43.2 : Fertilisation

Compétences à développer

• Discuter des méthodes de fertilisation internes et externes
• Décrire les méthodes utilisées par les animaux pour le développement de la progéniture pendant la gestation
• Décrire les adaptations anatomiques qui se sont produites chez les animaux pour faciliter la reproduction

La reproduction sexuelle commence par la combinaison d'un spermatozoïde et d'un ovule dans le cadre d'un processus appelé fécondation. Cela peut se produire à l'intérieur (fécondation interne) ou à l'extérieur (fécondation externe) du corps de la femelle. Les humains fournissent un exemple du premier, tandis que la reproduction des hippocampes est un exemple du second.

Fertilisation externe

La fécondation externe se produit généralement dans les milieux aquatiques où les ovules et les spermatozoïdes sont libérés dans l'eau. Une fois que le sperme a atteint l'ovule, la fécondation a lieu. La plus grande partie de la fécondation externe se produit pendant le processus de frai, lorsqu'une ou plusieurs femelles libèrent leurs ovules et que le ou les mâles libèrent leurs spermatozoïdes dans la même zone, en même temps. La libération du matériel reproducteur peut être déclenchée par la température de l'eau ou la durée de la lumière du jour. Presque tous les poissons se reproduisent, tout comme les crustacés (tels que les crabes et les crevettes), les mollusques (tels que les huîtres), les calmars et les échinodermes (tels que les oursins et les concombres de mer). La figure\(\PageIndex{1}\) montre des saumons frayant dans un cours d'eau peu profond. Des grenouilles, comme celles illustrées sur la figure\(\PageIndex{2}\), des coraux, des mollusques et des concombres de mer frayent également.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Les saumons se reproduisent en frayant. (crédit : Dan Bennett)

Figure\(\PageIndex{2}\) : Au cours de la reproduction sexuée chez les crapauds, le mâle saisit la femelle par derrière et féconde les œufs à l'extérieur au fur et à mesure qu'ils sont déposés. (crédit : « Oakley Originals » /Flickr)

Les couples de poissons qui ne sont pas des géniteurs radioactifs peuvent avoir un comportement de parade nuptiale. Cela permet à la femme de sélectionner un homme en particulier. Le déclencheur de la libération des ovules et des spermatozoïdes (frai) provoque le placement de l'ovule et du sperme dans une petite zone, ce qui augmente les possibilités de fécondation.

La fertilisation externe en milieu aquatique protège les œufs du dessèchement. La reproduction généralisée peut entraîner un plus grand mélange de gènes au sein d'un groupe, ce qui entraîne une plus grande diversité génétique et de meilleures chances de survie des espèces dans un environnement hostile. Pour les organismes aquatiques sessiles tels que les éponges, le frai à la volée est le seul mécanisme de fertilisation et de colonisation de nouveaux environnements. La présence d'œufs fécondés et de jeunes en développement dans l'eau favorise la prédation, ce qui entraîne la perte de petits. Par conséquent, des millions d'œufs doivent être produits par des individus et la progéniture produite par cette méthode doit mûrir rapidement. Le taux de survie des œufs produits par le frai à la volée est faible.

Fertilisation interne

La fertilisation interne se produit le plus souvent chez les animaux terrestres, bien que certains animaux aquatiques utilisent également cette méthode. La fécondation interne permet de produire une progéniture de trois manières. Lors de l'oviparité, les œufs fécondés sont pondus à l'extérieur du corps de la femelle et s'y développent en se nourrissant du jaune qui fait partie de l'œuf. Cela se produit chez la plupart des poissons osseux, de nombreux reptiles, certains poissons cartilagineux, la plupart des amphibiens, deux mammifères et tous les oiseaux. Les reptiles et les insectes produisent des œufs coriaces, tandis que les oiseaux et les tortues produisent des œufs dont la coquille contient de fortes concentrations de carbonate de calcium, ce qui les rend durs. Les œufs de poule sont un exemple de ce second type.

Lors de l'ovoviparité, les œufs fécondés sont conservés chez la femelle, mais l'embryon se nourrit du jaune de l'œuf et les jeunes sont pleinement développés à l'éclosion. Cela se produit chez certains poissons osseux (comme le guppy Lebistes reticulatus), certains requins, certains lézards, certains serpents (comme la couleuvre rayée Thamnophis sirtalis), certaines vipères et certains animaux invertébrés (comme la blatte sifflante de Madagascar Gromphadorhina portentosa).

Lors de la viviparité, les petits se développent au sein de la femelle et sont nourris par le sang de la mère par le biais d'un placenta. La progéniture se développe chez la femelle et naît vivante. Cela se produit chez la plupart des mammifères, certains poissons cartilagineux et quelques reptiles.

