Fiche explicative de la leçon: Modes de reproduction asexuée Biologie • Troisième année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous apprendrons à faire la distinction entre reproduction asexuée et reproduction sexuée et décrirons les différents modes de reproduction asexuée des organismes.

Tous les organismes vivants se reproduisent pour perpétuer leur espèce. Il y a plusieurs façons de se reproduire, comme donner naissance (par exemple chez l’Homme), pondre des œufs (par exemple chez les reptiles) et produire des graines (par exemple chez les plantes à fleurs). Certains organismes unicellulaires se reproduisent en copiant simplement leur matériel génétique et en le divisant en deux.

La reproduction peut être qualifiée de sexuée ou asexuée. Beaucoup d’organismes sont capables d’utiliser plusieurs méthodes de reproduction et ont à la fois des capacités de reproduction sexuée et asexuée. La figure 1 est un schéma illustrant les reproductions sexuée et asexuée.

La reproduction sexuée a lieu lorsque deux parents combinent leur matériel génétique pour donner une progéniture génétiquement unique. Ces descendants sont différents de leurs parents ainsi qu’entre eux. La reproduction sexuée a l’avantage de permettre d’augmenter la variation génétique dans une population, ce qui augmente sa résilience face aux changements environnementaux.

La reproduction asexuée est celle où un seul parent donne une progéniture. La progéniture issue de la reproduction asexuée est généralement génétiquement identique à ce parent ainsi qu’entre elle. La reproduction asexuée a l’avantage d’être un processus généralement plus rapide que la reproduction sexuée. Elle ne nécessite pas non plus de trouver un partenaire, ce qui peut être long et dangereux. Cependant, la reproduction asexuée n’entraîne pas autant de variation génétique que la reproduction sexuée. Cela signifie qu’une stratégie de reproduction reposant uniquement sur la reproduction asexuée peut rendre les populations vulnérables aux changements environnementaux.

Il y a plusieurs modes de reproduction asexuée. Il s'agit de la fission binaire, du bourgeonnement, de la régénération, de la propagation végétative, de la reproduction par spores, de la parthénogenèse et de la reproduction facilitée en laboratoire.

La fission binaire est un type de reproduction asexuée retrouvé chez les organismes unicellulaires. Au cours de la fission binaire, une cellule parentale réplique son matériel génétique, puis se sépare, ou se divise, en deux cellules filles identiques.

Chez les organismes procaryotes, tels que les bactéries, la fission binaire implique d’abord de répliquer les informations génétiques stockées dans le chromosome circulaire, puis de diviser la cellule en deux. Dans les organismes eucaryotes, tels que l’amibe ou la paramécie, le noyau se duplique d’abord par mitose, puis la cellule se divise en deux cellules plus petites. En conditions défavorables, les amibes peuvent former une paroi épaisse pour se protéger et subissent de multiples cycles de fission binaire. Une fois les conditions de nouveau favorables, ces nouvelles amibes pourront être libérées.

La figure 2 représente la fission binaire dans une cellule procaryote et dans une amibe eucaryote.

Rappelez-vous que bien que nous décrivons souvent la reproduction asexuée de cellules eucaryotes comme une mitose, la mitose est en réalité spécifiquement le processus par lequel une cellule réalise une copie exacte de son noyau et des chromosomes qu’elle contient. Les procaryotes ne possèdent pas de noyau et ne subissent donc pas de mitose. La cytodiérèse est le nom de la dernière étape, lorsque la cellule mère se divise en deux cellules filles, ce qui est à la fois une mitose et une fission binaire.

La mitose et la fission binaire peuvent facilement être confondues. Nous appelons mitose la division cellulaire lorsqu’elle a pour but la croissance ou la réparation d’un organisme multicellulaire, tandis que nous l’appelons la fission binaire lorsqu’elle est utilisée dans la reproduction asexuée d’un organisme unicellulaire.

