La fécondation, un terme souvent utilisé, mais dont les mécanismes intimes restent parfois méconnus. Cet article vise à explorer en détail ce processus fondamental de la reproduction sexuée, en abordant les aspects biologiques, les différents types de fécondation et les techniques d'assistance médicale à la procréation.
Définition Fondamentale de la Fécondation
En biologie, la fécondation est le processus par lequel un spermatozoïde pénètre dans l'ovocyte, ou dans lequel le tube pollinique pénètre dans l'ovule de la plante pendant le processus de reproduction. Plus précisément, c'est la fusion d'un gamète mâle (spermatozoïde) et d'un gamète femelle (ovule) pour former une cellule-œuf, également appelée zygote. La fécondation marque le début de la grossesse chez les animaux et le développement d'une nouvelle plante chez les végétaux. Cette union de deux gamètes, provoque la genèse d'un oeuf à 2n chromosomes à la faveur de l'union de deux gamètes à n chromosomes, de sexes opposés au cours du processus de reproduction sexuée pour former un zygote. Cette syngamie implique la fusion des noyaux gamétiques (caryogamie) et du cytoplasme (plasmogamie).
Le Processus de Fécondation chez l'Humain
Pour les couples désirant concevoir un enfant, la compréhension du cycle menstruel et du processus de fécondation est essentielle. La fécondation est le résultat de la rencontre entre un ovocyte et un spermatozoïde.
Le Rôle du Cycle Menstruel
La période de fertilité d'une femme est limitée. Pour qu’un ovule soit fécondé par un spermatozoïde, il faut qu’un rapport sexuel ait lieu lors de la période de fécondité de la femme, au moment de l’ovulation. La survie des spermatozoïdes étant assez longue, la fécondation peut se faire jusque 4 jours après le rapport sexuel fécondant. La période de fertilité commence 3 jours avant l’ovulation et augmente jusqu’à l’ovulation puis s’arrête. Il s’agit donc d’une fenêtre restreinte, qui demeure approximative et varie d’une femme à l’autre. Pour connaître sa période de fertilité, il importe d’abord de bien connaître son cycle menstruel. Si l’on part généralement du principe que la durée du cycle menstruel est de 28 jours, il s’agit d’une donnée arbitraire. Certaines femmes ont des cycles courts (entre 21 et 23 jours), d’autres ont des cycles plus longs (jusqu’à 35 jours). Les règles surviennent 14 jours après l’ovulation. Il faut donc retirer 14 jours pour connaître le jour de l’ovulation. Imaginons que le cycle menstruel dure 30 jours.
Une fois par mois, un des deux ovaires libère un ovule. C’est l’ovulation. L’ovulation a lieu en moyenne 14 jours après le début des dernières règles. L’ovule se déplace ensuite dans les trompes de Fallope en direction de la cavité utérine. Après l’ovulation, la fécondation peut avoir lieu pendant 24 heures. La glaire cervicale devient plus liquide et filante pour faciliter le passage des spermatozoïdes dans l’utérus.
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Le Voyage des Spermatozoïdes
Pour arriver jusqu’à la trompe utérine où aura lieu la fécondation, les spermatozoïdes ont un long voyage à parcourir : ils vont tenter de survivre et d’arriver jusqu’à l’ovule pour le féconder. Le trajet qui va du vagin aux trompes de Fallope - où patiente l’ovule - mesure environ 10 à 12 cm de long. « À l’échelle de leur taille, ça fait des centaines de kilomètres », schématise Odile Bagot. Pour cela, la première étape est la traversée de la glaire cervicale. Lors du passage de la glaire cervicale, 50 % des spermatozoïdes sont éliminés. Il s’agit en particulier de ceux qui sont malformés et donc incapables de féconder un ovule. Les spermatozoïdes remontent ensuite l’utérus jusqu’à la trompe de Fallope. Pendant ce temps, l’ovocyte libéré par un follicule mature migre dans la trompe. « L’ovule tombe dans le liquide péritonéal et est aspiré par la trompe », explique Odile Bagot.
Dès la puberté, les testicules fabriquent environ 100 millions de spermatozoïdes par jour. C’est la spermatogenèse. La production de spermatozoïdes diminue progressivement avec l’âge. L’éjaculation libère environ 100 à 200 millions de spermatozoïdes en une seule fois dans le vagin. La durée de vie d’un spermatozoïde dans l’appareil génital féminin peut aller jusqu’à cinq jours. Au contact du col de l’utérus et de l’utérus, les spermatozoïdes se modifient. On appelle cette étape la capacitation. Ces modifications concernent la mobilité (plus grande), ainsi que la structure de la tête, pour percer la paroi de l’ovule. Grâce à ces changements, les spermatozoïdes sont capables de féconder l’ovule. Seule une centaine de spermatozoïdes arrivent au niveau des trompes de Fallope où se trouve l’ovule. Un seul spermatozoïde peut traverser la paroi de l’ovule pour le féconder.
