7 - Reproduction sexuée
Avoir un bébé
Un sujet un peu difficile et exposé ici de façon nécessairement sommaire, mais indispensable si on veut connaître le fonctionnement du vivant, sa reproduction, ses failles et ses surprises aléatoires. Il faut mettre les mains dans le cambouis de la soupe biologique si on veut comprendre - un peu – ce qu’est la vie, notre vie.
Les progrès assez récents de la connaissance biologique nous permettent de laisser de côté les explications simplement et sommairement métaphysiques ou théologiques du genre « cause première » et « cause seconde ».(Cause toujours !) Ou même un concept philosophique comme « âme ».Pour autant, la connaissance biologique laisse ouvertes les questions éthiques, et ce n’est pas un mince sujet.
Considérant que la procréation humaine n’est pas qu’un phénomène biologique, on laisse cependant ici, provisoirement de côté, toute la poésie et toutes les ,considérations éthiques de ce qui devrait toujours être un acte d’Amour. Nous aurons, plus tard, l'occasion d'y revenir
La vie a plusieurs modes de reproduction
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Les premiers êtres vivants remontent à près de 4 milliards d'années. Or, la reproduction sexuée n'est apparue qu'entre 1,5 et 1 milliard d'années. Avant l'apparition du sexe, le vivant se reproduisait par division cellulaire. Et c'est encore le cas de nombreuses espèces bactériennes, de champignons ou de plantes.
La reproduction sexuée est la plus répandue, aussi bien chez les plantes que chez les animaux. Elle n'est pas la seule.
La parthénogenèse réalise la reproduction à partir d'un ovule non fécondé. On peut l'observer chez certains insectes, les phasmes par exemple. Certains requins sont capables de parthénogenèse. Mais elle alterne souvent avec la reproduction sexuée. Chez les lézards à queue de fouet, les mâles ont disparu. Les femelles se reproduisent donc par clonage.
Certaines plantes et certains animaux sont hermaphrodites, c'est-à-dire qu'un même individu possède le caractère mâle et le caractère femelle. L'escargot, hermaphrodite, doit s'accoupler à un autre escargot pour se féconder. Certaines plantes peuvent s'autoféconder. Chez certaines espèces, un individu change de sexe au cours de sa vie. C'est le cas des poissons-clowns.
La reproduction sexuée.
C'est celle qui favorise le plus la diversité génétique, et qui rend l'espèce plus adaptée à d'éventuelles variations de l'environnement.
La reproduction sexuée, faisant intervenir un mâle et une femelle, est principalement à la source de l'évolution de la vie.
En première analyse, la vie, des plantes jusqu'à l'homme, est un système stable et structuré, qui en se reproduisant génère d'autres systèmes stables et structurés. L'ADN des cellules contient tout le programme permettant le fonctionnement et la reproduction des êtres vivants. Le mécanisme de la reproduction cellulaire est actuellement bien connu. (Nous examinerons plus loin celui de la reproduction humaine). Mais le vivant se situe dans un environnement. Et dans certains cas, la stabilité peut être un atout, dans la mesure où le vivant est bien adapté à son environnement. Ainsi, les crocodiles, bien qu'ayant évolué et s'étant diversifié, ont une forme très proche de leurs ancêtres, que l'on situe à environ 170 millions d'années. Dans l'histoire de l'évolution, cette relative stabilité reste une exception. Car le mécanisme de la reproduction a des "ratés". Ces ratés font que les individus, dans une mesure plus ou moins grande, diffèrent de leurs géniteurs. Plutôt que de ratés, il faut parler de modifications dues au hasard. Car la reproduction, tout en mettant en place un mécanisme stable de réplication de cellules, introduit le facteur "hasard" au cours de l'échange des fragments du génome mâle et femelle.
Les gamètes mâles fusionnent avec les gamètes femelles en échangeant leurs chromosomes de façon parfaitement aléatoire. La probabilité que deux gamètes reçoivent le même assortiment chromosomique est inférieure à 1 sur 8 millions. C'est une loterie à grande échelle.
Au niveau de l'individu, ce brassage interchromosomomique a deux conséquences au moins.
- Chaque nouvel individu est unique. La probabilité pour que deux individus nés de mêmes parents soient strictement identiques est inférieur à 1 sur 70 milliards. (Et comme la terre n'a "que" 6 milliards d'humains, chacun de nous est unique).
- La loterie de la reproduction ne donne pas les mêmes chances à chaque individu. Ainsi, à travers les multiples variations que chaque individu a reçues à sa naissance, certaines peuvent être graves et contraignantes, voire mortelles à plus ou moins brèves échéances. D'autres au contraire procurent des avantages sur les autres individus.