Le bourgeonnement est un type de reproduction asexuée retrouvé chez certains organismes unicellulaires et certains organismes multicellulaires simples. En début de bourgeonnement, la progéniture commence sa vie attachée au parent. Elle finit généralement par se détacher pour continuer sa vie en tant qu’individu séparé.

La levure est un type de champignon unicellulaire que vous connaissez peut-être en tant qu’ingrédient utilisé pour la cuisson du pain. Les cellules de levure se reproduisent par bourgeonnement et ont généralement une forme ronde et légèrement allongée. Quand elles se reproduisent, un petit prolongement commence à pousser d'un bout à l'autre. La cellule copie son noyau par mitose, et une copie reste dans la cellule parente tandis que l’autre pénètre dans le bourgeon en croissance, ou la cellule fille, comme le montre la figure 3.

La cellule fille reste attachée au parent jusqu’à ce qu’elle atteigne la maturité. Ensuite, la cellule fille se sépare, laissant une cicatrice de bourgeon à l'ancien site de fixation sur la cellule mère et la cellule fille. Parfois, les cellules de levure restent connectées les unes aux autres après avoir atteint la maturité, formant des colonies de brins ramifiés de cellules de levure.

Le bourgeonnement chez les organismes unicellulaires est similaire à la fission binaire. Cependant, dans la fission binaire, une cellule mère se divise en deux cellules filles immatures qui se séparent l’une de l’autre et atteignent la maturité en tant qu’individus distincts. Dans le bourgeonnement, une cellule fille immature pousse à partir d’une cellule mère mature et grandit jusqu’à maturité alors qu’elle est encore attachée.

L’hydre et les éponges de mer sont des exemples d’animaux multicellulaires simples qui peuvent se reproduire par bourgeonnement. L'hydre et les éponges de mer ont également la capacité de se reproduire sexuellement. Ces organismes sont considérés comme simples plutôt que complexes car ils possèdent une organisation au niveau cellulaire mais n’ont pas de tissus ou organes à proprement parler.

Les hydres sont de petits organismes qui vivent dans l’eau douce. Elles ont des tentacules urticants qu’elles utilisent pour attraper et manger leurs proies. Lorsqu'une hydre se reproduit par bourgeonnement, une petite progéniture commence à pousser sur le côté de l'organisme parent. La progéniture de l'hydre reste attachée au parent, où elle peut absorber des nutriments pour croître et se développer jusqu'à ce qu'elle atteigne la maturité. Lorsque la progéniture de l'hydre est prête à vivre seule, elle se sépare du parent et s'éloigne. On peut voir une photographie d’une hydre en train de bourgeonner en bas à droite sur la photo ci-dessous.

La régénération a lieu lorsqu’une partie manquante ou endommagée d’un organisme se répare et repousse. De nombreux organismes possèdent un certain niveau de capacité de régénération. Cependant, la capacité de régénération diminue chez les animaux plus évolués. L’organisme humain peut réparer les cellules de la peau, les vaisseaux sanguins et les cellules musculaires quand elles sont endommagées. Certains lézards peuvent faire repousser leur queue ou même un orteil. Des crustacés comme le crabe et le homard peuvent remplacer tout un membre manquant.

Chez certains organismes, un organisme entièrement nouveau peut être produit par régénération, comme dans les hydres ou les éponges. Dans ce cas, la régénération représente un type de reproduction asexuée.

L’étoile de mer est un exemple d’organisme qui peut se reproduire par régénération. Les étoiles de mer sont des invertébrés qui vivent dans l’eau salée. Elles possèdent plusieurs membres entourant un disque central et utilisent ces membres pour ouvrir les coquillages, leurs proies. Si une étoile de mer est endommagée, un seul membre avec une partie du disque central attaché peut éventuellement se développer en un organisme entièrement nouveau, comme le montre la figure 5.

