La méiose et la production des gamètes
La méiose et la production des gamètes
Lorsqu’une espèce se reproduit par reproduction sexuée, il y a production de cellules reproductrices (gamètes). Ces gamètes fusionnent au moment de la reproduction et redonnent une cellule œuf et un nouvel individu. Ici, on s’intéresse à la méiose, division cellulaire particulière qui permet de donner naissance aux gamètes chez les animaux.
I. La méiose
La méiose est une division cellulaire qui se déroule en deux étapes :
– 1 cellule-mère se divise et donne 2 cellules intermédiaires,
– ces 2 cellules intermédiaires se divisent à nouveau pour donner 4 cellules qui sont les gamètes.
Au cours des divisions cellulaires (mitose ou méiose), on ne voit plus l’enveloppe nucléaire (pourtour du noyau). On représente sur le schéma seulement les chromosomes et la membrane cytoplasmique.
A. Dans la cellule mère
On note 2n =4, puisqu’il y a 2 paires de chromosomes, ce qui fait en tout 4 chromosomes. Cette cellule mère porte de l’ADN dupliqué ou répliqué. En effet, chacun de ses chromosomes porte 2 chromatides.
B. Première division méiotique
On obtient 2 cellules intermédiaires à partir d’une cellule mère, qui n’ont plus que 2 chromosomes chacune, on note n = 2. Les chromosomes ne sont plus organisés par paires. On a donc réduit par deux le nombre de chromosomes, mais ils portent toujours 2 chromatides chacun.
C. Deuxième division méiotique
Chacune des cellules intermédiaires se redivise et donne 2 cellules (les futures gamètes). Concernant les chromosomes, on observe une séparation des chromatides de chaque chromosome. Puis chacune des 2 chromatides migre vers l’une des 2 cellules filles. A la fin de la méiose, on a donc des chromosomes qui ne vont plus par paires et des chromosomes qui ne portent plus qu’1 chromatide, ils ne sont plus dupliqués.
II. Conclusion
La méiose est une double division cellulaire. Au cours de la première division, on sépare les paires de chromosomes, et au cours de la deuxième division, on sépare les paires de chromatides au sein de chaque chromosome. A partir d’une cellule mère, on obtient donc 4 cellules filles (4 gamètes) qui comportent des chromosomes à 1 seule chromatide et un nombre total de chromosomes qui est réduit de moitié par rapport à la situation de départ. Si on fait l’analogie avec l’espèce humaine, on part d’une cellule mère qui comporte 23 paires, soit 46 chromosomes, et on obtient des gamètes, par exemple des spermatozoïdes, qui comportent 23 chromosomes. Il n’y a plus de paires de chromosomes à l’issue de la méiose.
Reproduction sexuée et diversité des individus
Lorsqu’une espèce se reproduit de façon sexuée (avec des étapes de formation et de fusion des gamètes pour former des nouveaux individus) cela permet de créer de la diversité parmi les individus.
I. L’espèce humaine
Prenons deux parents, les enfants éventuels seront différents les uns des autres. Les frères et sœurs sont différents tout comme ils le sont des parents. Cependant, si les enfants de ces deux parents sont de vrais jumeaux, alors ils seront identiques. Les vrais jumeaux sont identiques parce qu’ils partagent le même patrimoine génétique, les mêmes allèles pour chaque gène : ils ont les mêmes informations génétiques.
II. La drosophile (mouche du vinaigre)
Etudions le croisement de deux drosophiles :
– une première drosophile qui a le corps gris et les ailes longues,
– une deuxième drosophile qui a le corps plus foncé (couleur ébène) et des ailes vestigiales (courtes).
Ces deux drosophiles ont des phénotypes différents (apparences différentes). Si on les laisse se reproduire ensemble, on obtient des larves qui donnent des nouvelles mouches au bout de quelques jours. Dans la descendance des deux drosophiles de départ on observe quatre apparences :
– des drosophiles noires à ailes longues,
– des drosophiles noires vestigiales,
– des drosophiles grises à ailes longues,
– des drosophiles grises vestigiales.
À partir de deux parents, on obtient quatre phénotypes distincts dans la descendance. On peut donc dire que chez la mouche du vinaigre, comme chez l’homme, lorsqu’il y a une reproduction sexuée, cela crée de la diversité.
III. Mécanismes
La reproduction sexuée est source de diversité d’individus. Elle est possible grâce à deux mécanismes :
– La formation des gamètes, appelée méiose. En fonction du comportement des chromosomes, à partir d’une seule cellule mère on crée une grande diversité de gamètes. Un individu crée des millions de gamètes différents les uns des autres. Ces gamètes contiennent des informations génétiques différentes.
– La fécondation. Lorsqu’il y a fécondation, il y a fusion au hasard, d’un spermatozoïde et d’un ovule parmi des millions de spermatozoïdes et d’ovules. Il y a donc, à nouveau, une grande source de diversité.
Reproduction sexuée et conservation du caryotype
Pour un individu, se reproduire c’est obtenir une descendance et on parle ici d’un mode de reproduction particulier : la reproduction sexuée. On va chercher à montrer que cette reproduction sexuée permet de maintenir le caryotype, c’est-à-dire l’ensemble des chromosomes caractéristiques d’une espèce, d’une génération à une autre. Exemple de l’espèce humaine et sa reproduction sexuée.