Au niveau de l'espèce, le hasard devient le véritable moteur de l'évolution, car il précède l'élimination des individus les moins adaptés et avantage ceux que les modifications génétiques ont rendus les plus adaptés à leur environnement et à leur reproduction. Au moins pour un temps. Car les modifications de l'environnement (climat, catastrophes naturelles, prédateurs géants ou microbiens) peuvent compromettre l'existence non seulement des individus, mais des espèces elles-mêmes. Ce sont les systèmes biologiques les plus capables de générer du hasard qui perdurent.
Si le hasard intervient dans la reproduction sexuée (méiose), il intervient aussi dans la reproduction des cellules les plus courantes d'un même individu (mitose). La mutation d'un gène peut provoquer un cancer ou d'autres maladies.
La reproduction humaine
Attardons nous un peu plus sur la reproduction humaine
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Roméo et Juliette
Les jeux de l'amour et du hasard
(La fonction de cette partie n'est pas de fournir un cours de biologie, mais de signaler l'intervention du hasard dans la reproduction sexuée. Cette partie n'est pas simple, mais chacun peut compléter ses connaissances sur des sites appropriés. J’en fournis quelques uns à la fin de l’article )
Rappelons que chaque cellule de l'organisme contient tout le patrimoine génétique d'un individu. Appelons notre individu type mâle Roméo. Les chromosomes, au nombre de 46, dans le noyau des cellules de Roméo, contiennent toute son information génétique (y compris la beauté physique du séducteur). Ils sont constitués d'ADN, acide désoxyribonucléique. Chaque chromosome contient de nombreux gènes, support de l'information génétique.
Pour se reproduire, les cellules se divisent. Mais il existe deux types de division:
- la mitose. C'est la division la plus courante des cellules. En se divisant chaque cellule reproduit une cellule identique à elle-même (sauf erreurs toujours possibles). On dit que c'est une reproduction "asexuée"
- La méiose.
C'est celle-là qui nous intéresse particulièrement ici. Elle prépare la reproduction sexuée, en fabriquant chez le mâle et la femelle, des cellules spéciales, les gamètes, différentes des cellules ordinaires de l’organisme.
Avant la méiose :
Dans le noyau d’une cellule ordinaire, nous avons 46 chromosomes, répartis en 23 paires. La cellule est dite "diploïde", c'est-à-dire contenant des chromosomes par paires. On pourrait comparer - mais ce n'est qu'une comparaison - le noyau de la cellule à un sandwich de deux feuilles de papier, constituées de 23 paires de chromosomes, dont les motifs se superposeraient par transparence. Les gènes sont contenus dans les chromosomes, et constituent l'ensemble de la programmation de l'organisme. (Il y a controverse sur le nombre de gènes humains, 23 000 environ). Chaque motif – dans notre image - représente une paire de gènes homologues (les allèles), mais non identiques.
Dans chaque individu, et dans chaque paire, l’un des chromosomes a une origine maternelle et l’autre chromosomes a une origine paternelle. Cet appairage s’est effectué au moment où, respectivement, les parents de Roméo et de Juliette ont fait l’amour.
Schéma de la division d'un chromosome humain. Passage d'une cellule dilploïde (double) à deux cellules haploïdes (simples)
Crossing over établissant, au hasard, de nouvelles combinaisons entre les chromosomes auparavent distincts. (anaphase 1 de la méïose.)
(Les couleurs et les formes du schéma sont purement conventionnelles).
Quelques chiffres
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-23 chromosomes dans un gamète,
ovocyte ou spermatozoïde.
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- environ 200 000 ovocytes dans les deux ovaires
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- environ 150 millions de spermatozoïdes dans une éjaculation.
Après la méiose :
On a des cellules dites haploïdes, les gamètes. Elles ne contiennent plus qu’un seul exemplaire des chromosomes. Et chaque gamète est différent des autres, car il est issu d’un brassage au hasard entre des parties des chromosomes doubles de départ (chromatides). Sur la totalité des gamètes un seul de chaque parent sera peut-être – à chaque fécondation - à l’origine d’un nouvel individu .
Chez Juliette
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Chaque cellule formant un gamète, après division, est féminine, XX, puisqu'elle est issue d'un double chromosome XX.