Un autre exemple courant d’organismes qui se reproduisent par régénération sont les vers plats, également appelés Planaires. Cette famille d’invertébrés a des capacités de régénération remarquables. Un ver plat peut être coupé en plusieurs morceaux, et chaque morceau peut éventuellement se régénérer en un nouvel organisme dans les conditions appropriées. Vous pouvez le voir sur la figure 6.

La parthénogenèse est un terme qui se réfère à un type de reproduction asexuée qui se produit chez les animaux complexes et multicellulaires. La parthénogenèse, c’est quand un embryon se forme et se développe sans fécondation par un gamète mâle. Un exemple se produit chez un grand lézard appelé le dragon de Komodo. Lorsque les partenaires sont rares, les femelles dragons de Komodo peuvent pondre des œufs qui deviennent des petits, qui sont des répliques génétiques exactes de leur mère. Un autre exemple est le crustacé d’eau douce Daphnie, qui se reproduit de manière asexuée en produisant une progéniture à partir d’œufs haploïdes non fécondés.

Exemple 3: Se rappeler le nom d’une forme de reproduction asexuée

Lorsque les conditions sont favorables, le crustacé d’eau douce Daphnie (représenté sur la figure) se reproduit de manière asexuée en produisant une progéniture qui se développe à partir d’œufs haploïdes non fécondés. Quel est le nom de ce processus ? 

Réponse

Tous les organismes vivants se reproduisent pour perpétuer leur espèce. Il y a plusieurs façons de se reproduire. La reproduction peut être qualifiée de sexuée ou asexuée. La reproduction sexuée implique généralement deux parents, alors que la reproduction asexuée implique seulement un parent.

La reproduction asexuée se produit de plusieurs façons. Il s'agit de la fission binaire, du bourgeonnement, de la régénération, de la propagation végétative, de la reproduction par spores, de la parthénogenèse et de la reproduction facilitée en laboratoire.

La parthénogenèse est un terme qui se réfère à un type de reproduction asexuée qui a lieu chez les animaux complexes et multicellulaires. La parthénogenèse, c’est quand un embryon se forme et se développe sans fécondation par un gamète mâle. Un exemple se produit chez un grand lézard appelé le dragon de Komodo. Lorsque les partenaires sont rares, les femelles dragons de Komodo peuvent pondre des œufs qui donneront des petits, répliques génétiques exactes de leur mère.

Par conséquent, le nom du processus par lequel la Daphnie se reproduit de manière asexuée en produisant une progéniture qui se développe à partir d’œufs haploïdes non fécondés est la parthénogenèse.

Les plantes peuvent aussi se reproduire par parthénogenèse. Parfois, une plante peut produire un fruit sans être d’abord pollinisée. Ce fruit contiendra des graines avec des embryons qui sont des copies génétiques exactes de la plante mère.

La parthénogenèse joue un rôle dans la détermination du sexe des abeilles. La reine des abeilles peut pondre des œufs qui ont été fécondés, ce qui signifie qu’ils sont le résultat d’une reproduction sexuée. Les œufs fécondés deviennent des abeilles ouvrières ou davantage de reines. Les œufs fécondés et la progéniture qui en résulte sont diploïdes et possèdent le nombre type de chromosomes (2n).

La reine peut aussi pondre des œufs haploïdes et non fécondés. Ces œufs non fécondés sont produits par reproduction asexuée et plus précisément par parthénogénèse. Les œufs non fécondés deviennent des abeilles mâles parfois appelées « faux bourdons ». Ces œufs, ainsi que les mâles qui en éclosent, sont haploïdes et possèdent deux fois moins de chromosomes que dans les cellules d’une abeille diploïde, comme le montre la figure 7. Ceci est à l’opposé des pucerons, qui peuvent produire des œufs diploïdes femelles par parthénogenèse.

La parthénogenèse peut également être stimulée artificiellement par des scientifiques. Parfois, les ovules non fécondés de certains organismes, tels que les grenouilles ou les étoiles de mer, peuvent être stimulés par l’électricité, l’irradiation, l’exposition à certains sels, l’agitation ou une piqûre physique. Cette stimulation amène l’ovule haploïde à dupliquer ses chromosomes et à devenir une cellule diploïde. L’ovule diploïde peut alors devenir un embryon, sans fécondation.

