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reproduction

(de reproduire, avec l'influence de production)

Spermatozoïde approchant un ovule
Spermatozoïde approchant un ovule

Propriété caractéristique des structures vivantes qui consiste à édifier, à toutes les échelles d'observation (macromolécule, cellule, organisme), des structures vivantes identiques ou presque identiques à elles-mêmes.

BIOLOGIE

Si l’on excepte les virus qui, incapables de se reproduire seuls, parasitent des cellules (bactériennes ou eucaryotes) pour se multiplier, on distingue deux grands modes de reproduction : la reproduction asexuée et la reproduction sexuée.

La plupart du temps, l’une n’exclut pas l’autre. Ainsi les plantes et de nombreux invertébrés, qui peuvent se reproduire de façon asexuée, le font également de façon sexuée. Chez les invertébrés, le choix dépend souvent des conditions du milieu : si celles-ci sont favorables, ils se multiplient de façon asexuée ; si elles deviennent difficiles, ils ont recours au procédé sexué.

La reproduction asexuée

La reproduction asexuée est une simple autoreproduction ; il n’y a ni formation de gamètes ni fécondation. Le nouvel individu, qui se forme directement à partir de l’individu « parent », lui est génétiquement identique : la reproduction asexuée produit des clones.

La reproduction asexuée est le mode de reproduction des organismes unicellulaires (bactéries et protistes), qui se multiplient par scissiparité (la cellule, après s’être allongée, se divise simplement en deux).

Elle est courante chez les végétaux (c’est la multiplication végétative), chez lesquels elle se pratique selon diverses modalités (bourgeonnement, drageonnement…).

Dans le règne animal, elle se rencontre essentiellement chez les invertébrés (vers, hydrozoaires, insectes, etc.), chez lesquels elle existe sous trois formes : la scissiparité, le bourgeonnement et la parthénogenèse. Rare chez les vertébrés, on la rencontre toutefois chez quelques reptiles (parthénogenèse chez certains lézards).

→ bourgeonnement, parthénogenèse.

La reproduction sexuée

Modalités générales

La reproduction sexuée est généralement biparentale, mettant en œuvre l'union de deux individus distincts de la même espèce. Ces deux individus n'étant jamais identiques entre eux, le produit de leur union ne l'est ni à l'un ni à l'autre.

La reproduction sexuée implique l’existence de deux cellules spécialisées, les cellules reproductrices, ou gamètes (ou cellules sexuelles). Le gamète mâle (spermatozoïde) et le gamète femelle (ovule) fusionnent au cours de la fécondation. De celle-ci naît une cellule-œuf, ou zygote, dont l’information génétique provient pour moitié de chaque parent.

Reproductions particulières

En conditions défavorables, les bactéries sont capables d’échanger deux par deux du matériel génétique selon un phénomène appelé conjugaison. Cependant, il n’y a pas de descendance : les deux « parents » ont simplement échangé des gènes.

Chez de nombreux protistes (les paramécies par exemple), un processus également appelé conjugaison est une forme de reproduction sexuée produisant des cellules-filles (8 cellules-filles pour 2 cellules parents).

Avantages de la reproduction sexuée

Contrairement à la reproduction asexuée, qui aboutit à la formation d'individus (végétaux ou animaux) rigoureusement conformes à leur parent, la reproduction sexuée permet l'apparition, au sein d'une même espèce, d'individus tous différents, et donc tous uniques. En effet, ces nouveaux individus, issues de la fusion de deux gamètes – phénomène appelé fécondation –, ont un patrimoine génétique (l'ADN, qui s'organise, à certains moments de la vie cellulaire, en chromosomes) qui provient à parts égales de chacun des deux parents. Aussi la reproduction sexuée permet-elle un brassage génétique ; celui-ci favorise l'évolution par sélection des plus adaptés et la survie de l'espèce.

LA REPRODUCTION DES PLANTES

Les plantes peuvent se reproduire de façon sexuée ou asexuée. La reproduction asexuée, ou multiplication végétative, est très largement utilisée par les végétaux – elle est beaucoup plus répandue dans le règne végétal que dans le règne animal. La reproduction sexuée fait intervenir le transport du pollen (qui renferme les cellules mâles) des organes mâles vers les organes femelles – c’est la pollinisation.

La multiplication végétative

Modalités

À partir d'une plante se forment une ou plusieurs autres plantes, qui sont en général génétiquement identiques à la plante dont elles sont issues ; il s'agit donc d'un clonage.

La reproduction asexuée peut se faire par simple fragmentation de la plante ou par bourgeonnement (de petites excroissances se développent, par exemple, sur les feuilles [cas des Kalanchoe], puis s'en détachent, s'enracinent et forment un nouveau plant).

