Introduction
Les algues, classées comme thallophytes, présentent une diversité remarquable dans leurs modes de reproduction. Parmi celles-ci, le genre Zygnema, une algue filamenteuse dioïque, se distingue par sa reproduction isogame, un processus particulier qui se manifeste lorsque les conditions environnementales deviennent défavorables.
Les Algues : Généralités et Diversité
Les algues sont des eucaryotes autotrophes dont l'appareil végétatif est un thalle, dépourvu de tissus différenciés. Elles se rencontrent dans une variété d'environnements humides, allant des milieux aquatiques à l'air, et même sur les murs des bâtiments dans les régions tropicales. Elles peuvent être unicellulaires, filamenteuses ou parenchymateuses, et leurs plastes présentent une morphologie variable d'un groupe à l'autre. Les algues les moins évoluées ne contiennent qu'un seul plaste par cellule, tandis que d'autres ont des plastes réunis en réseau. Les formes les plus évoluées renferment de nombreux plastes indépendants.
Au point de vue de la reproduction, les algues présentent trois cycles différents : haplophasique, haplodiplophasique ou diplophasique.
Caractéristiques Cytologiques des Algues
Les Plastes
La morphologie des plastes varie considérablement d'un groupe d'algues à l'autre. Les algues considérées comme les moins évoluées ne possèdent qu'un seul plaste par cellule. D'autres algues ont leurs plastes réunis en réseau par un tractus incolore, on dit que ces plastes sont mesoplastidiés. Les formes les plus évoluées d'algues renferment de nombreux plastes indépendants, comme ceux des plantes supérieures qui sont dits néoplastidiés. Cette fragmentation successive des plastes entraîne une augmentation de la surface active par rapport au volume des substances plastidioles renfermées dans la cellule. Certaines formes évoluées ont une structure hétéroplastidiée. Le nombre de chloroplastes témoigne de l'origine de ces groupes. Les rhodophylles ont un chloroplaste entouré de deux membranes. Les euglénophytes et les dinophycées ont trois membranes autour des plastes. Dans le cas des organites à quatre membranes, il y aurait deux symbioses successives, une symbiose entre un ancêtre eucaryote et une cyanobactérie. Ce sont les plastes chlorophylliens des algues. Ils possèdent une structure lamellaire due aux thylacoïdes qui sont des sacs membraneux aplatis, au niveau desquels sont localisés les pigments des cyanobactéries. Chez les algues rouges, les thylacoïdes sont séparés les uns des autres. Chez les algues brunes (les phéophytes), les diatomées et les chrysophycées, les thylacoïdes sont groupés par trois et accolés sur une grande surface. Le stroma a un rôle métabolique et physique important car il renferme plusieurs enzymes, de l'ADN et des ribosomes. Les ribosomes des plastes sont différents de ceux des mitochondries.
Parmi les annexes, on a les pyrénoïdes qui sont importants quand on fait de la détermination d’algue. Ce sont des organites de nature protéique. Ils apparaissent comme différenciation du stroma plastidial. On a différentes localisations des chloroplastes : le stigma que l’on retrouve chez les cellules mobiles et il provient généralement de la différenciation d’une petite partie d’un plaste unique, mais il peut également provenir de la transformation totale d’un plaste quand la cellule en possède plusieurs.
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Les Flagelles
Beaucoup d’algues unicellulaires ou coloniales ont des flagelles. Le nombre de flagelles est souvent deux (on en a en général entre 0 et 4). Toutefois, on en trouve beaucoup plus chez certaines cellules reproductrices. Ces flagelles peuvent être égaux ou inégaux. Ils ont en général la même orientation. Le nombre, la forme et la disposition des flagelles sont une des manifestations de la diversité des algues.
La Reproduction Sexuée chez Zygnema : La Conjugaison Isogame
Le Zygnema est une espèce dioïque, ce qui signifie qu'il existe des filaments mâles et des filaments femelles distincts. La reproduction sexuée chez Zygnema est un processus de conjugaison qui se déroule en plusieurs étapes :
- Alignement des filaments : Lorsque les conditions du milieu deviennent défavorables, les filaments de Zygnema se mettent en parallèle les uns aux autres.
- Formation du tube de conjugaison : Des excroissances se développent à partir des cellules de filaments adjacents et fusionnent pour former un tube de conjugaison.
- Migration du contenu cellulaire : Une cellule prend le rôle de cellule mâle et fait migrer tout son cytoplasme vers la cellule contiguë (réceptrice ou femelle) à travers le tube de conjugaison.
- Fécondation et formation du zygote : Il y a fécondation et formation d'un zygote par cystogamie. Dans le cas de Zygnema, cette cystogamie est considérée comme isogame, bien qu'elle puisse être fonctionnellement anisogame, car une cellule donne son contenu à l'autre.
- Conjugaison scalariforme : Quand une cellule commence à subir ce phénomène, toutes les autres font de même, c'est une conjugaison scalariforme. Il n'y a pas de gamètes flagellés.
- Formation d'une spore de résistance : L'œuf s'entoure d'une membrane épaisse, différemment ornée selon les espèces, puis se laisse tomber au fond du milieu de vie.
- Germination du zygote : Lorsque les conditions redeviennent favorables, le zygote germe, subit la méiose et donne quatre noyaux haploïdes dont trois qui dégénèrent.
Spécificités de la Reproduction Isogame chez Zygnema
La reproduction chez Zygnema est un exemple de conjugaison scalariforme, où plusieurs cellules de filaments adjacents participent simultanément au processus. Cette stratégie permet à l'algue de survivre dans des conditions environnementales défavorables en formant des zygospores résistantes, capables de germer lorsque les conditions redeviennent favorables.
