Objectifs d'apprentissage
Qu'est-ce que la fécondation ?
La fécondation est le processus par lequel les gamètes mâles et femelles sont fusionnés, initiant le développement d'un nouvel organisme.
Le gamète mâle ou « spermatozoïde » et le gamète femelle « œuf » ou « ovule » sont des cellules sexuelles spécialisées, qui fusionnent pour commencer la formation d'un zygote au cours d'un processus appelé reproduction sexuée.
Le processus de fécondation chez les animaux peut se produire de manière interne ou externe, une différence largement déterminée par la méthode de naissance. Les humains fournissent un exemple de fertilisation interne alors que la reproduction des hippocampes est un exemple de fertilisation externe.
Fertilisation externe
La fécondation externe se produit généralement dans des environnements aquatiques où les ovules et les spermatozoïdes sont libérés dans l'eau. Une fois que le sperme a atteint l'ovule, la fécondation a lieu.
La plupart des fécondations externes se produisent pendant le processus de frai où une ou plusieurs femelles libèrent leurs œufs et le ou les mâles libèrent du sperme dans la même zone, en même temps. La libération du matériel reproducteur peut être déclenchée par la température de l'eau ou la durée de la lumière du jour. Presque tous les poissons fraient, tout comme les crustacés (comme les crabes et les crevettes), les mollusques (comme les huîtres), les calmars et les échinodermes (comme les oursins et les concombres de mer).
Les couples de poissons qui ne sont pas des reproducteurs diffusés peuvent présenter un comportement de parade nuptiale . Cela permet à la femelle de sélectionner un mâle en particulier. Le déclencheur de la libération des ovules et des spermatozoïdes (frai) entraîne le placement de l'ovule et du sperme dans une petite zone, ce qui augmente les possibilités de fécondation.
La fécondation externe en milieu aquatique protège les œufs du dessèchement. Le frai à la volée peut entraîner un plus grand mélange de gènes au sein d'un groupe, conduisant à une plus grande diversité génétique et à une plus grande chance de survie des espèces dans un environnement hostile. Pour les organismes aquatiques sessiles comme les éponges, la ponte à la volée est le seul mécanisme de fécondation et de colonisation de nouveaux milieux. La présence d'œufs fécondés et de jeunes en développement dans l'eau offre des possibilités de prédation entraînant une perte de progéniture. Par conséquent, des millions d'œufs doivent être produits par des individus et la progéniture produite par cette méthode doit mûrir rapidement. Le taux de survie des œufs produits par le frai à la volée est faible.
Fertilisation interne
La fécondation interne se produit le plus souvent chez les animaux terrestres, bien que certains animaux aquatiques utilisent également cette méthode. Il y a trois façons dont la progéniture est produite après la fécondation interne.
La fécondation interne a l'avantage de protéger l'œuf fécondé de la déshydratation sur terre. L'embryon est isolé au sein de la femelle, ce qui limite la prédation sur les petits. La fécondation interne améliore la fécondation des œufs par un mâle spécifique. Moins de descendants sont produits par cette méthode, mais leur taux de survie est supérieur à celui de la fécondation externe.
| Fertilisation externe | Fertilisation interne |
| La fusion du gamète mâle (sperme) et du gamète femelle (ovule) se produit à l'extérieur du corps | La fusion des gamètes se produit à l'intérieur du corps |
| Les deux individus déchargent leurs gamètes à l'extérieur du corps | Seul le mâle décharge des spermatozoïdes dans le tractus génital féminin |
| Le développement se produit à l'extérieur du corps | Le développement se produit à l'intérieur du corps |
| Les chances de survie de la progéniture sont moindres. Par conséquent, un grand nombre d'œufs sont produits | Les chances de survie de la progéniture sont plus importantes. Par conséquent, un petit nombre d'œufs sont produits |
| Par exemple, grenouille, poisson | Par exemple, les humains, les oiseaux, la vache, la poule |
La fécondation des plantes se produit après la pollinisation et la germination. La pollinisation se produit par le transfert de pollen - qui sont les microgamètes mâles des plantes à graines, produisant le sperme - d'une plante au stigmate (l'organe reproducteur femelle) d'une autre. Le grain de pollen absorbe l'eau et la germination se produit.
Le grain de pollen germé donne naissance à un tube pollinique, qui se développe et pénètre dans l'ovule (la structure de l'œuf de la plante) à travers un pore appelé micropyle. Le sperme est ensuite transféré à travers le tube pollinique à partir du pollen.
Chez les plantes à fleurs, un événement de fécondation secondaire a lieu. Deux spermatozoïdes sont transférés de chaque grain de pollen, dont l'un fertilise l'ovule pour former un zygote diploïde. Le noyau du deuxième spermatozoïde fusionne avec deux noyaux haploïdes contenus dans un deuxième gamète femelle appelé la cellule centrale. Cette deuxième fécondation forme une cellule triploïde, qui gonfle ensuite et développe un corps fructifère.
Le processus de fécondation, qui implique la fécondation croisée entre les gamètes de deux individus différents, mâle et femelle, est appelé allogamie. L'autogamie, également connue sous le nom d'autofécondation, se produit lorsque deux gamètes d'un individu fusionnent ; cela se produit chez les hermaphrodites, tels que les vers plats et certaines plantes.
Fertilisation des plantes
La fusion de deux unités reproductives sexuées dissemblables (gamètes) est appelée fécondation. Ce procédé a été découvert par Strasburger (1884).
1. GERMINATION
Germination du grain de pollen sur le stigmate et croissance du tube pollinique : Les grains de pollen atteignent le stigmate réceptif du carpelle par l'acte de pollinisation. Les grains de pollen, après s'être attachés au stigmate, absorbent l'eau et gonflent. Suite à la reconnaissance mutuelle et à l'acceptation des grains de pollen, le grain de pollen germe (in vivo) pour produire un tube pollinique qui se transforme en stigmate vers la cavité ovarienne.