Elle peut se faire aussi grâce aux bourgeons des tiges souterraines ou des racines (phénomène du drageonnement), ou par le biais de la multiplication des organes souterrains de réserve (ainsi, pour une pomme de terre plantée, on récolte plusieurs tubercules, dont chacun peut former une nouvelle plante l'année suivante).

Applications

L'homme utilise la propriété des plantes à se reproduire de façon végétative pour les multiplier par bouturage ou par la division des touffes, tubercules, bulbes ou rhizomes. La greffe est une variante du bouturage, dans laquelle la bouture est mise en contact non avec le sol ou avec un liquide nutritif, mais avec la tige d'une autre plante, qui va la nourrir.

De nombreuses plantes sont désormais multipliées en laboratoire grâce à des cultures in vitro. À partir d'un minuscule fragment (quelques cellules) de la plante mère, dans des milieux de culture soigneusement mis au point, se reforme rapidement une plante entière.

Modalités de la reproduction sexuée

Le cycle de développement des végétaux

Chaque végétal se présente, au cours de son développement, sous deux formes, le gamétophyte et le sporophyte. Le gamétophyte est constitué de plusieurs cellules haploïdes, dont un ou plusieurs gamètes (cellules sexuelles, ou reproductrices). La fécondation d'un gamète femelle par un gamète mâle s'accompagne de la fusion de leurs noyaux, contenant chacun n chromosomes (n étant un nombre caractéristique de chaque espèce). La cellule qui en résulte, le zygote, contient 2 fois n (ou 2n) chromosomes ; elle est diploïde.

Le zygote donne naissance, après une succession de divisions cellulaires, au sporophyte (diploïde). Quelques cellules de ce sporophyte subissent une méiose, donnant alors naissance à des spores, qui sont haploïdes. Chaque spore, après une succession de divisions cellulaires, génère un nouveau gamétophyte.

L'exemple de la reproduction sexuée des plantes à fleurs

Organes et cellules de la reproduction
Pistil et étamines

En botanique, l’ovule est un organe caractéristique des plantes du groupe des angiospermes (plantes à fleurs) et de celles du groupe des gymnospermes (conifères notamment).

Chez les plantes à fleurs, l’ovule est contenu, en un ou plusieurs exemplaires, dans le pistil (organe femelle) de chaque fleur. L'une de ses cellules subit une méiose, qui conduit à la formation d'une spore appelée « macrospore ».

De la même façon, de nombreuses cellules situées dans les étamines (organes mâles des fleurs) subissent une méiose et produisent des spores appelées « microspores ». Macrospores et microspores sont haploïdes.

Oosphère et grain de pollen

Dans le pistil, à la suite de divisions successives, la macrospore donne naissance au gamétophyte femelle, appelé « sac embryonnaire ». Celui-ci contient 8 cellules haploïdes, dont l'une est l'oosphère, c'est-à-dire le gamète (cellule reproductrice) femelle.

Chaque microspore donne naissance à un gamétophyte mâle microscopique, le grain de pollen, qui contient 2 cellules haploïdes, les gamètes mâles.

La double fécondation

Transportés de différentes façon (c’est la pollinisation), les grains de pollen se déposent sur le stigmate du pistil – sa partie supérieure, terminale, souvent élargie et collante.

Une fois parvenu sur le stigmate, le grain de pollen germe, c'est-à-dire qu'il émet un long tube, le tube pollinique, qui traverse les tissus du pistil puis les tissus d'un ovule contenu dans ce pistil. Le tube pollinique permet le transport de deux gamètes mâles jusqu’au niveau du sac embryonnaire, bien protégé au sein de l'ovule. Il y a alors deux fécondations : l’un des gamètes mâles fusionne avec le gamète femelle pour donner un œuf, ou zygote ; l’autre fusionne avec d’autres noyaux cellulaires du sac embryonnaire, pour donner les réserves de la future plantule.

Graine et fruit

Le zygote subit quelques divisions et devient un embryon, ou plantule. Cette dernière est protégée par une graine (résultat de la transformation de l'ovule après la fécondation), elle-même contenue dans un fruit (résultat de la transformation de l'ovaire entourant l'ovule).

→ graine, fruit.

Chez les gymnospermes, les graines ne sont pas incluses dans un fruit clos, mais portées par des écailles plus ou moins ouvertes.

La pollinisation

Le transport du grain de pollen depuis les étamines jusqu'au stigmate se fait de différentes façons selon les espèces. Parfois, mais c’est très rare, le pollen tombe directement des étamines d’une fleur jusqu’au pistil de la même fleur (c’est l’autopollinisation). Dans la plupart des cas, il y a pollinisation croisée : le pollen d’un plant est transporté jusqu’aux fleurs d’un autre plant.