Cycle de Vie de Zygnema
- Phase végétative : Le Zygnema existe sous forme de filaments haploïdes (n chromosomes).
- Reproduction sexuée : En conditions défavorables, les filaments s'alignent et se conjuguent. La cellule mâle transfère son contenu à la cellule femelle, formant un zygote diploïde (2n chromosomes).
- Formation de la zygospore : Le zygote se transforme en zygospore, une structure de résistance entourée d'une paroi épaisse.
- Germination de la zygospore : Lorsque les conditions environnementales redeviennent favorables, la zygospore subit la méiose, produisant quatre noyaux haploïdes, dont trois dégénèrent. Le noyau haploïde restant donne naissance à un nouveau filament de Zygnema.
Importance Écologique de Zygnema
Zygnema, comme d'autres algues filamenteuses, joue un rôle important dans les écosystèmes aquatiques. Il contribue à la production primaire en réalisant la photosynthèse et sert de source de nourriture pour divers organismes aquatiques. De plus, la capacité de Zygnema à former des zygospores résistantes lui permet de persister dans des environnements fluctuants et de recoloniser rapidement les habitats lorsque les conditions s'améliorent.
Classification des Algues Rouges (Rhodophycées)
Les rhodophycées, qui comprennent la majorité des algues rouges, se distinguent par la présence de billiprotéines (phycobilines) et de phycobilisomes situés à l'extérieur des thylacoïdes. Elles possèdent de la chlorophylle A et D, ce qui leur permet de balayer tout le spectre d'absorption de la lumière et de réaliser la photosynthèse même en grande profondeur. On peut observer la présence de synapses, qui sont les stigmates laissés après une ouverture de la paroi lors de la formation de deux cellules.
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Les rhodophycées sont cladomientes, constituées d'un axe primaire non chlorophyllien qui peut se ramifier en cladomes II et III. Ces cladomes peuvent être uniaxiaux à croissance indéfinie ou multiaxiaux avec des pleuridies typiques. Les cladomes rhodoméloïdes sont toujours liés à une structure uniaxiale, et les pleuridies forment un cortex appliqué sur l'axe.
La reproduction sexuée chez les rhodophycées implique la formation d'un rameau carpogonal sur les thalles femelles et de spermaties sur les thalles mâles. Les spermaties flottent passivement dans l'eau et se fixent sur le trichogyme du carpogone, permettant la fécondation. Le zygote ainsi formé se développe en un gonimoblaste, qui forme le carposporophyte. Les rhodophycées ont un cycle haplodiplophasique trigénétique, où un thalle à N chromosomes donne un gamétophyte qui lui donnera un carposporophyte.
Les Algues Brunes (Phéophycées)
Les phéophycées sont des algues qui possèdent les chlorophylles A et C, et se caractérisent par leur taille et leur abondance dans la végétation marine. Elles sont toujours pluricellulaires et leurs cellules reproductrices mâles sont biflagellées.
Reproduction chez les Phéophycées
La reproduction chez les phéophycées peut se faire à partir de sporocystes pluriloculaires, qui se forment à partir d'une cellule qui subit de nombreuses mitoses, puis donne des petites loges qui vont donner naissance à une zoospore. Certaines cellules issues des sporocystes, à partir des gamétophytes (mâles ou femelles) donnent des spermatozoïdes. Certaines gamètes se comportent comme des gamètes femelles attirant les gamètes mobiles mâles. Le zygote formé va se développer en redonnant un sporophyte identique au gamétophyte. Dans des cas exceptionnels, le sporocyste reste sous la forme d'une grande cellule dont le noyau subit de nombreuses divisions cellulaires.
Dans le cas des Laminariales, l'appareil végétatif diploïde donne le sporophyte. Il n'y a pas de multiplication asexuée par mitospores. Quand l'appareil végétatif est fertile, il se couvre de grandes plages irrégulières appelées les « sores » qui sont plus sombres et légèrement en relief à la surface de la fronde. Dans les sporocystes, s'effectue la méiose. Chaque sporocyste donne naissance de 32 à 64 méiospores biflagellés qui vont germer en donnant un nouvel organisme beaucoup plus petit : c'est le prothalle.
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Reproduction chez Fucus
Chez Fucus, une espèce dioïque, le thalle est diploïde et porte des gamétophytes regroupés à l'intérieur de conceptacles qui sont à l'extrémité des frondes. Le gamétophyte mâle porte des gamétocystes qui produisent un gamète mâle chacun porteur de deux flagelles à insertion latérale. Les gamétophytes femelles portent les gamétocystes femelles à l'intérieur desquels il y a un gamète immobile : l'oosphère. La fécondation donne naissance à un zygote à 2N qui germera en donnant un thalle mâle ou femelle à 2N. C'est une reproduction par oogamie.
Les Diatomées
Les diatomées sont constituées par deux valves (épivalve et hypovalve). Quand la cellule se divise, il apparaît entre les deux valves, des connectives (ou ceintures ou bandes) qui sont appelées des cingulum. L'épivalve génère une valve de même dimension que son ancienne hypovalve.
Reproduction chez les Diatomées
La reproduction sexuée chez les diatomées peut impliquer la formation d'un gamétocyste, obtenu grâce à une réunification des parties antérieures (là où sont les flagelles). Il donne un pré-zygote à quatre flagelles (pendant peu de temps). Ce planogamète perd ses flagelles et donnent un zygote avec une membrane épaisse, qui peut servir de forme de résistance. Dans le zygote, il y a la réduction chromatique qui donne les méiospores qui redonneront un nouveau Chlamydomonas.
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