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Fiche explicative de la leçon : Types de reproduction Sciences

Dans cette fiche explicative, nous apprendrons à décrire les caractéristiques de la reproduction asexuée et sexuée et à comparer la variation génétique de la progéniture conçue.

Il y a plusieurs caractéristiques que tous les êtres vivants, des plus petits organismes microscopiques comme les bactéries aux plus grands arbres, ont en commun. Chaque organisme consomme une certaine forme de nourriture, ils utilisent tous cette nourriture comme source d’énergie, et ils grandissent tous. La reproduction est également considérée comme l’un des processus biologiques les plus importants pour la survie d’une espèce. Qu’est-ce que la reproduction, et pourquoi est-elle si importante?

La reproduction est le processus par lequel les organismes vivants produisent des descendants de la même espèce, en leur transmettant leurs gènes et leurs caractéristiques. Pour chaque génération d'une espèce, de nombreux individus deviennent parents d'un ensemble de descendants, qui forment la génération suivante, comme vous pouvez le voir sur la figure 1. Cette nouvelle génération grandit et arrive à maturité, puis se reproduit pour donner une autre nouvelle génération, et le cycle continue!

Figure 1 : Schéma montrant comment la reproduction permet à une espèce de former de nouvelles générations au cours du temps.

Définition : Reproduction

La reproduction est le processus biologique par lequel les organismes vivants produisent de nouveaux individus, autrement dit une progéniture.

Mais pourquoi la reproduction est-elle si importante?Sans la reproduction, les espèces qui existaient il y a des centaines d’années n'existeraient plus aujourd'hui. Le but ultime de chaque organisme est de s’assurer que son espèce survive à travers les générations, sans s’éteindre. C’est exactement la raison pour laquelle chaque organisme se reproduit - pour assurer la pérennité de son espèce!

Les organismes peuvent se reproduire de différentes manières, mais elles peuvent être classées en deux catégories principales:la reproduction asexuée et la reproduction sexuée.

Dans la reproduction asexuée, il n’y a qu’un seul parent impliqué:un seul organisme, capable de produire une progéniture identique à lui-même. Ce sont généralement les organismes unicellulaires comme les bactéries et les levures qui réalisent une reproduction asexuée, bien qu’il y ait quelques exemples intéressants de plantes et d’animaux utilisant aussi cette méthode!

Terme clé : Reproduction asexuée

La reproduction asexuée est une reproduction qui implique un seul parent.

Les organismes peuvent se reproduire de manière asexuée de plusieurs façons. Prenons l’exemple d’une bactérie.

Les bactéries sont des organismes unicellulaires qui peuvent parfois causer des maladies. Certaines bactéries se reproduisent de manière asexuée, par une méthode appelée la fission binaire.

Le mot binaire signifie « deux », et le mot fission est utilisé pour décrire une division ou fractionnement. Dans la fission binaire, la cellule bactérienne d’origine se divise en deux nouvelles cellules, appelées des cellules filles. Vous pouvez voir un schéma de ce processus en figure 2.

Terme clé : Fission binaire

La fission binaire est un type de reproduction asexuée par laquelle une cellule se divise en deux cellules filles identiques.

Figure 2 : Schéma montrant une bactérie se reproduisant asexuellement par fission binaire, donnant naissance à deux nouvelles bactéries identiques.

La fission binaire produit deux cellules identiques. Cela signifie que chaque fois que la bactérie se reproduit, les deux nouvelles bactéries sont complètement identiques entre elles et avec la cellule d’origine.

Les bactéries sont des organismes procaryotes, ce qui signifie qu’elles n’ont pas de noyau dans leurs cellules. Les organismes eucaryotes, en revanche, ont un noyau bien organisé dans chaque cellule.

La fission binaire peut également être utilisée comme une forme de reproduction asexuée dans certaines cellules eucaryotes. Par exemple, chez Amoeba proteus, un organisme eucaryote unicellulaire, deux cellules filles identiques peuvent être produites à partir d’une cellule parentale.

