Reproduction (biologie)
Pour les articles homonymes, voir Reproduction.
La reproduction est l'ensemble des processus par lesquels une espèce se perpétue, en suscitant la naissance de nouveaux organismes. C'est une des activités fondamentales, avec la nutrition et la croissance, partagées par toutes les espèces vivantes. En effet, toute espèce doit posséder un système de reproduction efficace, sans quoi elle serait menacée d'extinction. La reproduction est donc nécessaire à la perpétuation des espèces dans le temps. Elle peut être couplée à un système de dispersion dans l'espace. Il s'agit de systèmes permettant de coloniser de nouveaux biotopes, et d'augmenter les chances de survie des espèces.
Pour certains auteurs, le terme reproduction serait à réserver à la seule reproduction sexuée[1],[2],[3]. Or, dans la littérature[4], le terme recouvre généralement la reproduction sexuée et la multiplication végétative appelée souvent reproduction asexuée.
Avec des variations dépendant du contexte, des individus, populations et espèces (de faune, flore, fonge ou bactéries), il existe un coût de reproduction[5], correspondant grossièrement aux ressources, énergétiques notamment, que l'individu ou l'espèce alloue à la reproduction. Ces coûts semblent jouer un rôle important dans les processus de sélection naturelle, qu'on peut par exemple analyser selon un modèle coût/avantage. Dans certains cas, les adultes meurent en quelque sorte « au profit » de leur progéniture après avoir produit un grand nombre d'œufs (les saumons après la ponte par exemple). Dans d'autres cas, comme les grands mammifères, les adultes produisent peu de petits, mais consacrent beaucoup d'énergie à les élever et les protéger, au moins dans les premiers temps de leur vie.
Reproduction et multiplication
La reproduction sexuée est assurée par la fécondation, c'est-à-dire par fusion des gamètes mâle et femelle donnant un œuf (ou zygote)[6],[2],[3],[7] . Cette reproduction permet le maintien d'une diversité génétique au sein des populations, car elle assure le brassage génétique.
La multiplication végétative[8],[9] (parfois reproduction asexuée) désigne tous les autres moyens de multiplication où n'interviennent ni gamète ni fécondation. Dans ce cas, le matériel génétique des parents et des descendants reste identique, car seule la mitose assure la transmission de l'information génétique aux nouvelles cellules. C'est une forme de clonage naturel.
La reproduction sexuée
- Cette reproduction fait référence à la rencontre d'individus de types sexuels différents (mâle et femelle, MATa et MATα, + et-) ou, seulement de cellules de types différents. Elle n'implique pas forcément d'accouplement ou de copulation, car des organismes immobiles comme les plantes, les champignons, les moules, sont aussi capables de reproduction. La reproduction n'est partagée que par les espèces eucaryotes, ce qui permet chez elles le brassage génétique.
Dans une même espèce, les individus ont quasiment le même nombre de gènes (35 000 chez les humains par exemple). En revanche, les versions de ces gènes (les allèles) ne sont pas les mêmes. C'est pour cela que chaque individu est différent. Chez les espèces eucaryotes, la reproduction est l'occasion de brasser, ou de mélanger ces allèles entre deux individus, en général de sexes opposés. Cela produit une nouvelle combinaison d'allèles, donc un nouveau génome. Ceci permet l'évolution des populations, et si l'environnement venait à se modifier (réchauffement du climat, nouveau parasite…), ces nouvelles combinaisons pourront être favorisées par la sélection naturelle.
À chaque génération ou cycle de reproduction, on retrouve au niveau cellulaire les mêmes étapes:
- méiose, qui produit des cellules (gamètes ou gamétophytes, selon que la cellule produite participe directement ou non à la fécondation) portant la moitié des gènes du parent,
- fécondation, qui est la réunion de 2 gamètes (spermatozoïde et ovule), pour reconstituer un génome entier, mais original.
Inconvénients
- Elle nécessite normalement la présence d'un second individu. C'est pour éviter ce problème qu'elle a parfois évolué en parthénogenèse, multiplication à partir des ovules sans partenaire, et donc sans fécondation — cas des pucerons, des daphnies, etc. Un animal isolé découvrant un nouveau territoire ne pourra propager l'espèce — sauf s'il s'agit bien sûr d'une femelle fécondée.
- Ce partenaire doit souvent être recherché, ce qui peut être difficile ou dangereux, par exemple les mâles de la même espèce doivent souvent se battre entre eux pour conquérir les femelles.
- La reproduction suppose parfois une concurrence entre mâles ou femelles, donc une compétition. Celle-ci peut demander un surcroit de ressources, une baisse de vigilance vis-à-vis des prédateurs, parfois des blessures ou la mort.