La fertilisation interne a l'avantage de protéger l'œuf fécondé de la déshydratation à terre. L'embryon est isolé au sein de la femelle, ce qui limite la prédation sur les jeunes. La fécondation interne améliore la fécondation des œufs par un mâle spécifique. Cette méthode produit moins de descendants, mais leur taux de survie est supérieur à celui de la fécondation externe.

L'évolution de la reproduction

Une fois que les organismes multicellulaires ont évolué et développé des cellules spécialisées, certains ont également développé des tissus et des organes dotés de fonctions spécialisées. Un développement précoce de la reproduction s'est produit chez les annélides. Ces organismes produisent des spermatozoïdes et des ovules à partir de cellules indifférenciées de leur coelome et les stockent dans cette cavité. Lorsque le coelome se remplit, les cellules sont libérées par une ouverture excrétrice ou par la scission du corps. Les organes reproducteurs ont évolué avec le développement de gonades qui produisent des spermatozoïdes et des ovules. Ces cellules ont subi une méiose, une adaptation de la mitose, qui a réduit de moitié le nombre de chromosomes dans chaque cellule reproductrice, tout en augmentant le nombre de cellules par division cellulaire.

Des systèmes reproducteurs complets ont été développés chez les insectes, avec des sexes distincts. Les spermatozoïdes sont fabriqués dans les testicules, puis passent par des tubes spiralés jusqu'à l'épididyme pour y être stockés. Les œufs arrivent à maturité dans l'ovaire. Lorsqu'elles sont libérées de l'ovaire, elles se déplacent vers les trompes utérines pour la fécondation. Certains insectes possèdent un sac spécialisé, appelé spermathèque, qui stocke le sperme pour une utilisation ultérieure, parfois jusqu'à un an. La fertilisation peut être effectuée en fonction des conditions environnementales ou alimentaires optimales pour la survie de la progéniture.

Les vertébrés ont des structures similaires, à quelques différences près. Les non-mammifères, tels que les oiseaux et les reptiles, ont une ouverture corporelle commune, appelée cloaque, pour les systèmes digestif, excréteur et reproducteur. Le couplage entre oiseaux implique généralement de placer les ouvertures du cloaque l'une en face de l'autre pour le transfert du sperme. Les mammifères ont des ouvertures séparées pour les systèmes de la femelle et un utérus pour soutenir la progéniture en développement. L'utérus comporte deux chambres chez les espèces qui produisent un grand nombre de descendants à la fois, tandis que les espèces qui produisent une seule progéniture, comme les primates, n'ont qu'un seul utérus.

Le transfert du sperme du mâle à la femelle pendant la reproduction va de la libération du sperme dans l'environnement aqueux pour la fécondation externe, à la jonction du cloaque chez les oiseaux et à la formation d'un pénis destiné à être introduit directement dans le vagin de la femelle chez les mammifères.

Résumé

La reproduction sexuelle commence par la combinaison d'un spermatozoïde et d'un ovule dans le cadre d'un processus appelé fécondation. Cela peut se produire soit à l'extérieur du corps, soit à l'intérieur de la femme. Les deux méthodes présentent des avantages et des inconvénients. Une fois fécondés, les œufs peuvent se développer à l'intérieur ou à l'extérieur de la femelle. Si l'ovule se développe à l'extérieur du corps, il est généralement recouvert d'un revêtement protecteur. L'anatomie animale a développé différentes manières de féconder, de retenir ou d'expulser l'œuf. La méthode de fertilisation varie selon les animaux. Certaines espèces libèrent l'ovule et le sperme dans l'environnement, d'autres retiennent l'ovule et reçoivent le sperme dans le corps de la femme, puis expulsent l'embryon en développement recouvert de coquille, tandis que d'autres espèces retiennent la progéniture en développement pendant la période de gestation.

Lexique

cloaque

ouverture corporelle courante pour les systèmes digestif, excréteur et reproducteur que l'on trouve chez les non-mammifères, tels que les oiseaux

fertilisation externe

fécondation de l'ovule par le sperme à l'extérieur du corps de l'animal, souvent pendant la ponte

fertilisation interne

fécondation de l'ovule par les spermatozoïdes à l'intérieur du corps de la femelle

oviparité

processus par lequel les œufs fécondés sont pondus à l'extérieur du corps de la femelle et s'y développent, en se nourrissant du jaune qui fait partie de l'œuf

ovoviparité

processus par lequel les œufs fécondés sont conservés chez la femelle ; l'embryon se nourrit du jaune de l'œuf et les jeunes sont pleinement développés à l'éclosion

spermathèque

sac spécialisé qui stocke le sperme pour une utilisation ultérieure

viviparité

processus au cours duquel les jeunes se développent au sein de la femelle, en se nourrissant du sang de la mère par le biais d'un placenta