Introduction
La reproduction sexuée est un processus fondamental chez de nombreuses espèces, incluant l'espèce humaine. Elle repose sur la formation de cellules reproductrices spécialisées, les gamètes, et leur union lors de la fécondation. Cet article explore en détail le processus de formation des cellules reproductrices, la méiose, ainsi que les mécanismes de la fécondation, en mettant l'accent sur le rôle des chromosomes et la transmission de l'information génétique.
La Division Cellulaire et l'Information Génétique
L'ensemble des cellules d'un individu est issu de la cellule-œuf. Les cellules se multiplient par division cellulaire, un processus essentiel qui permet de transmettre l'information génétique d'une cellule à une autre. Au cours de ce phénomène, des mécanismes permettent le maintien à l'identique de l'ensemble de l'information génétique. Les cellules reproductrices sont issues d'une division spéciale, ce qui explique qu'elles n'ont qu'un chromosome de chaque paire. La fécondation rétablit le nombre de chromosomes de l'espèce et explique la transmission des caractères génétiques.
La Mitose : Division Cellulaire Classique
Dans notre corps, nos cellules subissent régulièrement un processus appelé division cellulaire, qui permet d’obtenir deux cellules-filles à partir d’une cellule-mère. Cette division permet de transmettre l’information génétique d’une cellule à une autre. Il est possible d’observer une division cellulaire au microscope. Chaque cellule de notre corps possède une durée de vie limitée. Il faut donc les remplacer au fur-et-à-mesure où elles meurent. On voit que la quantité d’ADN est multipliée par deux avant d’être divisée par deux. La cellule commence par faire une copie des chromatides de chacun de ses chromosomes : c’est la duplication. Ainsi, pendant la duplication, les chromosomes vont passer d’une forme simple (une seule chromatide) à une forme double (deux chromatides reliées entre elles). Ainsi, l’information génétique portée par les chromosomes est conservée : la cellule-mère est identique aux deux cellules filles. Pour conserver l’information génétique, notre corps réalise une division cellulaire qui permet de former deux cellules-filles IDENTIQUES à la cellule-mère. Pour cela, la cellule commence par faire une copie de chacun de ses chromosomes : c’est la DUPLICATION. Pendant cette phase, la cellule passe de 46 chromosomes SIMPLE CHROMATIDE à 46 chromosomes DOUBLE CHROMATIDE.
La Formation des Gamètes : La Méiose
Contrairement à la mitose, qui produit des cellules génétiquement identiques, la méiose est un type de division cellulaire spécifique aux cellules germinales et qui sera à l’origine de la production des gamètes. Dans ce cas les gamètes formés ne reçoivent donc que la moitié du patrimoine génétique afin de rétablir le caryotype lors de la fécondation. Un spermatozoïde possède 23 chromosomes, un de chaque paire. Il possède soit le chromosome sexuel X soit le chromosome sexuel Y. Un ovule possède 23 chromosomes, un de chaque paire. Lors de la formation des gamètes, on observe une réduction chromosomique lors de la méiose. Un des deux chromosomes de chaque paire de chromosomes contenu dans les cellules des testicules ou des ovaires se retrouve dans les cellules reproductrices.
Mécanismes de la Méiose
La méiose est précédée d'une phase de réplication de l'ADN. Elle comprend deux divisions cellulaires successives, appelées méiose I et méiose II.
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- Méiose I : Les chromosomes d'une même paire se réunissent (on dit aussi qu'ils "s'appareillent"). Un chromosome de chaque paire est réparti dans une des cellules-filles. La première division de la méiose permet de séparer les deux chromosomes d’une même paire.
- Méiose II : La deuxième division de la méiose permet de séparer les deux chromatides d’un même chromosome.
À la suite de cette division spéciale, les deux gamètes ne contiennent pas les mêmes chromosomes. Ils ne contiennent donc pas la même information génétique. La répartition des chromosomes d'une paire entre gamètes est faite au hasard. De ce fait, un même individu peut générer de nombreuses combinaisons. Chez l'Homme, la répartition au hasard entre gamètes des chromosomes d'une paire, et ceci pour les 23 paires de chromosomes, donne plus de 8 millions de gamètes différents possibles pour un seul individu.
Importance de la Méiose
La méiose assure la production de cellules reproductrices, les gamètes. Le pollen contient les gamètes mâles, l’ovule un gamète femelle. Dans le noyau des cellules, les chromosomes d’un individu sont associés par paires, ce sont des chromosomes homologues. Ainsi, l’individu est diploïde (2n). A l’issue de la méiose, les gamètes sont haploïdes (n) et ne possèdent pas tous la même information génétique en raison des crossing-over et de la séparation aléatoire des chromosomes homologues. De plus, une cellule diploïde possède deux copies d’un même gène, une sur chaque chromosome de la paire d’homologues : ce sont les allèles. Lors de la séparation des chromosomes homologues par méiose, il y a également séparation des allèles. Chaque gamète ne peut recevoir que l’un ou l’autre des deux allèles d’un même gène.
Les Cellules Reproductrices Humaines
Les Ovules
La femme a environ 400 000 cellules reproductrices (ovules ou ovocytes) stockées dès sa naissance dans les ovaires qui sont de la taille d’un pruneau de part et d’autre de l’utérus. A partir de la puberté, chaque mois, un ovule est émis, soit un total de 300 à 500 ovules avant la ménopause. Un ovule possède 23 chromosomes, un de chaque paire.