La Fusion des Gamètes et la Formation du Zygote
Un seul spermatozoïde va réussir à pénétrer l’ovule, fermant définitivement le passage aux spermatozoïdes qui le suivent. En effet, la membrane pellucide qui entoure la cellule féminine se fige et verrouille, empêchant toute nouvelle pénétration. Après pénétration du spermatozoïde dans l’ovocyte, la fusion de leurs noyaux forme le zygote, une cellule œuf.
Le spermatozoïde qui entre dans l’ovule porte la moitié du patrimoine génétique du géniteur. L’ovule, lui, contient la moitié du patrimoine génétique de la mère. Les deux cellules fusionnent pour n’en former qu’une seule : la cellule-œuf, ou zygote. Le zygote se divise en plusieurs cellules : deux, puis quatre, puis huit… C’est le stade embryonnaire. Pendant qu’il se divise, l’embryon se déplace jusqu’à l’utérus.
La Nidation et le Début de la Grossesse
Quelques jours après la fécondation, l’embryon atteint l’utérus. Il se fixe à sa paroi (l’endomètre). On parle alors de nidation. L’embryon reste ensuite dans l’utérus, où il poursuit son développement. S’il n’y a pas de fécondation, l’ovule est expulsé lors des règles suivantes.
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La gynécologue Odile Bagot est formelle : « La fécondation en elle même est impossible à détecter ». En revanche, certaines femmes rapportent des symptômes au moment de la nidation. D’autres, au contraire, ne ressentent rien. Lorsqu’elles essaient de tomber enceinte, certaines femmes cherchent à ressentir cette étape capitale de la nidation.
Si la fécondation ne réussit pas naturellement au bout d’un an de rapports sexuels réguliers, le médecin aide la personne ou le couple à identifier les éventuelles causes d’infertilité. Si besoin, le médecin oriente cette personne ou ce couple vers la procréation médicalement assistée (PMA).
Ovule versus Ovocyte : Quelle Différence ?
L’ovocyte désigne les cellules immatures présentes dans les ovaires dès le stade embryonnaire. Les ovocytes passent par plusieurs étapes de maturation jusqu’à atteindre, pour certains, le stade d’ovule. L’ovule est le résultat de la maturation d’un ovocyte dans l’ovaire. L’ovule désigne la cellule prête pour une fécondation. Les filles naissent avec un stock de 200 000 ovocytes. Puis, de la puberté à la ménopause, 600 ovocytes vont poursuivre leur maturation chaque mois dans les ovaires. Sur ces 600 ovocytes, il n’y en a qu’un qui deviendra ovule et pourra être fécondé par un spermatozoïde.
Diversité des Modes de Fécondation
La fécondation n'est pas un processus uniforme. Elle varie considérablement selon les espèces et les environnements.
Chez les Animaux
La fécondation chez les animaux peut être externe ou interne.
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Fécondation Externe
En milieu aquatique, la majorité des êtres vivants libèrent leurs cellules reproductrices dans l'eau. La fécondation est donc réalisée dans le milieu, on parle de fécondation externe. Ceci est possible car les cellules reproductrices libérées peuvent survivre dans le milieu aquatique qui est non desséchant. Les oursins sont un exemple typique d'organismes pratiquant la fécondation externe. Les mâles et les femelles libèrent leurs spermatozoïdes et leurs ovules dans l'eau de mer, où la fécondation a lieu.
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.
Fécondation Interne
En milieu terrestre, la fécondation est interne et fait suite à un accouplement. Les spermatozoïdes rejoignent l'ovule resté dans l'appareil reproducteur de la femelle. Chez la poule, l'ovaire libère les ovules (jaune d'œuf) dans l'oviducte (conduit reproducteur). Au moment de l'accouplement, le coq dépose ses spermatozoïdes au niveau du cloaque. Ils remontent l'oviducte jusqu'à l'ovule. La fécondation interne aboutit à la formation d'une cellule-œuf.
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. 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.
Chez les Végétaux
Chez les végétaux, la fécondation est un processus complexe qui implique la pollinisation et la fusion des gamètes. Les graines et les fruits des plantes à fleurs se forment à partir de la transformation d'une fleur : Le pollen est libéré par les étamines (organes reproducteurs mâles). Le pollen est déposé sur le pistil (organe reproducteur femelle), c'est la pollinisation. La fécondation a lieu dans le pistil, au niveau des ovules. La fleur se transforme petit à petit. Le pistil grossit et devient un fruit. Les ovules fécondés se transforment en graines.
