Reproduction et développement des animaux
La plupart des animaux subissent une reproduction sexuée et ont des formes de développement similaires dictées par les gènes Hox.
Objectifs d’apprentissage
Expliquer les processus de reproduction animale et de développement embryonnaire
Principes clés
Points clés
- La plupart des animaux se reproduisent par voie sexuée, mais certains sont capables de se reproduire de manière asexuée par parthénogenèse, bourgeonnement ou fragmentation.
- Après la fécondation, un embryon se forme et les tissus animaux s’organisent en systèmes d’organes ; certains animaux peuvent également subir une métamorphose incomplète ou complète.
- Le clivage du zygote conduit à la formation d’une blastula, qui subit d’autres divisions cellulaires et réarrangements cellulaires au cours d’un processus appelé gastrulation, qui conduit à la formation de la gastrula.
- Pendant la gastrulation, la cavité digestive et les couches germinales se forment ; celles-ci se développeront plus tard en certains types de tissus, organes et systèmes d’organes au cours d’un processus appelé organogenèse.
- Les gènesox sont responsables de la détermination du plan corporel général, comme le nombre de segments corporels d’un animal, le nombre et l’emplacement des appendices, et la directionnalité tête-queue de l’animal.
- Les gènesox, similaires chez la plupart des animaux, peuvent activer ou désactiver d’autres gènes en codant des facteurs de transcription qui contrôlent l’expression de nombreux autres gènes.
Termes clés
- métamorphose : changement de la forme et souvent des habitudes d’un animal après le stade embryonnaire au cours du développement normal
- Gène Hox : gènes responsables de la détermination du plan corporel général, comme le nombre de segments corporels d’un animal, le nombre et l’emplacement des appendices, et la directionnalité tête-queue de l’animal
- blastula : une structure creuse de 6 à 32 cellules qui se forme après qu’un zygote ait subi une division cellulaire
Reproduction et développement des animaux
La plupart des animaux sont des organismes diploïdes (leurs cellules corporelles, ou somatiques, sont diploïdes) avec des cellules reproductrices haploïdes ( gamètes ) produites par méiose. La majorité des animaux se reproduisent par voie sexuée. Ce fait distingue les animaux des champignons, des protistes et des bactéries où la reproduction asexuée est courante ou exclusive. Cependant, quelques groupes, comme les cnidaires, les vers plats et les ascaris, subissent une reproduction asexuée, bien que presque tous ces animaux aient également une phase sexuelle dans leur cycle de vie.
Processus de la reproduction animale et du développement embryonnaire
Lors de la reproduction sexuée, les gamètes haploïdes des individus mâles et femelles d’une espèce se combinent dans un processus appelé fécondation. Généralement, le petit spermatozoïde mâle mobile féconde l’ovule femelle sessile, beaucoup plus gros. Ce processus produit un œuf fécondé diploïde appelé zygote.
Certaines espèces animales (notamment les étoiles de mer et les anémones de mer, ainsi que certains insectes, reptiles et poissons) sont capables de se reproduire de manière asexuée. Les formes les plus courantes de reproduction asexuée pour les animaux aquatiques stationnaires comprennent le bourgeonnement et la fragmentation, où une partie d’un individu parent peut se séparer et se développer en un nouvel individu. En revanche, une forme de reproduction asexuée que l’on retrouve chez certains insectes et vertébrés est appelée parthénogenèse, où des œufs non fécondés peuvent se développer en une nouvelle progéniture. Ce type de parthénogenèse chez les insectes est appelé haplodiploïdie et donne une progéniture mâle. Ces types de reproduction asexuée produisent une progéniture génétiquement identique, ce qui est désavantageux du point de vue de l’adaptabilité évolutive en raison de l’accumulation potentielle de mutations délétères. Cependant, pour les animaux qui sont limités dans leur capacité à attirer des partenaires, la reproduction asexuée peut assurer la propagation génétique.
Après la fécondation, une série de stades de développement se produisent au cours desquels les couches germinales primaires sont établies et se réorganisent pour former un embryon. Au cours de ce processus, les tissus animaux commencent à se spécialiser et à s’organiser en organes et systèmes d’organes, déterminant leur morphologie et leur physiologie futures. Certains animaux, comme les sauterelles, subissent une métamorphose incomplète, dans laquelle le jeune ressemble à l’adulte. D’autres animaux, comme certains insectes, subissent une métamorphose complète au cours de laquelle les individus entrent dans un ou plusieurs stades larvaires dont la structure et les fonctions peuvent différer de celles de l’adulte. Lors d’une métamorphose complète, le jeune et l’adulte peuvent avoir des régimes alimentaires différents, ce qui limite la concurrence pour la nourriture entre eux. Qu’une espèce subisse une métamorphose complète ou incomplète, la série de stades de développement de l’embryon reste largement la même pour la plupart des membres du règne animal.