Chez les eucaryotes, la reproduction asexuée peut également avoir lieu sous la forme d’une division cellulaire appelée mitose, qui donne deux cellules filles identiques à partir d’une seule cellule parentale. C’est pour cette raison que l’on peut dire que la reproduction asexuée donne toujours des « clones » de l’organisme parent, chez les procaryotes comme chez les eucaryotes.

Terme clé : Mitose

La mitose est un type de division cellulaire où une cellule se divise pour produire deux nouvelles cellules génétiquement identiques.

La reproduction asexuée est un processus très rapide, et qui ne nécessite pas beaucoup d’énergie. D’ailleurs, la fission binaire chez certaines bactéries peut ne prendre que 20 minutes!

Les champignons sont un grand groupe d’organismes, dont certains se reproduisent de manière asexuée. Il y a des champignons unicellulaires, comme les levures. Vous avez peut-être déjà entendu parler de la levure de boulangerie, utilisée pour aider le pain à se lever. Les cellules des levures se reproduisent de manière asexuée par un processus appelé le bourgeonnement.

D’autres champignons, comme celui qui cause la moisissure du pain, utilisent des structures spéciales appelées spores pour se reproduire de manière asexuée.

Les plantes peuvent parfois se reproduire de manière asexuée par multiplication végétative, dans laquelle de nouvelles plantes peuvent pousser à partir des parties végétatives de la plante, c’est-à-dire les feuilles, la tige ou les racines. Par exemple, les plantes du genre Bryophyllum ont des structures spéciales en bordure de leurs feuilles, appelées bourgeons foliaires, qui peuvent engendrer une nouvelle plante (comme vous pouvez le voir sur la photo ci-dessous).

Feuilles de Bryophyllum pinnatum.
Figure 3

Exemple 1: Identifier les propriétés de la reproduction asexuée

Un élève écrit le résumé suivant sur la reproduction asexuée:

La reproduction asexuée est utilisée par un organisme pour créer sa progéniture. La reproduction asexuée donne une progéniture qui est génétiquement différente, et elle est rapide.

Quelle est l’erreur parmi ces affirmations?

  1. La reproduction asexuée implique deux parents, pas un seul.
  2. La reproduction asexuée donne une progéniture génétiquement identique, et non génétiquement différente.
  3. La reproduction asexuée est un processus lent, pas rapide.

Réponse

Afin de déterminer quelle partie de l’énoncé est fausse, décomposons-le et analysons chaque information.

Il commence par « La reproduction asexuée est utilisée par un organisme pour créer sa progéniture. » C’est vrai!La caractéristique déterminante de la reproduction asexuée est qu’il n’y a qu’un seul parent impliqué, donnant naissance à de nouveaux individus de la même espèce.

La partie suivante est « La reproduction asexuée donne une progéniture qui est génétiquement différente… ». La reproduction asexuée produit toujours des cellules identiques, soit par simple fission binaire chez les procaryotes, soit par mitose chez les eucaryotes. Les descendants créés par reproduction asexuée sont donc appelés clones, car ils sont identiques entre eux et avec l’organisme parent. Cela signifie que cette partie du résumé est fausse.

La dernière information indique « ... et elle est rapide. » Encore une fois, c’est vrai!La reproduction asexuée est un processus très rapide. Certaines bactéries peuvent se reproduire en seulement 20 minutes!

Par conséquent, la partie incorrecte du résumé est que la reproduction asexuée produit une progéniture génétiquement identique, et non génétiquement différente.

La reproduction sexuée implique toujours deux parents de la même espèce, un mâle et une femelle. Une cellule de chaque parent, appelées gamètes ou cellules sexuelles, fusionnent au cours d’un processus appelé la fécondation pour former un zygote. Ce zygote grandit et change au cours du temps pour devenir un organisme complètement développé.

Définition : Gamète

Les gamètes sont les cellules reproductrices d’un organisme, qui contiennent la moitié du matériel génétique d’une cellule corporelle normale.