Les différents modes de transport du pollen

Le transport du pollen peut se faire par le simple fait de la pesanteur, ou par le vent (pollinisation anémophile). La pollinisation par l'eau concerne surtout les plantes aquatiques, dont le pollen est entraîné par les courants.

Le transport peut également être effectué par les animaux qui visitent les fleurs pour y trouver de la nourriture (nectar et pollen) : l'animal visitant une fleur est saupoudré de pollen, qu'il pourra déposer, involontairement, sur la prochaine fleur qu'il visitera. Il s’agit majoritairement d'insectes – la pollinisation entomophile concerne environ 80 % des plantes à fleurs. Mais d’autres animaux peuvent jouer un rôle dans la pollinisation : des oiseaux comme les colibris (ou oiseaux-mouches), des mammifères comme les chauves-souris, etc.

Comment attirer les animaux : les adaptations des fleurs

De nombreuses fleurs présentent des adaptations morphologiques ou physiologiques étonnantes (couleur, parfums, formes…) qui leur permettent d'attirer les animaux et d'assurer le succès de leur pollinisation.

Certaines plantes, comme les sauges, ont des fleurs possédant de véritables « pistes d'atterrissage » pour les abeilles ; la souplesse de ce pétale plat sur lequel se pose l'insecte entraîne automatiquement la flexion de l'étamine, qui dépose son pollen sur le dos de l'animal.

Les fleurs de certaines orchidées (ophrys-mouche, ophrys-bourdon, etc.) ressemblent à s'y méprendre à des femelles de bourdons, de mouches ou d'abeilles ; les insectes mâles viennent en vue de s'accoupler avec ces leurres et transportent le pollen.

LA REPRODUCTION DES ANIMAUX

Chez les animaux, la reproduction asexuée existe, mais elle est beaucoup moins répandue que chez les végétaux. La reproduction sexuée présente des aspects très variés ; impliquant la rencontre active des partenaires sexuels, elle est souvent accompagnée de comportements spécifiques (parades).

Modalités de la reproduction asexuée

Outre les animaux unicellulaires (protozoaires), la reproduction asexuée s'observe principalement chez les invertébrés, mais également chez quelques vertébrés. Trois mécanismes existent : la scissiparité, le bourgeonnement et la parthénogenèse.

La scissiparité

La scissiparité consiste en la simple division d'un individu : elle aboutit à une multiplication – par deux – de ce dernier. Les planaires (des vers plats de l'embranchement des plathelminthes) par exemple peuvent s'étirer et se séparer en deux moitiés : une postérieure et une antérieure, l'une et l'autre reconstituant ensuite un individu entier.

Le bourgeonnement

Le bourgeonnement est, par exemple, le fait de l'hydre d'eau douce. Sur un spécimen de ce petit animal en forme de sac vont bourgeonner des individus fils : ceux-ci grandissent et se séparent du sujet qui leur a donné naissance. Parfois, reproduction sexuée et multiplication asexuée par bourgeonnement alternent dans le cycle vital d'une espèce, comme chez la méduse.

La parthénogenèse

La parthénogenèse correspond au développement d’un ovule non fécondé. Elle peut ne produire que des femelles (parthénogenèse thélytoque) ou, au contraire, que des mâles (parthénogenèse arrhénotoque). Parfois, elle donne des mâles et des femelles (parthénogenèse deutérotoque ou amphitoque).

La parthénogenèse existe surtout chez les invertébrés ; elle est répandue chez les insectes (abeilles, pucerons par exemple). Chez les vertébrés, elle est surtout le fait de quelques espèces de lézards, et peut avoir lieu chez les requins.

La reproduction sexuée

Modalités

La reproduction sexuée présente deux grandes modalités : l'hermaphrodisme et le gonochorisme.

L'hermaphrodisme

Il consiste en la réunion des deux sexes chez le même individu. Ce dernier possède alors naturellement des organes génitaux mâle et femelle. Le ténia, la sangsue, le lombric, l'escargot, la limace sont hermaphrodites. Mais, contrairement à ce que l'on pourrait penser, à quelques exceptions près (le ténia), les animaux hermaphrodites doivent toujours se reproduire deux à deux, l'un jouant le rôle du mâle et l'autre de la femelle, ou chacun jouant les deux rôles en même temps.

Chez certains vertébrés, une situation se rapprochant de l'hermaphrodisme peut exister : il s'agit de l'intersexualité. Dans ce cas, l'animal passe progressivement d'un sexe à l'autre. Les crépidules, des petits mollusques vivant empilés les uns sur les autres, changent ainsi de sexe avec l'âge. Des poissons (lamproies, anguilles, girelles, mérous) évoluent également, devenant mâles en vieillissant ou sous l'influence de la vie sociale.