Les Spermatozoïdes
Les testicules comportent des milliers de tubes dans lesquels se fabriquent les spermatozoïdes, ce qui demande 74 jours, soit environ 3 mois. Ceux-ci sont stockés dans deux réservoirs, les vésicules séminales, puis sont émis lors de l’éjaculation. Un spermatozoïde possède 23 chromosomes, un de chaque paire. Il possède soit le chromosome sexuel X soit le chromosome sexuel Y. Voici les étapes de la formation des spermatozoïdes.
La Fécondation : Union des Gamètes
La fécondation est la rencontre et la fusion de deux gamètes de sexe opposé. Le résultat de la fécondation est une cellule-œuf. Les gamètes n'ont qu'un chromosome de chaque paire. Le résultat de la fécondation est donc une cellule-œuf ayant à nouveau une paire de chaque chromosome. Chez l'humain, une cellule-œuf a donc 46 chromosomes répartis en 23 paires. La fécondation réunit les 23 chromosomes du spermatozoïde et les 23 chromosomes de l’ovule, aboutissant à une cellule-œuf avec 46 chromosomes.
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Les Étapes de la Fécondation
- Ovulation : Dès le début du cycle, il apparaît un petit bombement à la surface de l’ovaire. Il s’agit du follicule ressemblant à un grain de raisin qui contient l’ovule. Vers le 14e jour, le plus souvent, sous l’influence des hormones de l’hypophyse, se produit la rupture du follicule, l’ovulation. L’ovule est recueilli par une trompe (conduit qui relie l’ovaire à l’utérus) où il va vivre quelques heures. Après l’ovulation, le follicule se transforme en corps jaune qui sécrète de la progestérone, hormone qui permet l’installation et le maintien de la grossesse. Cette progestérone a aussi la propriété d’élever la température, ce qui est utilisé pour repérer l’ovulation.
- Migration des Spermatozoïdes : Lors de l’éjaculation, plusieurs dizaines de millions de spermatozoïdes sont émis dans le vagin au contact du col de l’utérus qui sécrète de la glaire cervicale abondante au milieu du mois. Une faible proportion parvient à migrer dans l’utérus en migrant dans la glaire. De là certains progressent dans les trompes en quelques dizaines de minutes. Les autres sont stockés dans l’utérus où ils survivront pendant plusieurs jours, puis ils migreront à leur tour dans les trompes.
- Pénétration de l'Ovocyte : Quelques centaines de spermatozoïdes entourent l’ovocyte dans le tiers externe de la trompe et un seul d’entre eux pénètrera dans cet ovocyte.
- Formation de la Cellule-Œuf : Les 23 chromosomes contenus dans le spermatozoïde vont se fusionner avec les 23 chromosomes de la cellule maternelle pour former la première cellule du bébé comportant 46 chromosomes dont la moitié des chromosomes apportent les caractéristiques de sa maman et les 23 autres chromosomes les caractéristiques héritées du papa. Cette première cellule va se dédoubler pour donner deux cellules, puis quatre, seize… Ainsi se forme l’œuf, que l’on appelle aussi embryon ; un être nouveau qui hérite des caractères de ses parents est créé et va se développer pendant 9 mois.
- Nidation : Cet embryon progresse en 3 ou 4 jours dans la trompe, grâce à des petits cils, jusque dans l’utérus. Après 2 ou 3 jours de flottement dans l’utérus, il va se nicher dans la muqueuse qui recouvre l’intérieur de l’utérus que l’on appelle l’endomètre. C’est la nidation. L’œuf développant des prolongements qui vont s’accrocher dans la muqueuse utérine et devenir le futur placenta qui servira de poumon et aussi de tube digestif au fœtus.
La Diversité Génétique
Il est important de noter que la cellule-œuf contient une information génétique qui provient pour moitié du père et pour moitié de la mère. Chez l'humain, il y a 8 millions de possibilités de répartition de chromosomes et donc de gamètes différents pour un individu donné. Il est possible de calculer qu'un couple peut donc engendrer plus de 70 000 milliards de cellules-œufs et donc d'individus génétiquement différents. C'est cette variabilité génétique qui assure que chaque individu est unique. La seule exception est le cas des vrais jumeaux. Dans ce cas, la cellule-œuf se sépare rapidement en deux et donne deux embryons génétiquement identiques.
L'Héritabilité des Caractères
Les mécanismes de la reproduction sexuée expliquent comment les parents transmettent une partie de leur patrimoine génétique à leur descendance. Chaque paire de chromosomes d'une cellule-œuf est formée d'un chromosome paternel et d'un chromosome maternel (qui ont été "tirés" au hasard parmi les deux chromosomes de la même paire).
Les Anomalies Génétiques
Malgré la très grande fiabilité des mécanismes de division cellulaire, il arrive dans de rares cas que les chromosomes soient mal répartis entre cellules-filles. Cela a pour conséquence que certaines cellules vont avoir un nombre anormal de chromosomes. En règle générale, de telles anomalies viennent du fait qu'un seul chromosome n'a pas migré, laissant une cellule avec un chromosome de trop et une cellule avec un chromosome en moins. Lorsque ce phénomène arrive pour la production de gamètes, cela peut aboutir à une cellule-œuf qui contient un seul chromosome d'un certain type (on parle de monosomie) ou trois chromosomes d'une paire (on parle de trisomie).
Conséquences des Anomalies
Dans la plupart des cas une telle cellule-œuf ne permet pas le développement d'un embryon viable et il n'y a pas de naissance. Toutefois, dans certains cas, il est possible à un individu de naître et de vivre avec plus ou moins de complications médicales. Un exemple connu est la trisomie 21 où un individu possède trois chromosomes de la paire 21.
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