La sporogenèse est le processus de production de spores qui peut être utilisé pour la reproduction. De nombreux types d'organismes peuvent se reproduire par sporogenèse, notamment les plantes non florifères (mousses et fougères, par exemple), les champignons multicellulaires (champignons et moisissures, par exemple) et certains types d'algues. Une spore est une cellule unique générée par un organisme parent et capable de se développer en un organisme descendance dans des conditions favorables.

Par exemple, les champignons sont le nom que nous donnons aux corps fructifères de plusieurs types de champignons multicellulaires. Ces champignons sont les organes reproducteurs des champignons souterrains, qui poussent au-dessus du sol lorsque les conditions environnementales sont favorables. Ils se développent rapidement et libèrent des nuages de spores, qui sont transportés par le vent et parfois par des animaux. Le champignon se flétrit rapidement une fois les spores libérées.

Lorsqu’une spore atterrit sur une surface humide et appropriée, elle commence à croître ou germer, et finit par devenir un nouveau champignon. Les spores peuvent être produites sexuellement ou asexuellement. Si les spores sont fabriquées par reproduction asexuée, elles deviennent une progéniture avec une composition génétique identique à celle de l’organisme parent. Le cycle de vie d’un champignon producteur de champignons est illustré à la figure 8. La moisissure du pain est un autre type de champignon qui se reproduit par des spores de la même manière.

Les fougères sont des plantes qui se reproduisent à l’aide de spores. La grande fougère à feuilles que vous imaginez classiquement est appelée sporophyte. Le sporophyte libère des spores à partir de structures appelées sores sur la face inférieure de ses feuilles. À l'instar des spores de champignons, elles germent et se transforment en un organisme reproducteur si elles se posent sur une surface appropriée.

Les spores d’une fougère sont haploïdes, ce qui signifie qu’elles possèdent la moitié du nombre de chromosomes trouvés dans une cellule de fougère typique, ou 1n. Ces spores haploïdes se transforment en une petite plante qui possède également des cellules haploïdes. Cette version plus petite de la fougère s’appelle un gamétophyte. Cette partie du cycle de vie de la fougère, la production de spores et la croissance du gamétophyte, représente une phase de la reproduction asexuée.

Cependant, chez les fougères, la phase asexuée n’est qu’une partie du cycle de vie de la plante. Le gamétophyte se reproduit sexuellement en fabriquant des gamètes, des ovules et des spermatozoïdes, qui fusionnent pour produire une progéniture. La progéniture issue de cette phase de reproduction sexuée est un nouveau sporophyte. Le sporophyte se développe dans la plante de fougère habituelle et produit des spores pour recommencer le cycle de vie.

Ce schéma, où un organisme a à la fois des stades de vie haploïde sexuel et diploïde asexué, est appelé alternance de générations et est illustré dans le cycle de vie de la fougère en figure 9.

Exemple 4: Identifier une étape du cycle de vie d’une fougère

La figure ci-dessous illustre le cycle de vie d’une fougère. Identifiez le stade qui correspond à la reproduction par les spores.

Réponse

Les fougères sont un type de plante qui a des stades de vie haploïde sexué et diploïde asexué. Ce système de reproduction est appelé alternance de générations.

Pendant la phase asexuée, les fougères se reproduisent à l’aide de spores. La grande plante à fougères à feuilles que vous voyez habituellement est appelée sporophyte. Le sporophyte libère des spores à partir de structures appelées sores sur la face inférieure de ses feuilles. Celles-ci germent ensuite et donnent un organisme appelé gamétophyte si elles atterrissent sur une surface appropriée.

Le gamétophyte se reproduit sexuellement en fabriquant des gamètes, des ovules et des spermatozoïdes, qui fusionnent pour produire une progéniture. La progéniture issue de cette phase de reproduction sexuée est un nouveau sporophyte. Le sporophyte pousse et devient la plante de fougère classique, qui produit des spores pour recommencer ce cycle de vie.

