Toute reproduction sexuée nécessite une fécondation, c'est-à-dire l'union entre une cellule mâle et une cellule femelle. Les conditions préalables à cette fécondation, son déroulement et ses conséquences varient considérablement selon les espèces et leur environnement.
Introduction
La reproduction sexuée est un processus fondamental pour la survie et la diversité des espèces. Elle se caractérise par la fusion de deux gamètes, un spermatozoïde et un ovule, pour former une cellule-œuf qui donnera naissance à un nouvel individu. Ce processus peut se dérouler de deux manières principales : la fécondation interne et la fécondation externe. Cet article explore en détail ces deux modes de fécondation, en comparant leurs avantages et leurs inconvénients, et en illustrant ces concepts avec des exemples concrets tirés du règne animal et végétal.
La vie a le but unique de se perpétuer. Tous les êtres vivants de la planète ont progressivement mis en place des stratégies de vie adaptées à l'environnement dans lequel ils évoluent. Parmi ces différentes stratégies, la reproduction occupe une place essentielle. Les êtres vivants peuvent notamment se différencier par la manière de donner la vie. Vivipare, ovipare, et ovovivipare.
I. Fécondation Externe
La fécondation externe se produit lorsque les gamètes mâles et femelles sont libérés dans l'environnement extérieur, où la fécondation a lieu. Ce mode de reproduction est particulièrement répandu chez les organismes aquatiques, où les gamètes peuvent facilement se déplacer et se rencontrer dans l'eau.
1. Caractéristiques et Déroulement
Dans une fécondation externe, les cellules reproductrices sont libérées dans le milieu de vie et il n'y a pas d’accouplement. Ce mode de reproduction implique que les gamètes mâles et femelles se rencontrent le plus souvent dans un milieu aquatique.
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Un exemple classique de fécondation externe est la reproduction des grenouilles. Lors de la fécondation externe, les mâles et les femelles libèrent leurs cellules reproductrices directement dans leur milieu de vie, généralement aquatique. Les gamètes se rencontrent dans l'eau où se produit la fécondation et le début du développement de l'embryon. Ce processus est aussi appelé frai et est courant chez de nombreuses espèces de poissons et d'amphibiens.
Exemple chez l'Oursin
Il est extrêmement difficile de distinguer un oursin mâle d'un oursin femelle, et pourtant, chez ces animaux marins, les individus sont sexués. À la belle saison, les oursins mâles et femelles se regroupent. On peut les distinguer par la couleur des cellules sexuelles (gamètes) rejetées dans l'eau de mer. La femelle libère un produit génital orangé et le mâle un produit blanchâtre. Ces cellules proviennent de cinq glandes sexuelles contenues à l'intérieur du test protecteur qui est dur.
Si l'on place, sur une même lame de verre, une goutte d'eau de mer contenant des cellules femelles ou ovules et une goutte contenant des cellules mâles ou spermatozoïdes, on constate, en reliant les deux gouttes, que les spermatozoïdes se déplacent vers l'ovule et l'entourent. Les spermatozoïdes sont donc attirés par les ovules, ce qui facilite l'union de ces cellules ou fécondation.
Les spermatozoïdes, regroupés autour de l'ovule, s'agitent autour de lui. Puis, un seul spermatozoïde pénètre dans l'ovule qui se rétracte : c'est la fécondation. Elle est caractérisée par la fusion du noyau du spermatozoïde et de celui de l'ovule. Cette fusion donne naissance à la cellule œuf. L'union des deux gamètes s'étant déroulée dans l'eau de mer, la fécondation est dite externe. L'œuf d'oursin se divise ensuite en 2, 4, 8, 16, 32, cellules, etc. : il se développe et se transforme en une larve, possédant une forme bien différente de l'adulte. Plus tard, la larve donnera, après changement de forme, un oursin adulte mâle ou femelle : le cycle de reproduction est ainsi bouclé.
Exemple chez le Fucus Vesiculosus
Le fucus vésiculeux est une algue commune qui mesure de 15 cm jusqu'à 1 mètre de long et qui vit fixée sur les rochers de l'estran dans la zone de balancement des marées. Le fucus se présente sous forme de pieds mâles et de pieds femelles. En période de reproduction, chaque type de pied présente des renflements à leurs extrémités, ce sont les organes reproducteurs renfermant de nombreux conceptacles.
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Les conceptacles de pied mâle possèdent des sacs (au maximum 800) contenant chacun 64 spermatozoïdes très mobiles tandis que les conceptacles femelles contiennent de gros sacs (25) avec 8 gamètes femelles immobiles, très volumineux et chargés de réserves.
Les conceptacles communiquent avec l'extérieur par un orifice par lequel sont émis les gamètes mâles et femelles. Les spermatozoïdes sont attirés par l'ovule et la fécondation à lieu dans l'eau de mer : c'est une fécondation externe.
2. Avantages de la Fécondation Externe
- Simplicité du processus : La fécondation externe ne nécessite pas d'accouplement, ce qui peut être avantageux pour les espèces sessiles ou peu mobiles.
- Dispersion des gamètes : La libération des gamètes dans l'eau permet une large dispersion, ce qui peut favoriser la colonisation de nouveaux habitats.