Terme clé : Zygote

Un zygote est formé par la fusion de gamètes mâle et femelle dans la reproduction sexuée. Le zygote grandit et se développe pour donner un nouvel individu.

La reproduction sexuée peut aussi avoir lieu de différentes manières. Chez la plupart des mammifères, y compris l'Homme, la fécondation et le développement ont lieu dans le corps de la mère, et les descendants, ou bébés, naissent viables. En revanche, les oiseaux et certains reptiles pondent des œufs après la fécondation, dont les petits éclosent après une période de croissance et de développement.

Bien que certaines plantes se reproduisent de manière asexuée, plusieurs types de plantes réalisent également une reproduction sexuée. L’organe reproducteur des plantes est la fleur. Chez les plantes, les gamètes mâles se trouvent dans les grains de pollen, qui se rendent à l’ovule (gamète femelle) situé dans la fleur, comme le montre la figure 2. Ici, les gamètes fusionnent par fécondation, formant finalement des graines, qui donneront de nouvelles plantes.

Sur la figure 4, vous pouvez voir les schémas de la reproduction sexuée chez les plantes et chez les animaux.

Figure 4 : Schéma montrant deux exemples de reproduction sexuée. La figure du haut montre la reproduction sexuée chez une plante à fleurs. La figure du bas montre la reproduction sexuelle chez l'Homme.

Étant donné que la reproduction sexuée nécessite deux parents, un organisme doit trouver un partenaire du sexe opposé pour se reproduire.

La reproduction sexuée implique deux processus principaux:la formation de gamètes et la fusion de ces gamètes par la fécondation. La formation de gamètes passe par un type de division cellulaire appelée méiose. Lorsque les cellules se divisent par méiose, quatre nouvelles cellules se forment, chacune avec la moitié du matériel génétique de la cellule d’origine. La figure 5 montre le processus de formation des gamètes par méiose.

Terme clé : Méiose

La méiose est un type de division cellulaire où une cellule peut donner quatre cellules génétiquement différentes, avec la moitié du nombre de chromosomes. La méiose correspond à la production de gamètes.

Figure 5 : Schéma montrant le processus de la formation des gamètes par méiose.

Les descendants obtenus par reproduction sexuée ont une combinaison de caractéristiques différentes et ne sont donc pas identiques à leurs parents.

Exemple 2: Reconnaître les cellules spécialisées pour la reproduction sexuée

La reproduction sexuée implique des cellules spécialisées, qui se combinent dans un processus appelé la fécondation. Comment appelle-t-on ces cellules spécialisées?

  1. les spores
  2. les bourgeons
  3. les graines
  4. les zygotes
  5. les gamètes

Réponse

La reproduction sexuée est le type de reproduction impliquant deux parents:un mâle et une femelle. Une seule cellule sexuelle, appelée gamète, de chacun de ces parents doivent fusionner dans un processus appelé fécondation pour former un zygote, qui donnera la progéniture.

Si nous regardons les options de la question, nous pouvons éliminer les spores, car ce sont des cellules impliquées dans la reproduction asexuée. Les bourgeons sont des parties non développées des plantes qui deviennent des organes de plantes, et des graines se forment lorsque la fécondation a lieu dans les plantes. Ces deux options peuvent donc également être éliminées.

Un zygote est formé par la fusion de deux gamètes. Les gamètes sont donc les cellules spécialisées qui se combinent dans un processus appelé fécondation.

Maintenant que nous avons passé en revue les bases de la reproduction asexuée et sexuée, nous pouvons noter quelques différences entre ces deux processus.

Une différence nette entre les deux, comme vous l’avez peut-être remarqué, est que la reproduction asexuée ne nécessite qu’un seul parent, tandis que la reproduction sexuée nécessite deux.

Comme nous l’avons mentionné plus tôt, la reproduction asexuée est un processus rapide et efficace, nécessitant peu d’énergie. Cela signifie également que les organismes qui se reproduisent de manière asexuée peuvent donner naissance à un grand nombre de petits en peu de temps.