GB Amici (1824) a découvert le tube pollinique chez Portulaca oleracea. Généralement, un seul tube pollinique est produit par un grain de pollen (monosiphon). Mais certaines plantes comme les membres des Cucurbitacées produisent de nombreux tubes polliniques ( polysiphons ). Le tube pollinique contient un noyau végétatif ou noyau tubulaire et deux gamètes mâles. Plus tard, la cellule végétative dégénère. Le tube pollinique atteint maintenant l'ovule après avoir traversé le style.
2. ENTRÉE DU TUBE POLLEN DANS L'OVULE
Après avoir atteint l'ovaire, le tube pollinique pénètre dans l'ovule. Le tube pollinique peut pénétrer dans l'ovule par l'une des voies suivantes :
un. Porogamie - Lorsque le tube pollinique pénètre dans l'ovule par le micropyle, on parle de porogamie . C'est le type le plus courant, par exemple Lily
b. Chalazogamie - L'entrée du tube pollinique dans l'ovule à partir de la région chalazale est connue sous le nom de chalazogamie. La chalazogamie est moins fréquente, par exemple Casuarina, Juglans, Betula, etc.
c. Mésogamie - Le tube pollinique pénètre dans l'ovule par sa partie médiane, c'est-à-dire par le tégument (par exemple Cucurbita, Populus ) ou par le funicule (par exemple Pistacia ).
3. ENTRÉE DU TUBE POLLEN DANS LE SAC EMBRYONNAIRE
Le tube pollinique ne pénètre dans le sac embryonnaire qu'à partir de l'extrémité micropylaire, quel que soit son mode d'entrée dans l'ovule. Le tube pollinique passe soit entre un synergide et les ovules, soit entre dans l'un des synergides à travers l'appareil filiforme. Les synergides dirigent la croissance du tube pollinique en sécrétant certaines substances chimiques ( sécrétion chimiotrope ). La pointe du tube pollinique entre dans une synergide. Le synergide pénétré commence à dégénérer. Après pénétration, la pointe du tube pollinique s'élargit et se rompt libérant la majeure partie de son contenu, y compris les deux gamètes mâles et le noyau végétatif dans le synergide.
4. DOUBLE FÉCONDATION
Les noyaux des deux gamètes mâles sont libérés dans le sac embryonnaire. Un gamète mâle fusionne avec l'œuf pour former le zygote diploïde. Le processus est appelé syngamie ou fécondation générative.
Le zygote diploïde se développe finalement en embryon. L'autre gamète mâle fusionne avec les deux noyaux polaires (ou noyau secondaire) pour former le noyau triploïde de l'endosperme primaire. Le processus est appelé triple fusion ou fertilisation végétative. Ces deux actes de fécondation constituent le processus de la double fécondation. La double fécondation ne se produit que chez les angiospermes.
Processus de fécondation chez les animaux
La fécondation est le processus par lequel un seul spermatozoïde haploïde fusionne avec un seul ovule haploïde pour former un zygote. Les spermatozoïdes et les ovules possèdent chacun des caractéristiques spécifiques qui rendent ce processus possible.
L'œuf est la plus grande cellule produite dans la plupart des espèces animales. Un ovule humain est environ 16 fois plus gros qu'un spermatozoïde humain. Les œufs de différentes espèces contiennent des quantités variables de jaune , des nutriments pour soutenir la croissance de l'embryon en développement. L'ovule est entouré d'une couche de gelée , composée de glycoprotéines (protéines sur lesquelles sont collés des sucres), qui libère des chimioattractants spécifiques à l'espèce (attracteurs chimiques) qui guident les spermatozoïdes vers l'ovule. Chez les mammifères, cette couche s'appelle la zone pellucide . Chez les mammifères placentaires, une couche de cellules folliculaires entoure la zone pellucide. La zone pellucide/couche de gelée est séparée de l'œuf par une membrane appelée enveloppe vitelline , qui se trouve à l'extérieur de la membrane plasmique de la cellule. Juste en dessous de la membrane plasmique de l'œuf se trouvent des granules corticaux, des vésicules contenant des enzymes qui dégradent les protéines qui maintiennent l'enveloppe vitelline autour de la membrane plasmique lors de la fécondation.
Le sperme est l'une des plus petites cellules produites dans la plupart des espèces animales. Le sperme se compose d'une tête contenant de l'ADN étroitement emballé, d'une queue flagellaire pour nager et de nombreuses mitochondries pour alimenter le mouvement des spermatozoïdes. La membrane plasmique du sperme contient des protéines appelées bindine, qui sont des protéines spécifiques à l'espèce qui reconnaissent et se lient aux récepteurs de la membrane plasmique de l'ovule. En plus du noyau, la tête du spermatozoïde contient également un organite appelé acrosome, qui contient des enzymes digestives qui dégraderont la couche de gelée/zone pellucide pour permettre aux spermatozoïdes d'atteindre la membrane plasmique de l'ovule.
Pour s'assurer que la progéniture n'a qu'un seul ensemble diploïde complet de chromosomes, un seul spermatozoïde peut fusionner avec un ovule. La fusion de plus d'un spermatozoïde avec un ovule ou polyspermie est génétiquement incompatible avec la vie et entraîne la mort du zygote. Il existe deux mécanismes qui empêchent la polyspermie : le « blocage rapide » de la polyspermie et le « blocage lent » de la polyspermie.
Les étapes ci-dessus et les autres étapes de la fertilisation sont décrites ci-dessous :
