7.1 : Reproduction sexuelle
- Page ID
- 186348
La reproduction sexuée a été une innovation évolutive précoce après l'apparition des cellules eucaryotes. Le fait que la plupart des eucaryotes se reproduisent sexuellement est la preuve de son succès évolutif. Chez de nombreux animaux, c'est le seul mode de reproduction. Et pourtant, les scientifiques reconnaissent certains inconvénients réels de la reproduction sexuelle. À première vue, une progéniture génétiquement identique au parent peut sembler plus avantageuse. Si l'organisme parent réussit à occuper un habitat, une progéniture présentant les mêmes caractéristiques connaîtra le même succès. Il existe également un avantage évident pour un organisme qui peut produire une progéniture par bourgeonnement asexué, fragmentation ou œufs asexués. Ces méthodes de reproduction ne nécessitent pas d'autre organisme du sexe opposé. Il n'est pas nécessaire de dépenser de l'énergie pour trouver ou attirer un partenaire. Cette énergie peut être consacrée à la production d'un plus grand nombre de descendants. En effet, certains organismes qui mènent un mode de vie solitaire ont conservé la capacité de se reproduire de manière asexuée. De plus, les populations asexuées ne comptent que des femmes, de sorte que chaque individu est capable de se reproduire. En revanche, les mâles des populations sexuelles (la moitié de la population) ne produisent pas eux-mêmes de progéniture. De ce fait, une population asexuée peut croître deux fois plus vite qu'une population sexuelle en théorie. Cela signifie qu'en compétition, la population asexuée aurait l'avantage. Tous ces avantages pour la reproduction asexuée, qui sont également des inconvénients pour la reproduction sexuée, devraient signifier que le nombre d'espèces à reproduction asexuée devrait être plus courant.
Cependant, les organismes multicellulaires qui dépendent exclusivement de la reproduction asexuée sont extrêmement rares. Pourquoi la reproduction sexuée est-elle si courante ? C'est l'une des questions importantes de la biologie et elle a fait l'objet de nombreuses recherches depuis la seconde moitié du XXe siècle jusqu'à aujourd'hui. Cela s'explique probablement par le fait que la variation créée par la reproduction sexuée entre les descendants est très importante pour la survie et la reproduction de ces derniers. La seule source de variation chez les organismes asexués est la mutation. Il s'agit de la source ultime de variation des organismes sexuels. De plus, ces différentes mutations sont continuellement remaniées d'une génération à l'autre lorsque différents parents combinent leurs génomes uniques, et les gènes sont mélangés en différentes combinaisons par le processus de la méiose. La méiose est la division du contenu du noyau qui divise les chromosomes entre les gamètes. La variation est introduite lors de la méiose, ainsi que lorsque les gamètes se combinent lors de la fécondation.
L'ÉVOLUTION EN ACTION : L'hypothèse de la Reine Rouge
Il ne fait aucun doute que la reproduction sexuée apporte des avantages évolutifs aux organismes qui utilisent ce mécanisme pour produire une progéniture. La question problématique est de savoir pourquoi, même dans des conditions relativement stables, la reproduction sexuée persiste alors qu'elle est plus difficile et produit moins de progéniture pour les organismes individuels. La variation est le résultat de la reproduction sexuée, mais pourquoi des variations continues sont-elles nécessaires ? Voici l'hypothèse de la Reine Rouge, proposée pour la première fois par Leigh Van Valen en 1973. 1 Le concept a été nommé en référence à la course de la Reine rouge dans le livre de Lewis Carroll, Through the Looking-Glass, dans lequel la Reine rouge dit qu'il faut courir à pleine vitesse juste pour rester là où l'on se trouve.
Toutes les espèces coévoluent avec d'autres organismes. Par exemple, les prédateurs coévoluent avec leurs proies et les parasites coévoluent avec leurs hôtes. La coadaptation unique des chauves-souris volantes de nuit et de leurs proies est un exemple remarquable de coévolution entre les prédateurs et leurs proies. Les chauves-souris trouvent leurs proies en émettant des clics aigus, mais les papillons ont développé des oreilles simples pour entendre ces clics afin d'éviter les chauves-souris. Les papillons ont également des comportements adaptés, comme s'éloigner de la chauve-souris lorsqu'ils l'entendent pour la première fois ou tomber soudainement au sol lorsque la chauve-souris est sur eux. Les chauves-souris ont développé des clics « silencieux » pour tenter d'échapper à l'ouïe du papillon de nuit. Certains papillons ont développé leur capacité à répondre aux clics des chauves-souris par leurs propres clics afin de confondre les capacités d'écholocation des chauves-souris.
Chaque petit avantage obtenu par une variation favorable donne à une espèce un avantage sur ses concurrents proches, ses prédateurs, ses parasites ou même ses proies. La seule méthode qui permettra à une espèce coévolutive de conserver sa propre part des ressources est également d'améliorer continuellement sa capacité à survivre et à produire une progéniture. Au fur et à mesure qu'une espèce gagne un avantage, d'autres espèces doivent également développer un avantage, sinon elles seront devancées. Aucune espèce ne progresse trop loin, car la variation génétique parmi les descendants issus de la reproduction sexuée fournit à toutes les espèces un mécanisme leur permettant de produire des individus adaptés. Les espèces dont les individus ne peuvent pas suivre le rythme disparaissent. Le slogan de la Reine Rouge était : « Il faut courir autant que possible pour rester au même endroit ». C'est une bonne description de la coévolution entre des espèces concurrentes.