Métamorphose incomplète et complète : (a) La sauterelle subit une métamorphose incomplète. (b) Le papillon subit une métamorphose complète.
Le processus de développement animal commence par le clivage, ou série de divisions cellulaires mitotiques, du zygote. Trois divisions cellulaires transforment le zygote unicellulaire en une structure à huit cellules. Après de nouvelles divisions cellulaires et un réarrangement des cellules existantes, une structure creuse de 6 à 32 cellules appelée blastula se forme. Ensuite, la blastula subit une nouvelle division cellulaire et un réarrangement cellulaire au cours d’un processus appelé gastrulation. Cela conduit à la formation du stade de développement suivant, la gastrula, dans laquelle se forme la future cavité digestive. Différentes couches cellulaires (appelées couches germinales) se forment au cours de la gastrulation. Ces couches germinales sont programmées pour se développer en certains types de tissus, organes et systèmes d’organes au cours d’un processus appelé organogenèse.
Développement embryonnaire : Au cours du développement embryonnaire, le zygote subit une série de divisions cellulaires mitotiques, ou clivages, pour former un stade à huit cellules, puis une blastula creuse. Au cours d’un processus appelé gastrulation, la blastula se replie vers l’intérieur pour former une cavité dans la gastrula.
Le rôle des gènes Homeobox (Hox) dans le développement animal
Depuis le début du XIXe siècle, les scientifiques ont observé que de nombreux animaux, des plus simples aux plus complexes, partageaient une morphologie et un développement embryonnaires similaires. De manière surprenante, un embryon humain et un embryon de grenouille, à un certain stade du développement embryonnaire, semblent remarquablement similaires. Pendant longtemps, les scientifiques n’ont pas compris pourquoi tant d’espèces animales se ressemblaient au cours du développement embryonnaire, mais étaient très différentes à l’âge adulte. Vers la fin du 20e siècle, on a découvert une classe particulière de gènes qui dictent la direction du développement. Ces gènes qui déterminent la structure des animaux sont appelés « gènes homéotiques ». Ils contiennent des séquences d’ADN appelées homéoboxes, les séquences spécifiques étant appelées gènes Hox. Cette famille de gènes est responsable de la détermination du plan général du corps : le nombre de segments corporels d’un animal, le nombre et l’emplacement des appendices, et la direction de la tête et de la queue de l’animal. Les premiers gènes Hox à avoir été séquencés sont ceux de la mouche du vinaigre (Drosophila melanogaster). Une seule mutation Hox chez la drosophile peut entraîner une paire d’ailes supplémentaire ou même des appendices poussant à partir de la « mauvaise » partie du corps.
Il existe de nombreux gènes qui jouent un rôle dans le développement morphologique d’un animal, mais les gènes Hox sont si puissants car ils peuvent activer ou désactiver un grand nombre d’autres gènes. Pour ce faire, les gènes Hox codent des facteurs de transcription qui contrôlent l’expression de nombreux autres gènes. Les gènes Hox sont homologues dans le règne animal : les séquences génétiques et leurs positions sur les chromosomes sont remarquablement similaires chez la plupart des animaux (par exemple, vers, mouches, souris, humains) en raison de leur présence chez un ancêtre commun. Les gènes Hox ont subi au moins deux événements de duplication au cours de l’évolution animale : les gènes supplémentaires ont permis l’évolution de types de corps plus complexes.
Gènes Hox : les gènes Hox sont des gènes très conservés codant pour des facteurs de transcription qui déterminent le déroulement du développement embryonnaire chez les animaux. Chez les vertébrés, les gènes ont été dupliqués en quatre groupes : Hox-A, Hox-B, Hox-C et Hox-D. Les gènes de ces groupes sont exprimés dans certains segments du corps à certains stades du développement. L’homologie entre les gènes Hox de la souris et de l’homme est illustrée ici. Notez comment l’expression des gènes Hox, indiquée par un ombrage orange, rose, bleu et vert, se produit dans les mêmes segments corporels chez la souris et chez l’homme.
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