En revanche, la reproduction sexuée prend beaucoup plus de temps et nécessite beaucoup d’énergie. La reproduction sexuée donne des petits plus larges et moins nombreux. Par exemple, comme vous le savez peut-être, la période de grossesse des femmes dure 9 mois, au cours desquels le bébé grandit et se développe. Les éléphants d’Afrique portent leurs petits pendant 22 mois avant la mise bas, soit près de 2 ans!

Plus tôt dans cette fiche explicative, nous avons parlé du fait que les descendants obtenus par reproduction asexuée sont des clones de leurs parents, tandis que la reproduction sexuée donne une progéniture avec une combinaison de caractéristiques des deux parents. Nous pouvons décrire ces similitudes et ces différences à travers un concept appelé la variation génétique.

Terme clé : Variation génétique

La variation génétique explique les différences entre les êtres vivants. C’est ce qui donne à différentes personnes des combinaisons uniques de caractéristiques.

Les organismes qui se reproduisent de manière asexuée ont une faible variation génétique, tandis que les organismes qui se reproduisent de manière sexuée ont un niveau élevé de variation génétique. Par la variation génétique, les combinaisons de gènes de chaque parent donnent lieu à un ensemble unique de caractéristiques pour chaque nouvel organisme.

Le diagramme de Venn dans la figure ci-dessous montre les différences entre la reproduction asexuée et la reproduction sexuée et les caractéristiques qu’elles ont en commun.

Figure 6 : Diagramme de Venn montrant les différences et les similitudes entre les reproductions asexuée et sexuée.

La variation génétique est un concept extrêmement important en biologie de l’évolution. Voyons ce que cela signifie à travers un exemple.

La phalène du bouleau, ou Biston betularia, est une espèce de papillon de nuit avec une apparence mouchetée en noir et blanc. Il y a deux variants de ce papillon de nuit:l’un au corps de couleur claire et l’autre au corps de couleur sombre, comme vous pouvez le voir sur les photos ci-dessous.

Papillon poivré - Biston betularia Forme de couleur claire
Phalène du bouleau sombre/mélanique (Biston betularia)
Figure 7

En Angleterre, lors de la révolution industrielle du 18ème siècle, ces papillons de nuit ont présenté un exemple fascinant des avantages de la variation génétique.

Avant cette époque, les papillons à corps sombre étaient très rares, et ceux à corps clair étaient beaucoup plus fréquents. Cependant, au cours des premières décennies de la révolution industrielle, les chiffres ont changé:les papillons de nuit à corps sombre ont commencé à être observés en nombre de plus en plus important, dépassant le nombre de ceux à corps clair!Comment et pourquoi ce changement a-t-il eu lieu?

Pendant la révolution industrielle, plusieurs villes d’Angleterre ont commencé à brûler du charbon pour alimenter leurs usines. Cela a augmenté la pollution de l’air dans ces villes au point que les rues, les bâtiments et les arbres étaient noircis de suie. Comme vous pouvez l’imaginer, les niveaux élevés de pollution ont causé plusieurs problèmes de santé pour la population. Les surfaces noircies posaient également des problèmes pour le papillon à corps clair!

Avant qu'ils ne deviennent noircis à cause de la suie et de la pollution, les troncs d'arbres offraient aux phalènes à corps clair un fond parfait pour se camoufler, les protégeant ainsi des prédateurs comme les oiseaux. Lorsque ces papillons à corps clair se posaient sur des troncs d’arbres noircis, ils étaient très visibles, ce qui en faisait des proies faciles!

La photo ci-dessous montre deux papillons de nuit au corps clair sur le côté gauche et deux papillons de nuit au corps sombre sur le côté droit. Comme vous pouvez le voir, la phalène plus foncée se camoufle bien sur la surface plus foncée, tandis que la plus claire est nettement visible.

Papillons de nuit de la famille Geometridae montrant le camouflage relatif de f. cabonaria
Figure 8

Imaginons une situation hypothétique. Si la phalène du bouleau avait une reproduction asexuée, aurait-elle survécu à la révolution industrielle?La reproduction asexuée donne des clones de l’organisme parental. Les papillons à corps clair auraient donc continué de donner naissance à d’autres papillons à corps clair, mettant toute l’espèce en danger d’extinction à cause de la prédation!