I. Principes et définitions
On parle de reproduction sexuée lorsque, dans le cycle de vie, il y a une étape de formation des gamètes : les spermatozoïdes et les ovules chez les humains et les animaux. Cette étape s’appelle la méiose, c’est une division cellulaire particulière. Cette étape s’enchaîne avec une étape de fusion des gamètes : la fécondation.
II. Démonstration
A. Homme
Voici le caryotype d’une cellule somatique (cellule du corps qui n’est pas reproductrice) d’un homme. Chez l’homme, le caryotype caractéristique des cellules se compose de 46 chromosomes.
On note : 2n = 46. (44 + XY). Ce sont toutefois 44 chromosomes classiques et 2 chromosomes sexuels X et Y.
Lorsqu’on s’intéresse au contenu chromosomique d’un spermatozoïde, il n’y a plus que 23 chromosomes qui sont 22 chromosomes et 1 chromosome sexuel qui peut être X ou Y.
B. Femme
Chez la femme, une cellule somatique comporte aussi 46 chromosomes, mais ici ce sont 44 chromosomes et 2 chromosomes sexuels X.
2n= 46 (44 + XX).
Dans un ovule, il y a 22 chromosomes et 1 chromosome X (à droite).
III. Conclusion
Nos cellules somatiques contiennent 46 chromosomes et nos cellules reproductrices, 23 chromosomes dont 1 chromosome sexuel : X chez la femme ; X ou Y chez l’homme.
Lorsqu’il y a fécondation, il y a fusion d’un spermatozoïde et d’un ovule. Cette fusion va permettre de réunir la garniture chromosomique masculine et féminine et de redonner une cellule œuf qui aura un contenu de 46 chromosomes. Il y a donc réunion du spermatozoïde et de ses 23 chromosomes et de l’ovule et de ses 23 chromosomes, au cours de la fécondation.
Il y a ensuite association de tous leurs chromosomes et production d’un embryon qui, au départ, est une cellule œuf. Cette cellule œuf va se diviser par mitose et devenir un embryon pluricellulaire puis un futur bébé.
Dans la reproduction sexuée :
– Une étape de production des gamètes qui va diviser le nombre de chromosomes par 2.
– Une étape de fécondation, qui fusionne 2 gamètes et redouble alors le nombre de chromosomes.
Grâce à ces deux étapes dans le cycle de vie d’une espèce à reproduction sexuée, il y a la conservation du caryotype de l’espèce, c’est-à-dire le nombre, mais aussi la forme et le contenu caractéristique de cette espèce.
La reproduction des plantes à fleur
I. La fleur : organe sexuel
Dans la fleur, les organes sexuels mâle et femelle coexistent. L’organe sexuel femelle est le pistil, long tube au centre de la fleur. À la base du pistil, la partie boursouflée est l’ovaire qui contient l’ovule. Les organes sexuels mâles sont les étamines de la fleur, au bout desquels se trouvent des petits sacs de pollen jaunes. Certaines fleurs n’ont que les parties mâles, d’autres que les parties femelles mais pour beaucoup, les deux coexistent. L’individu avec les deux organes sexuels peut se reproduire tout seul si le grain de pollen atterrit sur le pistil.
En principe, les espèces évitent cette reproduction et préfèrent se reproduire avec d’autres individus, sauf que pour se reproduire avec d’autres, les grains de pollen doivent être transportés. Ils peuvent être transportés par le vent, mais aussi par des animaux, notamment les insectes pollinisateurs.
La fleur a la possibilité de sécréter du nectar, un liquide très sucré dont les insectes pollinisateurs raffolent. Ceux-ci vont aller chercher du nectar et, sans faire exprès, du pollen va se déposer sur ces insectes, et quand ils passent de fleur en fleur, le pollen peut alors se déposer sur le pistil de ces fleurs. Une autre possibilité est que la fleur sécrète des arômes imitant les odeurs d’excréments pour attirer les mouches qui vont alors transporter le pollen de fleur et fleur.
II. De la fleur au fruit
Si un grain de pollen se pose sur le pistil, un tube pollinique va croître. Ce tube grandit assez rapidement (environ 2 mm par heure) et va progresser pour aller jusqu’à l’ovule. On assiste alors à une fusion des cellules sexuelles : c’est la fécondation. Suite à cette fécondation, l’ovule va se transformer en graine et l’ovaire va grossir et se charger en sucre pour former le fruit. L’intérêt du chargement de l’ovaire en sucre est d’attirer certains animaux pour qu’ils puissent manger ce fruit et avaler les graines. Plus loin, ils rejetteront ces graines dans leurs excréments assurant ainsi le transport des graines.
III. Les graines
Dans une graine se trouvent un petit embryon appelé plantule, des racines, une tige, des petites feuilles, ainsi que des réserves assurant sa nutrition. Une fois la graine tombée au sol, la racine va croître afin de donner le nouveau végétal.
Conclusion
Tous ces phénomènes illustrent la reproduction sexuée de l’individu qu’est la plante à fleurs. Chez les végétaux, il existe aussi une reproduction asexuée.