Dans le cas des plantes, il faut différencier les phénomènes de fécondation proprement dits (union intime de deux cellules sexuelles jusqu'à confondre leurs noyaux respectifs et, dans une plus ou moins grande mesure, leurs cytoplasmes) du processus biologique qui le précède la pollinisation, dans laquelle les grains de pollen se développent dans les trayons contenant chaque anthère d'une étamine (organe reproducteur mâle), est transportée par le vent ou les insectes vers les stigmates, où ils germent en émettant un tube pollinique qui atteint l'ovaire. Dans ce cas, il ne s'agit pas de gamètes mais de spores puisque chaque grain de pollen contient deux gamètes ou cellules reproductrices mâles, qui sont transportés vers un organe reproducteur femelle (carpelle) d'une autre fleur (pollinisation croisée) ou de la même fleur (autopollinisation).
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. 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.
Types Spécifiques de Fécondation chez les Plantes
Plusieurs modes de fécondation se rencontrent chez les plantes :
- Planogamie isogame: Deux gamètes nageurs de même taille fusionnent.
- Planogamie anisogame: Un gamète mâle nageur de petite taille fusionne avec un gamète femelle nageur de taille plus importante.
- Oogamie ou zoïdogamie: Un gamète mâle nageur de petite taille fusionne avec un gros gamète femelle inerte.
- Siphonogamie: Un tube copulateur amène le gamète mâle (souvent réduit à un simple noyau fécondant) jusqu'au gamète femelle.
- Trichogamie: Le petit gamète mâle inerte est capté par le trichogyne qui surmonte le gamète femelle.
- Cystogamie: Le contenu entier d'un gamétocyste mâle se déverse par l'intermédiaire d'un tube de conjugaison dans un gamétocyste femelle.
Fécondation Artificielle : Une Aide à la Procréation
La fécondation artificielle est une technique qui permet de réunir sur un seul individu les qualités possédées par plusieurs. Les ovocytes et les spermatozoïdes sont mis en présence. Puis ovocytes et spermatozoïdes sont placés dans un milieu de culture favorable à leur survie et mis dans l’incubateur à 37°C. Pendant les heures qui suivent, certains spermatozoïdes vont traverser le cumulus (nuage de cellules) et s’attacher à la zone pellucide qui entoure l’ovocyte. La zone pellucide est une barrière importante et le spermatozoïde doit exercer des mouvements vigoureux pour la traverser. En général, un seul de ces spermatozoïdes parvient à traverser la zone pellucide, atteindre la surface de l’ovocyte et pénétrer dans l’ovocyte. Les ovocytes sont débarrassés du nuage de cellules qui les entourent (corona radiata). Pour cela, ils sont placés dans un milieu contenant des enzymes destinés à dissocier et à disperser ces cellules. C’est l’étape de « décoronisation », qui est ensuite parachevée, au moyen de pipettes très fines. La maturation de l’ovocyte est en général achevée lors du recueil des ovocytes mais il arrive que quelques-uns des ovocytes soient encore immatures. Ces micromanipulateurs sont reliés à deux aiguilles de verre appelées micropipettes.
L’IMSI (Injection Magnifiée de Spermatozoïde) suit le même procédé, à la seule différence que l’observation des spermatozoïdes se fait avec un microscope spécial. Il est alors possible grâce à l’IMSI, d’observer des détails qui ne sont pas visibles autrement. Par exemple, la structure de la tête. Si celle-ci présente des vacuoles (sortes de petits cratères), cela laisse supposer qu’il est probable que la fragmentation de l’ADN du sperme est trop importante pour permettre une naissance. Les premiers résultats montrent que cette technique est prometteuse : augmentation du taux d’implantation et diminution du taux de fausses couches.
En règle générale, on peut dire qu’un ovocyte tout à fait mature est fécondé ; un ovocyte incomplètement mature a moins de chances de débuter une fécondation et, s’il la débute, il a moins de chances de la terminer ; un ovocyte totalement immature a très peu de chances de débuter une fécondation et il ne la finit pas. En FIV classique, la diminution de la qualité du sperme entraîne une diminution du taux de fécondation. Ainsi, toutes tentatives confondues (donc avec des ovocytes de maturité diverse), le taux de fécondation est de 66 % avec un sperme de bonne qualité et il décroît jusqu’à 0 % avec un sperme de très mauvaise qualité. En ICSI, la qualité du sperme ne joue en principe pas, la fécondance étant court-circuitée par la technique elle-même. On peut savoir s’il y a eu fécondation si deux petits noyaux sont nettement visibles au centre de l’ovocyte, l’un d’entre eux est le noyau mâle, l’autre le noyau femelle. Au cours de cette nouvelle journée, dans chaque zygote, les chromosomes des deux noyaux s’assemblent.
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