Au lieu de cela, grâce à la reproduction sexuée, le gène du corps sombre est devenu plus répandu, car il permettait aux papillons de se camoufler sur les surfaces noircies et donc de survivre à la prédation. Alors que les papillons plus clairs étaient attaqués, les nombre des papillons foncés ont rapidement augmenté, sauvant ainsi la phalène du bouleau de l’extinction!

Cet exemple montre clairement les avantages qu’apporte la variation génétique;elle permet à une espèce de s’adapter aux changements de son environnement, afin de prospérer malgré des conditions défavorables.

Exemple 3: Comprendre la variation génétique

Imaginez qu’il y a deux populations de la même espèce de plante. La population X a été obtenue par reproduction asexuée et la population Y par reproduction sexuée. Une nouvelle maladie apparaît dans la région. Quelle est la population la plus à risque?Pourquoi?

  1. la population Y, car cette population aura une plus grande variation génétique
  2. La population X, car cette population aura une variation génétique moindre

Réponse

Lorsque des organismes sont produits par reproduction asexuée, tels que ceux de la population X mentionnés dans la question, ils sont génétiquement identiques entre eux ainsi qu’avec l’organisme parental. On dit que ces organismes sont des clones et qu’ils ont très peu de variation génétique.

En revanche, les organismes produits par reproduction sexuée, dans laquelle deux parents sont impliqués, ont un niveau élevé de variation génétique. Dans la reproduction sexuée, les gamètes (ou cellules sexuelles) de chaque parent fusionnent par fécondation pour former un zygote. Cela signifie que les descendants, comme ceux de la population Y dans la question, ont une combinaison de caractéristiques de chaque parent et sont donc génétiquement différents.

Différents individus de la même génération sont également génétiquement différents les uns des autres. En effet, chaque progéniture est formée par la fusion d’une paire différente de gamètes, formant différentes combinaisons de caractéristiques.

Dans la question, une maladie est introduite dans les deux populations. Considérons la population X qui est produite par reproduction asexuée.

Si une plante de la population X possède des gènes incapables tolérer la maladie, cela signifie que toutes les plantes de la population X seront gravement affectées, car ce sont toutes des clones les unes des autres. Le faible niveau de variation génétique expose cette population au risque d’être complètement anéantie par cette maladie.

Regardons maintenant la population Y, obtenue par reproduction sexuée. Chaque plante de la population Y possède une combinaison différente de gènes. Certaines plantes peuvent tout de même être gravement touchées et mourir de cette maladie. Mais toutes les plantes de cette population n’ont pas la même combinaison de gènes!

Certaines plantes peuvent avoir des gènes qui les aident à combattre la maladie. Certaines pourraient même avoir des gènes qui les rendent complètement résistantes à la maladie!Cela signifie que même si certaines plantes de la population Y meurent, le groupe entier ne sera pas éliminé. Les plantes restantes se reproduiront ensuite davantage, en transmettant leurs gènes et en s’assurant que les générations futures supporteront également une maladie similaire. Par la variation génétique, une espèce peut donc s’adapter et survivre dans des conditions défavorables.

La population la plus à risque est donc la population X, car sa variation génétique sera moindre.

Résumons les points clés de cette fiche explicative.

Points clés

  • Il existe deux types de reproductions:la reproduction asexuée et la reproduction sexuée.
  • Dans la reproduction asexuée, il n’y a qu’un seul parent en cause, alors que la reproduction par voie sexuée nécessite deux parents:un mâle et une femelle.
  • La reproduction asexuée est rapide, tandis que la reproduction sexuée prend de beaucoup de temps.
  • La reproduction asexuée produit des clones de l’organisme parent, sans variation génétique.
  • La progéniture issue de la reproduction sexuée possède une combinaison de caractéristiques des deux parents, et est génétiquement distincte de ses parents.

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