- Adaptation quantitative : Pour qu'une espèce puisse se maintenir, il faut que ces pertes réelles ou potentielles soient compensées : dans le cas des espèces aquatiques, cela se produit grâce à une adaptation quantitative.
3. Inconvénients de la Fécondation Externe
- Fécondation Externe et Pertes Énormes : La plupart du temps, en milieu aquatique, la fécondation est externe et les gamètes sont émis dans l'eau. Beaucoup de gamètes ainsi libérés dans l'eau ne sont pas impliqués dans une fécondation et dégénèrent. Par ailleurs, tous les œufs résultant d'une fécondation ne conduisent pas forcément à une descendance, car certains peuvent avorter ou être la proie d'un prédateur. Les larves ou les petits, qui sont le plus souvent livrés à eux-mêmes sans aucune protection de la part de leurs géniteurs, ont des chances de survie assez faibles.
- Dépendance de l'eau : La fécondation externe est limitée aux environnements aquatiques, où les gamètes peuvent se déplacer et survivre.
- Synchronisation : La fécondation externe exige une synchronisation précise de la libération des gamètes par les mâles et les femelles, ce qui peut être difficile à réaliser.
- Vulnérabilité : Une fécondation externe implique l’absence de protection des petits. Les animaux produisent donc généralement un grand nombre d’œufs pour compenser les pertes dues à la prédation. La stratégie de survie de ces espèces privilégie la quantité.
- Adaptation quantitative : La ponte des animaux aquatiques est généralement très importante : 60 millions d'œufs chez l'oursin, 10 millions chez la moule, plusieurs milliers chez la truite et la grenouille. Les œufs de truite et de grenouille ne possèdent qu'une enveloppe (gangue) gélatineuse qui les protège assez peu. Par ailleurs, les œufs donnent, le plus souvent, des larves mobiles : larves d'oursin, larves de moules qui disséminent l'espèce dans le milieu.
II. Fécondation Interne
La fécondation interne se produit lorsque les gamètes mâles sont déposés à l'intérieur du corps de la femelle, où la fécondation a lieu. Ce mode de reproduction est typique des animaux terrestres, où l'environnement sec rend la fécondation externe difficile.
1. Caractéristiques et Déroulement
Dans ce mode de reproduction, les gamètes mâles sont introduits à l'intérieur de l'organe reproducteur femelle. Elle est d'ailleurs précédée par l'accouplement.
Exemple chez un Oiseau
Le coq et la poule diffèrent beaucoup par leur plumage : celui du coq est très coloré, celui de la poule est plus terne. Mâle et femelle ont aussi un comportement différent : le coq chante et est agressif.
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Le coq produit des spermatozoïdes, la poule produit des ovules. Les spermatozoïdes du mâle, produits par les testicules, parviennent par les canaux déférents jusqu'au cloaque (orifice commun des cavités génitale, urinaire et intestinale). Chez la femelle, les ovules volumineux produits par l'ovaire s'entourent de blanc et de coquille, tout en migrant dans les voies génitales.
Au moment de la reproduction, le coq effectue une parade nuptiale, la poule s'accroupit et l'accepte. Le mâle monte alors sur la femelle : c'est l'accouplement. À ce moment, les spermatozoïdes du coq, grâce à la juxtaposition des cloaques, peuvent remonter dans les voies génitales de la poule et féconder les ovules. La fécondation qui se déroule dans l'organisme de la poule est une fécondation interne.
La poule pond des œufs : c'est un animal ovipare. Les œufs gorgés de réserves permettent le développement de l'embryon qui conduit, chez les ovules fécondés, à l'éclosion de poussins. Le petit ressemble à l'adulte et le développement est direct.
2. Avantages de la Fécondation Interne
- Protection des gamètes : La fécondation interne protège les gamètes de la dessiccation et des prédateurs, ce qui augmente les chances de fécondation.
- Accouplement et Parade Nuptiale : Les animaux utilisent la parade ou la séduction lors de la reproduction sexuée pour faciliter le rapprochement entre mâles et femelles. Cette étape est particulièrement importante chez les espèces à fécondation interne car elle permet d'assurer que l'accouplement se produira entre partenaires compatibles.
- Soins parentaux : Chez les animaux qui élèvent leurs petits dans un nid, les parents se partagent la tâche : la femelle surveille les petits pendant que le mâle va chercher la nourriture. Chez les animaux vivipares, les jeunes sont allaités par la femelle.
- Réduction du nombre d'œufs : Les ovipares terrestres pondent relativement peu d'œufs : 8 à 53 chez la couleuvre à collier, 15 à 16 chez la mésange, un seul chez le manchot. Les œufs sont, en général, de plus grande taille que chez les ovipares marins et sont protégés par une enveloppe dure qui empêche la perte d'eau. Par ailleurs, ils sont pondus dans un terrier ou dans un nid construit. Pour les oiseaux, dont les œufs doivent être couvés, la coquille sert également de protection contre le poids du corps de la femelle pendant toute la durée de l'incubation. De plus, l'œuf contient les réserves nutritives indispensables au développement de l'embryon.
