UE BIO212: Biologie Reproduction Animale

UE BIO212 : Biologie de la Reproduction Animale

Ce cours, destiné aux étudiants en Licence (Semestre 5) de Biologie et Physiologie Animales à l'Université de Lomé, explore les mécanismes assurant la pérennité des espèces animales (Métazoaires).

Informations Générales

• Intitulé : BIO 212 - Biologie de la reproduction animale

• Domaine : Sciences et Technologie

• Parcours : Biologie et Physiologie Animales

• Semestre : 5 (Harmattan)

• Crédits : 4 crédits

• Volume horaire : 48 heures

• Enseignant responsable : Dr MONDEDJI A. Déla (M.C.)

• Contact : 90 10 93 17, amondedji@univ-lome.tg ou monedith14@gmail.com

• Disponibilité : Mardi, 15h-17h, bureau Zoologie FDS ou Laboratoire d'Écologie et d'Écotoxicologie (campus nord)

• Public cible : Étudiants en sciences de la vie (Biologie et Physiologie Animales) ou tout étudiant intéressé.

• Pré-requis : Plans d'organisation des animaux, anatomie comparée des Vertébrés, notions de base en reproduction (méiose, fécondation, gamétogenèse), génétique fondamentale, biologie cellulaire.

Objectifs du Cours

Objectif Général

• Appréhender les divers processus biologiques qui assurent la pérennité des espèces animales.

Objectifs Spécifiques

• Déterminer les modalités de la reproduction animale (asexuée, sexuée et leurs composantes).

• Reconnaître l'organisation et le fonctionnement des organes reproducteurs animaux.

• Identifier les stratégies et adaptations reproductives des animaux.

Plan du Contenu d'Enseignement

I – Rappel sur le Concept d'Animal

• Qu'est-ce qu'un animal ?

• Classification et diversité des animaux (Invertébrés, Vertébrés, classification phylogénétique).

  • Un animal est un être vivant Eucaryote, pluricellulaire, généralement mobile et hétérotrophe.

  • La classification traditionnelle en Invertébrés (groupe paraphylétique) et Vertébrés (squelette interne, colonne vertébrale, crâne).

  • La classification phylogénétique moderne se base sur les degrés de parenté.

II – Concept de Reproduction

• Définition : Ensemble des processus biologiques par lesquels une génération (n) en engendre une nouvelle (n+1), assurant la continuité et la diversité des espèces.

• Importance : L'essence de la vie, assure la pérennité malgré la mortalité individuelle.

• Deux modalités principales : Reproduction asexuée et Reproduction sexuée.

III – Reproduction Asexuée (RA)

• Définition : Production d'un ou plusieurs nouveaux individus à partir d'un seul parent, sans cellules sexuelles, par divisions cellulaires conformes (mitoses). Les descendants sont des clones.

• Condition : Présence de cellules totipotentes (embryonnaires) ou omnipotentes.

• Avantages :

  • Simplicité (pas de recherche de partenaire).

  • Production rapide de nombreux individus (clone isogénique).

  • Colonisation rapide d'environnements stables.

• Inconvénients :

  • Pas de variabilité génétique (clones).

  • Défavorable en cas de changement environnemental (forte mortalité).

  • Quasi exclusivement chez les Invertébrés primitifs, aquatiques, libres ou parasites.

• Régulation : Facteurs externes (température, nutrition, photopériode, densité) et, intrinsèquement, facteurs de croissance ou neurohormones. Pas d'hormones produites par des glandes endocrines.

• Répartition et Modalités :

  • Forte chez Spongiaires (bourgeonnement), Cnidaires (bourgeonnement), Plathelminthes (scissiparité, strobilisation).

  • Assez importante chez Annélides (scissiparité, bourgeonnement).

  • Rare chez Echinodermes (autotomie, régénération).

  • Absente chez Nématodes, Mollusques, Arthropodes (majorité).

• Modalités spécifiques :

  • Scissiparité/Fissiparité : Division simple (transversale ou longitudinale) en deux individus identiques.

  • Régénération : Capacité de reconstituer des parties perdues (souvent associée à la scissiparité).