- En cas d'accouplement, il y a un risque d'échange d'agents infectieux — bactérie, virus, champignons, divers parasites…
- De nombreux gamètes doivent être produits et, s'agissant des mâles, ils sont souvent perdus.
- Complexité accrue du génome qui doit développer deux versions différentes mais compatibles : l'une mâle, l'autre femelle au sein de chaque individu (deux allèles issues des deux parents). De plus, l'espèce est contrainte à un processus évolutif plus lent afin de conserver la compatibilité, là où les individus asexués peuvent muter beaucoup plus rapidement pour s'adapter aux changements tels de nombreuses bactéries et virus.
- Réduction de la diversité du vivant réduite aux quelques espèces communes, plutôt qu'à des « individus asexués » tous radicalement différents évoluant séparément avec le temps en autant d'embranchements évolutifs que d'êtres vivants sans les contraintes liées à l'espèce. Ainsi, tous les individus semblables d'une même espèce ont tous les mêmes « points faibles », ce qui peut précipiter la fin de toute l'espèce en peu de temps, par un changement climatique ou un nouveau prédateur.
- Le brassage génétique issu de la reproduction est un avantage pour l'espèce (puisqu'elle fait s'associer un jour ou l'autre les meilleurs gènes) mais cela est un inconvénient majeur pour l'individu. Rien ne dit que la combinaison de ses gènes avec ceux venant de l'autre partenaire (même sélectionné) ne donnera pas des individus déficients. C'est le cas de toutes les maladies génétiques récessives, invisibles chez les parents.
Le faible nombre de descendants est un autre inconvénient, mais qui n'est pas spécifique au mode sexué. De même, les ressources alimentaires ou énergétiques nécessaires pour produire les gamètes sont considérables dans tout type de reproduction.
Avantages
- Accentuation de la « sélection naturelle » causée par la difficulté de reproduction, ce qui élimine les moins aptes et favorise le croisement des meilleurs individus.
- Recombinaison génétique au cours de la méiose et réparation chromosomique pour réduire les mutations non désirées.
- Théorie du changement adaptatif : diminution du nombre des maladies récessives.
- « Semble lié à une longue vie »
On peut toutefois remarquer que :
- Les maladies récessives ne se manifestent pas dans le cas de la reproduction non sexuée, un individu qui se divise donnant deux individus génétiquement identiques donc peut-être porteurs sains mais non malades. Ce n'est qu'en cas de reproduction que la maladie risque se manifester chez ses descendants…
- Si on met à part les risques liés aux inconvénients listés plus haut et de nature à raccourcir la durée de vie, force est de constater que les individus les plus vieux de la planète (comme les arbres millénaires) peuvent tous se multiplier sans le mode sexué… Une plante que l'on bouture à l'infini est virtuellement immortelle, tout comme les bactéries ou même les animaux qui se multiplient ainsi.
Effets génétiques
Une reproduction faisant intervenir la méiose et la fécondation ne reproduit pas à l'identique le patrimoine génétique des parents. Un enfant n'a pas les combinaisons d'allèles que son père ou sa mère mais un mélange des deux.
La reproduction sexuée permet en effet la transmission des gènes d'une génération à l'autre mais en induisant de la variabilité génétique. C'est le brassage génétique qui permet une évolution de l'information génétique (indispensable à long terme pour permettre aux espèces de s'adapter par la sélection du milieu selon la vision évolutionniste de Darwin).
La multiplication végétative
- Chez les espèces unicellulaires, la division cellulaire assure ce type de reproduction de cellules. Toutes les cellule filles issues d'une même cellule mère disposent d'un patrimoine génétique identique au parent dont elles sont issues, sauf erreurs de copie et/ou mutation de ses gènes. Toutefois, la machinerie moléculaire d'un parent n'est pas nécessairement héritée de manière équitable par ses cellules filles.
- Pour les organismes pluricellulaires, dans tous les cas le schéma est le même : l'organisme « parent » se sépare d'une ou plusieurs cellules, qui seront alors chargées de reconstruire un nouvel organisme (un clone). Puisque la formation de ces cellules ne s'est faite que par mitose (ou division bactérienne), le matériel génétique n'est pas changé.
- Lorsqu'une seule cellule est dispersée, on parle de spore, qui donne l'aspect poudreux des moisissures, par exemple.