Ses deux ovaires ont produit des gamètes femelles. L’ovogenèse ou formation des ovocytes a débuté dès sa vie embryonnaire. À sa naissance, elle possède toute une réserve d'ovocytes, environ 200 000, stockés dans ses ovaires (tous différents, rappelons le). Seuls quelques-uns auront un avenir. Le développement des ovocytes reste bloqué jusqu'à la puberté. À sa puberté, chaque mois, environ 600 ovocytes ont continué leur croissance, mais un seul reste, tandis que les autres dégénèrent. (Un "gaspillage" tout-à-fait semblable à celui de la fécondation des plantes).L'ovocyte unique est alors pondu dans la trompe. C'est l'ovulation (suivi des règles si l'ovocyte candidat n'a pas reçu la fécondation d'un spermatozoïde). L'ovocyte est une grosse cellule, bien plus grosse que le spermatozoïde, et qui ne deviendra ovule que par la fécondation.
Chez Roméo
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Alors que l'ovogenèse a eu lieu de la 8ème semaine à la 20ème semaine de la vie intra-utérine de Juliette, et qu'à sa naissance, la production d'ovocyte était terminée, la spermatogenèse de Roméo n'a débuté qu'à sa puberté. Elle durera jusqu'à la fin de sa vie, dans un renouvellement permanent du stock et élimination des spermatozoïdes plus anciens. Rappelons que les spermatozoïdes, comme les ovocytes, ne contiennent chacun que la moitié des chromosomes d'une cellule courante, dite diploïde.
Seuls quelques-uns auront un avenir. Chaque cellule, après division, est soit féminine, XX, soit masculine XY puisqu'elle est issue de la division d'un double chromosome XY. Et chaque cellule va fournir un gamète, l'un masculin, l'autre féminin. Chaque gamète donne chez l'homme un spermatozoïde mâle ou un spermatozoïde femelle produit par le testicule. Les spermatozoïdes seront stockés dans les testicules, à partir de la puberté.
La loterie des gènes.
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a – Dans la méiose
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La méiose, en, produisant des gamètes (ovocytes et spermatozoïdes) prépare une fécondation éventuelle. A ce stade, le hasard intervient manifestement. Et ce n'est qu'un début.
La première division de la méiose, aboutissant à un gamète, provoque un brassage des allèles, dans un phénomène d'entrecroisement (crossing-over). Les chromosomes homologues d'une même paire - en se séparant - se chevauchent et échangent des fragments de chromatide. Ayant cohabité jusqu'à présent, les chromosomes homologues (issus du père et de la mère des géniteurs actuels) se séparent en échangeant leurs éléments. Si bien que, respectivement, dans chaque cellule haploïde, obtenue par la séparation d'une cellule diploïde, les chromosomes de part et d'autre ne sont plus les mêmes que les chromosomes de départ. Un chromosome venant de la mère (du géniteur actuel) peut avoir reçu des éléments paternels et un chromosome d'origine paternelle peut comporter des éléments d'origine maternelle. Il y a eu un premier brassage génétique dans lequel le hasard a joué un rôle important.
Le matériel de la grande loterie du vivant est maintenant prêt.
b - La fécondation
Extrait d'une vidéo Dailymotion "Les étapes de la fécondation chez l'homme."
Roméo rencontre Juliette, bien équipée pour la maternité. Après quelques formalités amoureuses d'usage - on n'est pas des bêtes (quoique) - Roméo envoie une bonne giclée de spermatozoïdes dans l'utérus de Juliette. (Laissons provisoirement la poésie de côté, pour nous en tenir à la stricte réalité biologique, tout en reconnaissant que la poésie de l'Amour est aussi une réalité de l'être humain et peut-être aussi, à un moindre degré, d'autres espèces évoluées). Dans le corps de Juliette, un ovocyte, parmi beaucoup d'autres, a quitté l'ovaire pour se loger dans la trompe utérine, dans l'attente d'un candidat. Le volume de sperme émis par Roméo est de 2 à 5 ml à raison de 80 à 100 millions de spermatozoïdes par ml, soit une quantité de plus de 150 millions de spermatozoïdes, quantité variable selon les individus et selon l'âge (l’analogie avec les pollens des plantes est évidente). Et un seul spermatozoïde viendra visiter l'ovule. Mais c'est un parcours du combattant, parcours dans lequel la majorité des spermatozoïdes mourront. Au passage du col de l'utérus, les spermatozoïdes les plus débiles seront éliminés par la glaire cervicale. Pas de pitié. Et ceux qui restent doivent encore rejoindre la trompe utérine. La concurrence est rude. Par rapport à l'ovocyte les spermatozoïdes sont de minuscules nains équipés d'une queue pour naviguer dans le milieu utérin. Dans la course vers l'ovule, un seul gagnera - peut-être - après avoir déposé sa queue à l'entrée. Car une fois le visiteur rentré, la porte se referme définitivement. Et l'ovule fécondé descend dans l'utérus où il va se fixer après plusieurs divisions cellulaires (7 à 8 mitoses).