Cette organisation, où un organisme a à la fois des stades de vie haploïde sexué et diploïde asexué, est appelé alternance de générations et est illustré plus en détail sur le schéma ci-dessous.

D’après ces informations, nous pouvons déduire que le stade du cycle de vie de la fougère qui correspond à la reproduction par les spores est le stade B.

Le tableau 1 liste quelques-uns des différents organismes décrits jusqu’à présent et la méthode de reproduction asexuée qu’ils peuvent utiliser.

À certains égards, la propagation végétative est semblable à la régénération, dont nous avons parlé plus tôt. « Multiplication végétative » est le nom donné aux méthodes de reproduction asexuée chez les plantes où la progéniture pousse à partir d’un fragment ou morceau de la plante mère. La propagation végétative implique une nouvelle plante poussant à partir d’une branche, tige ou d’une racine cassée. Elle comprend également la reproduction par des stolons, retrouvée par exemple chez le fraisier, comme le montre la figure 10. Ces stolons sont des tiges modifiées qui sortent de la plante adulte mature, développent des racines et des feuilles et finissent par devenir un nouveau fraisier adulte. Différentes plantes ont différentes méthodes de propagation végétative, notamment impliquant des bulbes, des tubercules et des plantules.

Parfois, les scientifiques ont besoin de cultiver des plantes dans un environnement contrôlé. Cela peut être fait à des fins de recherche avec de nouvelles souches de plantes aux propriétés bénéfiques, comme une résistance aux maladies. Les plantes peuvent être cultivées en laboratoire grâce à un processus appelé la culture tissulaire, ou culture de tissus. Cette culture a lieu lorsqu’un échantillon de cellules prélevées sur des tissus vivants est cultivé en laboratoire.

Dans la culture de tissus de plantes, un spécimen de plante entièrement nouveau peut être cultivé à partir d'un très petit échantillon ou même d’une seule cellule. Cette nouvelle plante est souvent appelée clone de la cellule mère, car elle est génétiquement identique. L’échantillon de tissu est placé dans un milieu de culture, qui peut être liquide ou sous forme de gel. Parfois, l’eau de coco est utilisée comme milieu de culture dans ces expériences, car elle possède un mélange de nutriments et d’hormones de croissance. Au cours du temps, les cellules de l’échantillon de tissu se multiplient et se différencient. Finalement, dans les bonnes conditions, un spécimen de plante entièrement nouveau se développe à partir de l’échantillon de tissu original.

Puisqu’une nouvelle plante est obtenue à partir d’un petit échantillon prélevé sur une seule plante parente, la culture tissulaire est un type de reproduction asexuée chez les plantes. Elle démontre les principes de la multiplication et de la régénération végétatives. La culture tissulaire nous montre également qu’une seule cellule végétale possède tout le matériel génétique et toutes les structures nécessaires pour devenir un individu entièrement nouveau. La photo ci-dessous montre des plantes cultivées par culture tissulaire à différents stades de développement dans des éprouvettes.

La plupart des organismes qui se reproduisent de manière asexuée sont aussi capables de se reproduire sexuellement. Étant donné que la reproduction asexuée est plus rapide et ne nécessite pas un accouplement ou une fusion réussie des gamètes, elle est souvent considérée comme une méthode de reproduction plus fiable et toujours disponible. Cependant, la reproduction asexuée a le désavantage de créer une population génétiquement identique, qui sont toutes vulnérables aux mêmes menaces environnementales. La reproduction sexuée apporte de la variation génétique et crée une population plus diversifiée, plus résiliente en cas de changements environnementaux, bien qu’elle demande plus d’énergie et implique souvent un risque plus élevé. Ainsi, nous pouvons voir pourquoi il peut être avantageux pour certains organismes de faire les deux.

Résumons maintenant ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.