- Si c'est un groupe de cellules ou un organe, on peut parler de propagule (hydre), de stolon (fraisier)…
- Parfois, l'organisme se sépare en deux, ou plusieurs parties équivalentes (plathelminthes, certaines annélides, plantes à rhizome…)
Stratégies démographiques de reproduction
La survie de l'espèce devant être assurée constamment, face à des environnements différents, l'évolution a sélectionné une variété de stratégies différentes[10]. En voici les deux descriptions extrêmes :
- Les espèces qui vivent dans les milieux instables et imprévisibles adoptent une stratégie de la reproduction rapide et massive : c'est la stratégie r. C'est le cas des micro-organismes détritivores : moisissures, bactéries…
- Dans les milieux prévisibles, aux variations stables ou cycliques, la stratégie sélectionnée est celle de la reproduction moins rapide mais efficace, notamment par rapport aux quantités de ressources nécessaires. C'est la stratégie K. C'est l'exemple des organismes complexes (mammifères…).
Par exemple, chez les vertébrés, l'élan a une stratégie K : peu de descendants, allaitement… En revanche, la grenouille est caractérisée par une stratégie R : beaucoup de descendants et de mortalité, aucun soin aux jeunes.
Reproduction et colonisation de nouveaux milieux
Chez de nombreuses espèces, animales ou végétales, les organismes adultes (aptes à se reproduire) sont immobiles : plantes, champignons, huître, corail… Les systèmes de reproduction sont alors couplés à des systèmes de dispersion des jeunes organismes :
- une plantule contenue dans une graine et éventuellement un fruit ;
- des spores (de champignon, de fougère, de bactérie…) ;
- des larves (corail, moule…) ;
- des œufs (Tenia…).
Comme ces jeunes structures sont petites et légères, le transport est passif. Il est assuré par le vent, les courants d'eau, ou encore grâce à d'autres espèces.
La reproduction des informations génétiques
Que ce soit pour la reproduction sexuée ou la multiplication végétative, l'hérédité n'est possible que si le support de l'information génétique (l'ADN) est dupliqué et transmis au nouvel organisme. Cela est possible dans tous les cas grâce à la Réplication de l'ADN, qui précède généralement toute division cellulaire comme la mitose ou la méiose . Le mode de réplication de l'ADN est universel dans le monde vivant : c'est le mode semi-conservatif.
Reproduction entre variétés ou espèces différentes
Le produit d'une reproduction réussie peut ne pas appartenir à la même espèce, stricto sensu. En effet, certaines espèces différenciées depuis peu de temps à l'échelle du temps restent assez voisines pour que la procréation sexuée reste possible, même si le produit (hybride) est rarement fertile. Le cas est bien connu :
Le phénomène peut même prendre une extension spectaculaire, avec des variations importantes dans la structure génétique (modification importante dans le nombre et la structure des chromosomes) et la forme et les caractéristiques de l'hybride :
- entre certains végétaux : blé et seigle : triticale ;
- Miscanthus géant, une graminée hybride stérile, mais qui peut se développer par ses rhizomes, qui atteint et dépasse 4 mètres de hauteur.
Notes et références
- ↑ Dictionnaire raisonné de biologie, Jean-Louis Morère et Raymond Pujol, éditions Frison-Roche, 2003.
- 1 2 Ziller Catherine et Camefort Henri. Reproduction. Encyclopédia Universalis, 2006
- 1 2 Biologie et phylogénie des algues - Tome 1 de Bruno de Reviers. Ed. Belin, 2002.
- ↑ Dans la littérature, le terme reproduction seul désigne la reproduction sexuée lorsqu'il n'y pas de reproduction asexuée de manière habituelle (ex : la reproduction humaine). Chez les végétaux le terme reproduction englobe souvent les 2 types de reproduction. Exemples: , , , , page 3, , ,
- ↑ Reznick, D. 1985 Costs of reproduction: an evaluation of the empirical evidence. Oikos 44: 257–267 (Résumé via CrossRef)
- ↑ Dictionnaire raisonné de biologie, Jean-Louis Morère et Raymond Pujol, editions Frison-Roche, 2003.
- ↑ Dictionnaire de botanique de Bernard Boullard. Ed. Ellipses, 1988
- ↑ Biologie de Neil A. Campbell, Jane B. Reece éd De Boeck 2004, trad française de Biology, 2002 def p250 manuel de référence pour l'enseignement supérieur. (ISBN 2-8041-4478X)
- ↑ Biologie générale de Paulette Van Gansen et Henri Alexandre, ed Dunod 2004
- ↑ Lodé Thierry, Stratégies de reproduction des animaux, Paris, Dunod Masson Sciences, (ISBN 2100057391)
Voir aussi
Articles connexes
- Physiologie de la reproduction
- Comportement sexuel
- Biologie de la reproduction
- Déterminisme du sexe
- Evolution de l'allocation à la reproduction
Liens externes
- La reproduction : ovogenèse et folliculogénèse
Portail de la biologie