3. Inconvénients de la Fécondation Interne
- Nécessité d'un accouplement : La fécondation interne nécessite un accouplement, ce qui peut être coûteux en énergie et en temps, et peut exposer les individus à des risques de prédation.
- Nombre limité de descendants : La fécondation interne conduit généralement à un nombre de descendants plus limité que la fécondation externe.
- Investissement parental : L'investissement parental peut être important, ce qui peut limiter la capacité des parents à se reproduire à nouveau.
III. Reproduction Sexuée en Milieu Aquatique
En milieu aquatique, la reproduction sexuée se caractérise par des pertes énormes et pourtant elle réussit. Comment expliquer cette contradiction ?
1. Pertes Énormes
La plupart du temps, en milieu aquatique, la fécondation est externe et les gamètes sont émis dans l'eau : oursin, moule, truite, grenouille etc. Beaucoup de gamètes ainsi libérés dans l'eau ne sont pas impliqués dans une fécondation et dégénèrent. Par ailleurs, tous les œufs résultant d'une fécondation ne conduisent pas forcément à une descendance, car certains peuvent avorter ou être la proie d'un prédateur. Les larves ou les petits, qui sont le plus souvent livrés à eux-mêmes sans aucune protection de la part de leurs géniteurs, ont des chances de survie assez faibles. Pour qu'une espèce puisse se maintenir, il faut que ces pertes réelles ou potentielles soient compensées : dans le cas des espèces aquatiques, cela se produit grâce à une adaptation quantitative.
Chez les végétaux aquatiques à fécondation externe, la dispersion des gamètes mâles et femelles dans le milieu ne favorise pas la rencontre des gamètes. Les ovules sont immobiles et attirent les spermatozoïdes par chimiotactisme dont le grand nombre compense le peu de chance de se rencontrer.
2. Adaptation Quantitative
La ponte des animaux aquatiques est généralement très importante : 60 millions d'œufs chez l'oursin, 10 millions chez la moule, plusieurs milliers chez la truite et la grenouille. Les œufs de truite et de grenouille ne possèdent qu'une enveloppe (gangue) gélatineuse qui les protège assez peu. Par ailleurs, les œufs donnent, le plus souvent, des larves mobiles : larves d'oursin, larves de moules qui disséminent l'espèce dans le milieu.
Chez les végétaux aquatiques, l'œuf formé s'accroche à un support et commence son développement sur place. Leur croissance conduit à un envahissement du milieu.
IV. Reproduction Sexuée en Milieu Terrestre
En milieu terrestre, la rencontre du spermatozoïde et de l'ovule, et donc la fécondation, se déroule dans les voies génitales de la femelle : la fécondation est dite interne. Elle est d'ailleurs précédée par l'accouplement. Beaucoup d'animaux terrestres (reptiles, oiseaux) pondent des œufs : ce sont des ovipares. En revanche, les mammifères (le chat, par exemple) sont vivipares et donnent naissance à des petits qui naissent vivants, sans ponte préalable.
1. Caractéristiques des Œufs des Ovipares Terrestres
Les ovipares terrestres pondent relativement peu d'œufs : 8 à 53 chez la couleuvre à collier, 15 à 16 chez la mésange, un seul chez le manchot. Les œufs sont, en général, de plus grande taille que chez les ovipares marins et sont protégés par une enveloppe dure qui empêche la perte d'eau. Par ailleurs, ils sont pondus dans un terrier ou dans un nid construit. Pour les oiseaux, dont les œufs doivent être couvés, la coquille sert également de protection contre le poids du corps de la femelle pendant toute la durée de l'incubation. De plus, l'œuf contient les réserves nutritives indispensables au développement de l'embryon.
2. Soins Donnés aux Jeunes
Chez les animaux qui élèvent leurs petits dans un nid, les parents se partagent la tâche : la femelle surveille les petits pendant que le mâle va chercher la nourriture. Chez les animaux vivipares, les jeunes sont allaités par la femelle.
V. Modes de Reproductions Adaptés aux Différents Milieux
La fécondation externe est impossible en milieu terrestre.
| Milieu | Animal | Fécondation | Nombre d'œufs | Caractéristiques d'un œuf | Développement | Protection et soins aux jeunes |
|---|---|---|---|---|---|---|
| aquatique | Oursin | Externe | 60 000 000 | Gangue gélatineuse | Indirect (larve) | Non |
| aquatique | Moule | Externe | 10 000 000 | Indirect (larve) | Non | |
| aquatique | Truite | Externe | 4 000 | Gangue gélatineuse | Direct (alevin) | Non |
| aquatique | Grenouille | Externe | 4 000 | Gangue gélatineuse | Indirect (têtard) | Non |
| terrestre | Couleuvre à collier | Interne | 8 à 53 | Enveloppe dure | Direct | Terrier |
| terrestre | Coq et poule | Interne | Variable | Coquille dure | Direct | Oui |
| terrestre | Mésange | Interne | 15 à 16 | Enveloppe dure | Direct | Nid |
| terrestre | Chat | Interne | Direct (4 à 5 petits) | Oui (allaitement) |
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