Au moment de la fécondation et de la rencontre entre l'ovocyte et le spermatozoïde, le hasard est encore intervenu, puisqu'un seul spermatozoïde, parmi beaucoup d'autres, mâle ou femelle, a pénétré l'ovocyte. Tous les spermatozoïdes ne sont pas identiques, il y a déjà au moins une différence de sexe. Si celui qui a gagné est un mâle, il produira la naissance d'un garçon et s'il est femelle, il produira la naissance d'une fille. La nature du milieu vaginal aurait une influence sur les performances sportives de la course des spermatozoïdes, en sélectionnant mâle et femelle. Rien de bien sûr.
c - Premières divisions cellulaires
La fécondation ayant été réalisée, la première cellule commence sa division, tout en progressant dans la trompe utérine vers l’utérus. Environ six jours après la fécondation, l'embryon atteint le stade de blastocyste. Les cellules sont potentiellement capables de se différencier en divers organes, peau, os, cellules sanguines. Ce sont les cellules-souches dites "pluripotentes".
Pour une bonne part des théologiens catholiques, Dieu intervient dans la vie de Roméo et de Juliette, au moment de la fécondation, pour insuffler une "âme". Quand exactement, il y a débat. Mais laissons ici ces considérations qui relèvent de la croyance, et que l'on mentionnera dans la partie critique du chapitre Evolutionnisme.
En résumé
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Le hasard intervient dans plusieurs phases de la génération :
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Déjà dans la sélection des ovocytes et des spermatozoïdes.
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Puis au cours de la méiose : Passage d’une cellule diploïde (double chromosome) à une cellule haploïde (simple chromosome) En se séparant, les chromosomes opèrent un brassage aléatoire entre leurs éléments respectifs. (chromatides). Rappelons que l’ensemble du génome est, chez les humains, d’environ 25000 gènes, ce qui donne au brassage aléatoire une quantité considérable de résultats possibles.​
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Au cours de la fécondation,​
L’ovocyte libéré par l’ovule est « tiré au sort » parmi les quelques 200 000, tous différents,qui sont contenus dans les ovaires.
Sur les quelques 150 millions de spermatozoïdes candidats à la pénétration de l’ovule (tous différents aussi), un seul parviendra (ou ne parviendra pas) à son but.
Le brassage génétique aléatoire au cours de la méiose :
Il contribue à la diversité génétique, mais il produit aussi des anomalies qui peuvent être mortelles ou graves pour la suite de la fécondation. Aux premiers stades de la fécondation, la sélection naturelle joue son rôle, en éliminant une partie des ovocytes qui ne sont pas fécondables. Cette sélection naturelle se poursuit encore jusqu’à la naissance et au-delà. Les fausses couches spontanées peuvent être une conséquence des anomalies chromosomiques survenues au cours de la méiose. Souvent, l’élimination d’ovules ou même de très jeunes fœtus par les voies naturelles ne sont pas perçues par la femme. Plus ennuyeux, l’arrivée à terme de bébés anormaux hypothèque la qualité et même la durée de leur vie.
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On voit qu’à toutes les étapes de la reproduction, et au-delà, fonctionne la sélection naturelle.
Pour toutes ces ratées de la fécondation, ces spermatozoïdes et ces ovocytes éliminés, ces ovules éliminés, ces fœtus éliminés (naturellement ou non), l’immortalité a-t-elle un sens ? Parler de « ratés » n’est d’ailleurs pas approprié, car cela supposerait que l'enfant qui naît est le résultat d'un projet dont on a défini le sexe, la couleur des yeux, la santé, etc. Alors que le nouveau-né est le résultat du fonctionnement normal de la vie s’articulant entre l’émergence d'événements dus au hasard et la sélection naturelle.
A l'expérience, les parents réalisent que leur projet d'enfant est soumis à bien des aléas, qui - pour eux - se traduisent souvent au mieux par de longues attentes, au pire par des incidents plus ou moins graves.
Quelques sites pour en savoir plus (cliquer sur la ligne)
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Brassage génétique et diversification des génomes
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Quelle est la différence entre chromosomes et chromatides ?
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La fécondation : la course du spermatozoïde vers l'ovule
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La physiologie de la procréation
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Et beaucoup d'autres ....
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Le 10 novembre 2016