  • Bourgeonnement/Gemmiparité : Développement d'un nouvel individu (blastozïte) à partir de cellules totipotentes (néoblastes ou histoblastes) formant un bourgeon. Peut être libre (dissémine l'espèce, ex: Hydre) ou colonial (ex: coraux).

  • Strobilisation : Segmentation spontanée et transversale du corps (chez Cnidaires, Helminthes).

• Aux différents stades de développement :

  • Polyembryonie (stade embryonnaire) : Formation de plusieurs embryons à partir d'un seul zygote (ex: jumeaux univitellins chez l'homme, Hyménoptères).

  • Multiplication larvaire : Très importante chez les Plathelminthes (Trématodes: sporocyste -> rédies -> cercaires; Cestodes: larve cysticerque bourgeonne en cénures/hydatides).

  • Reproduction asexuée des adultes :

    • Spongiaires : Bourgeonnement externe (archéocytes totipotentes) et interne (formation de gemmules pour la résistance). Grande capacité de régénération.

    • Cnidaires : Bourgeonnement polypien (formation de colonies), bourgeonnement médusaire, strobilisation (ex: Aurelia aurita). Grande capacité de régénération grâce aux cellules interstitielles pluripotentes.

    • Plathelminthes : Scissiparité et fragmentation avec régénération (Turbellariés), strobilisation (Cestodes).

    • Annélides : Bourgeonnement (ex: Syllis racemosa), scissiparité (architomie, paratomie), stolonisation (formation de stolons sexués, ex: Syllidiens). La régénération est limitée chez les vers de terre.

IV – Reproduction Sexuée (RS)

• Définition : Basée sur la production de cellules reproductrices (gamètes) mâles et femelles, dont la fusion (fécondation) engendre une cellule œuf ou zygote.

• Différence avec RA : Fusion de gamètes, état diploïde du zygote, brassage génétique dû à la méiose (répartition aléatoire des chromosomes, crossing-over). Les descendants sont génétiquement uniques.

• Avantages :

  • Variabilité génétique accrue (permet la sélection naturelle dans un milieu changeant).

  • Meilleures adaptations répandues.

  • Possibilité de deux parents pour veiller sur la progéniture.

• Inconvénients :

  • Grandes dépenses d'énergie (recherche de partenaire, parade, compétition).

  • Nécessite des mécanismes complexes (transport des gamètes, fécondation, attraction).

  • "Erreurs" génétiques plus fréquentes (méiose complexe, doublement des chromosomes).

  • Progéniture pas toujours mieux adaptée que les parents.

  • Nombreux gamètes perdus.

• Régulation : Contrôlée par des facteurs externes (lumière, température, humidité) et biotiques (densité, présence de congénères) intégrant des informations intrinsèques et extrinsèques via le système nerveux et endocrinien (neurohormones, hormones).

• Sexualisation :

  • Gonochorisme : Individus de sexe séparé (mâles et femelles distincts).

    • Détermination du sexe génétique (chromosomes sexuels XX/XY, ZZ/ZW, X0).

    • Exemples de détermination génétique particulière :

      • Abeilles : Mâles haploïdes (n), femelles diploïdes (2n).

      • Dindon : Parthénogenèse donne des mâles diploïdes (ZZ).

      • Drosophile : Détermination du sexe par le rapport X/A (X/autosomes).

      • Ornithorynque : Jusqu'à 10 chromosomes sexuels (XYXYXYXYXY).

    • Détermination du sexe environnementale :

      • Température (TSD) : Chez de nombreux Reptiles (Tortues, Lézards, Crocodiles). Températures féminisantes (TF) et masculinisantes (TM).

      • Phéromones ou substances chimiques : Chez Bonellia viridis (larve sur substrat devient femelle, sur proboscis de femelle devient mâle).

    • Anomalies de la détermination du sexe chez l'Homme : Syndrome de Turner (X0), Klinefelter (XXY), Triplo-X (XXX), Double Y (XYY).

    • Différenciation des caractères sexuels : Sous dépendance hormonale (primaires - organes génitaux, secondaires - dimorphisme corporel).

  • Hermaphrodisme : Présence des deux sexes (mâle et femelle) chez un même individu (monoïque).

