nous héritons d'un gène défectueux de notre mère, le gène normal de notre père peut le compenser (dans un cas tel que la pathologie ou la maladie se présente uniquement comme homozygote récessive).

Une deuxième théorie - pas aussi intuitive que la première - propose que la méiose agit comme un mécanisme de réparation de l'ADN. Les dommages au matériel génétique sont un problème auquel tous les organismes doivent faire face. Cependant, il existe des organismes qui ne se reproduisent que de manière asexuée et leur ADN n'est pas particulièrement endommagé.

Une autre hypothèse affirme que le sexe peut avoir évolué comme une adaptation parasitaire entre des éléments génétiques égoïstes, afin d'être distribué à d'autres lignées génétiques. Un mécanisme similaire a été mis en évidence dans E. coli.

Bien qu'il existe des explications possibles, l'évolution du sexe est un sujet de débat houleux parmi les biologistes évolutionnistes.

Sélection sexuelle

La sélection sexuelle est un concept introduit par Charles Darwin qui n'est applicable qu'aux populations se reproduisant sexuellement. Il est utilisé pour expliquer la présence de comportements, de structures et d'autres attributs dont l'existence ne peut être conçue par sélection naturelle.

Par exemple, le plumage très coloré et quelque peu «exagéré» des paons n'apporte pas d'avantages directs à l'individu, car il le rend plus visible aux prédateurs potentiels. De plus, il n'est présent que chez les hommes.

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