Cycles de vie des organismes se reproduisant sexuellement
La fécondation et la méiose alternent dans les cycles de vie sexuelle. Ce qui se passe entre ces deux événements dépend de l'organisme. Le processus de méiose réduit de moitié le nombre de chromosomes du gamète qui en résulte. La fécondation, c'est-à-dire l'union de deux gamètes haploïdes, rétablit l'état diploïde. Il existe trois catégories principales de cycles de vie dans les organismes multicellulaires : à dominante diploïde, dans laquelle le stade diploïde multicellulaire est le stade de vie le plus évident (et il n'y a pas de stade haploïde multicellulaire), comme chez la plupart des animaux, y compris les humains ; à dominante haploïde, où le stade haploïde multicellulaire est le stade vital le plus évident (et il n'y a pas de stade diploïde multicellulaire), comme pour tous les champignons et certaines algues ; et l'alternance de générations, au cours de laquelle les deux stades, haploïde et diploïde, sont apparents à un degré ou à un autre selon le groupe, comme pour les plantes et certaines algues.
Presque tous les animaux utilisent une stratégie de cycle de vie à dominante diploïde dans laquelle les seules cellules haploïdes produites par l'organisme sont les gamètes. Les gamètes sont produits à partir de cellules germinales diploïdes, une lignée cellulaire spéciale qui ne produit que des gamètes. Une fois que les gamètes haploïdes sont formés, ils perdent la capacité de se diviser à nouveau. Il n'existe aucun stade biologique haploïde multicellulaire. La fécondation se produit par la fusion de deux gamètes, provenant généralement d'individus différents, rétablissant l'état diploïde (Figure\(\PageIndex{1}\) a).
ART CONNECTION
Si une mutation se produit de telle sorte qu'un champignon n'est plus capable de produire un type d'accouplement négatif, sera-t-il toujours capable de se reproduire ?
La plupart des champignons et des algues utilisent une stratégie de cycle de vie selon laquelle le « corps » multicellulaire de l'organisme est haploïde. Au cours de la reproduction sexuée, des cellules haploïdes spécialisées de deux individus se rejoignent pour former un zygote diploïde. Le zygote subit immédiatement une méiose pour former quatre cellules haploïdes appelées spores (Figure\(\PageIndex{1}\) b).
Le troisième type de cycle de vie, utilisé par certaines algues et toutes les plantes, est appelé alternance de générations. Ces espèces possèdent des organismes multicellulaires haploïdes et diploïdes au cours de leur cycle de vie. Les plantes multicellulaires haploïdes sont appelées gamétophytes parce qu'elles produisent des gamètes. La méiose n'intervient pas dans la production de gamètes dans ce cas, car l'organisme qui produit les gamètes est déjà haploïde. La fécondation entre les gamètes forme un zygote diploïde. Le zygote subira de nombreuses mitoses et donnera naissance à une plante multicellulaire diploïde appelée sporophyte. Les cellules spécialisées du sporophyte subiront une méiose et produiront des spores haploïdes. Les spores se transformeront en gamétophytes (Figure\(\PageIndex{1}\) c).
Résumé de la section
Presque tous les eucaryotes se reproduisent par voie sexuée. La variation introduite dans les cellules reproductrices par la méiose semble être l'un des avantages de la reproduction sexuée qui a contribué à son succès. La méiose et la fécondation alternent dans les cycles de vie sexuelle. Le processus de méiose produit des cellules reproductrices génétiquement uniques appelées gamètes, qui possèdent deux fois moins de chromosomes que la cellule mère. La fécondation, c'est-à-dire la fusion de gamètes haploïdes provenant de deux individus, rétablit l'état diploïde. Ainsi, les organismes se reproduisant sexuellement alternent entre les stades haploïdes et diploïdes. Cependant, les modes de production des cellules reproductrices et le délai entre la méiose et la fécondation varient considérablement. Il existe trois grandes catégories de cycles de vie : les cycles de vie à dominance diploïde, démontrée par la plupart des animaux ; à dominance haploïde, démontrée par tous les champignons et certaines algues ; et l'alternance de générations, démontrée par les plantes et certaines algues.
Connexions artistiques
Figure\(\PageIndex{1}\) : Si une mutation se produit de telle sorte qu'un champignon n'est plus capable de produire un type d'accouplement négatif, sera-t-il toujours capable de se reproduire ?
- Réponse
-
Oui, il pourra se reproduire de manière asexuée.
Notes
- 1 Leigh Van Valen, « Une nouvelle loi évolutive », Théorie évolutive 1 (1973) : 1—30.
Lexique
- alternance de générations
- un type de cycle de vie dans lequel les stades diploïde et haploïde alternent
- à dominante diploïde
- un type de cycle de vie dans lequel le stade diploïde multicellulaire est prédominant
- à dominante haploïde
- un type de cycle de vie dans lequel le stade haploïde multicellulaire est prédominant
- gamétophyte
- un stade du cycle de vie haploïde multicellulaire qui produit des gamètes
- cellule germinale
- une cellule spécialisée qui produit des gamètes, tels que des ovules ou des spermatozoïdes
- cycle de vie
- la séquence des événements du développement d'un organisme et de la production de cellules qui produisent une progéniture
- méiose
- un processus de division nucléaire qui donne naissance à quatre cellules haploïdes
- sporophyte
- un stade du cycle de vie diploïde multicellulaire qui produit des spores