Le gonochorisme

De façon générale, les animaux sont gonochoriques, c'est-à-dire qu'ils sont à sexes séparés. Mâle et femelle présentent des organes génitaux différents : les glandes génitales (ou gonades), qui produisent les gamètes, correspondent aux testicules chez le mâle et aux ovaires chez la femelle.

Chez les espèces à sexes séparés, il y a souvent dimorphisme sexuel : le mâle et la femelle présentent des différences d'aspect. Ainsi, chez beaucoup d'espèces, le mâle est plus coloré que la femelle. Certaines espèces animales montrent un tel dimorphisme que le mâle et la femelle semblent appartenir à des espèces différentes : ainsi, chez la baudroie abyssale, la femelle mesure 1 m, contre 8 cm pour le mâle, qui vit en parasite sur elle.

Fécondation interne ou externe

La fécondation de l'ovule (gamète femelle) par un spermatozoïde (gamète mâle) donnera un œuf (ou zygote), point de départ d'un nouvel individu.

La fécondation peut être interne et s'effectuer lors d'un accouplement (ou copulation), le plus souvent à l'aide d'organes particuliers. Chez les groupes aquatiques (crustacés et mollusques aquatiques, échinodermes, poissons, etc.), elle est le plus souvent externe, c’est-à-dire qu’elle se produit à l’extérieur du corps (les cellules reproductrices sont libérées dans le milieu extérieur).

Le développement des embryons

La viviparité

Chez une faible proportion d'animaux, le développement des petits se déroule dans les voies génitales de la femelle. Pendant la gestation, les embryons sont nourris par leur mère, par l’intermédiaire d’un placenta ; celle-ci met bas des jeunes totalement constitués.

Ces espèces sont dites vivipares. Ce sont, essentiellement, les mammifères (sauf les monotrèmes), ainsi que certaines espèces de requins, tels les requins-marteaux), et quelques autres espèces comme certains scorpions, reptiles et amphibiens.

L’oviparité

L'immense majorité des espèces est ovipare, c'est-à-dire qu'elles pondent des œufs qui éclosent après une période d'incubation. C’est le cas des oiseaux, mais aussi de la majorité des poissons et des invertébrés.

L’ovoviviparité

Une situation intermédiaire existe : les embryons sont nourris par des œufs à l’intérieur des voies génitales de la mère. C’est là que les œufs éclosent, juste avant ou lors de la ponte : ce sont des petits formés qui sont mis bas.

Ces espèces sont dites ovovivipares. C’est le cas notamment de la plupart des vipères, de divers lézards, de certains scorpions (ceux qui ne sont pas vivipares), de certains poissons, dont des requins.

Les comportements associés à la reproduction sexuée

La fécondation est souvent précédée ou accompagnée de rites compliqués jouant un rôle majeur dans la sélection des partenaires sexuels : les parades nuptiales. Parallèlement, de nombreux animaux aménagent des nids ou des terriers pour accueillir les nouveau-nés.

Le chant émis à la saison de reproduction, en relation avec un équilibre particulier des hormones sexuelles, intervient essentiellement dans les activités liées au territoire (marquage), dans le cadre de la recherche d'un partenaire sexuel (repérage auditif) ou de la parade. Chez la plupart des espèces, il n'est pas complètement programmé génétiquement et son exécution requiert un apprentissage au cours d'une période sensible qui se situe pendant les quelques semaines d'élevage au nid.

Les rites nuptiaux

Ils sont particulièrement spectaculaires chez les oiseaux, car, chez eux, le dimorphisme sexuel est souvent prononcé.

Lors de la parade, le mâle se met en valeur et adopte toute une série de postures stéréotypées. Dans quelques cas, il offre un « cadeau » (une brindille, une plume, un caillou…) à la femelle. Il peut aussi y avoir des combats entre mâles pour la possession des femelles (chez les cerfs, par exemple).

La nidification

Chez de très nombreux animaux, la reproduction est associée à la construction d'un nid (nidification). Celle-ci est très variée chez les insectes : nids maçonnés (termitières, fourmilières), terriers, nids creusés dans le bois, etc.

Chez les poissons, le nid de l'épinoche est tissé de plantes aquatiques.

Les plus connus, les nids des oiseaux, ont typiquement une forme de coupe, comme ceux du merle ou du pinson. D'autres sont en boule (tisserins), ou maçonnés (tels ceux des hirondelles), ou creusés dans les troncs d'arbres ou les sablières. D'autres encore sont installés sur le sol, parfois réduits à un simple creux.

Nombre de mammifères creusent des terriers ; d'autres, comme l'écureuil ou le loir, s'aménagent un nid, tandis que le castor se construit une hutte.