    • Normal : Individu porte les organes reproducteurs mâles et femelles.

      • Simultané (synchrone) : Gamétogenèses mâle et femelle contemporaines (ex: Lombrics, Escargots). Autofécondation rare, fécondation croisée obligatoire (barrières anatomiques ou chronologiques).

      • Successif (séquentiel) : Changement de sexe au cours de la vie.

        • Protandrie : D'abord mâle, puis femelle (ex: Cestodes, huîtres).

        • Protogynie : D'abord femelle, puis mâle (ex: Poissons comme les mérous).

        • Alterné : Plusieurs inversions de sexe.

      • Déterminisme de l'inversion : Généralement génétique, mais aussi facteurs environnementaux (ex: Crepidula fornicata - position dans la pile, phéromones).

    • Non exclusif : Coexistence d'hermaphrodites et de gonochoriques (ex: Caenorhabditis elegans).

    • Accidentel :

      • Embryonnaire : Présence d'ébauches des deux sexes chez l'embryon, une seule se développe (ex: embryons de Vertébrés).

      • Rudimentaire : Un sexe fonctionnel, l'autre latent (ex: organe de Bidder chez le crapaud mâle, ovaire droit atrophié chez la poule).

    • Adaptation : Forme de reproduction sexuée adaptée aux milieux contraignants (vie parasitaire, fixée, risques de déshydratation).

  • Parthénogenèse : Un œuf non fécondé se développe spontanément (reproduction monoparentale).

    • Naturelle : Spontanée.

    • Expérimentale/Artificielle : Provoquée (ex: Pincus chez le lapin).

    • Distinction :

      • Gynogenèse/Pseudogamie : Pénétration du spermatozoïde active l'ovocyte mais pas fusion des noyaux.

      • Parthénogenèse : Pas de pénétration du spermatozoïde.

    • Considérée comme une forme dérivée de la RS.

    • Nécessite activation de l'ovule et régulation astérienne.

    • Régulation du nombre de chromosomes : Par tétraploïdie de la femelle, suppression de la 1ère division polaire, résorption du 2nd globule polaire (automixie), etc.

    • Types :

      • Accidentelle : Chez espèces à reproduction sexuée normale.

        • Arrhénotoque : Seulement mâles.

        • Thélytoque : Seulement femelles (ex: Orthoptères, Rotifères amictiques par apomixie).

        • Deutérotoque : Mâles et femelles.

      • Habituelle/Régulière (normale) :

        • Cyclique/Saisonnière : Alterne avec RS (ex: Daphnies, pucerons).

        • Géographique : Races parthénogénétiques dans des aires distinctes (ex: Éphéméroptères).

        • Obligatoire : Perte du pouvoir de RS normale (ex: Artemia salina).

      • Paedogenèse : Parthénogenèse chez la larve (ex: Cécidomyidés).

      • Chez les Vertébrés : Rare (Poissons, Amphibiens, Reptiles, Oiseaux – comme le dindon avec mâles diploïdes). Absente chez les Mammifères.

    • Intérêt écologique :

      • Avantages : Production importante et rapide d'individus, conquête de l'habitat.

      • Inconvénients : Faible diversité génétique, risque d'extinction en environnement changeant.

V – Organisation des Appareils Reproducteurs des Animaux

• Constituants : Gonades (testicules, ovaires), conduits génitaux, organes génitaux externes.

• Variations selon les embranchements :

  • Diploblastiques (Spongiaires, Cnidaires) : Pas d'appareil reproducteur différencié.

  • Triploblastiques Acœlomates/Pseudocœlomates : Apparition des gonades et voies génitales.

    • Trématodes (hermaphrodites simultanés) : Appareil mâle (2 testicules, spermiductes, vésicule séminale, pénis), appareil femelle (ovaire lobulé, oviducte, ootype, glandes de Mehlis, utérus, canal de Laurer).

    • Cestodes (hermaphrodites protandriques) : Chaque proglottis contient les deux appareils. Testicules nombreux, spermiductes, canal déférent, pénis. Vagin, deux ovaires, vitellogène, ootype, utérus.

  • Triploblastiques Cœlomates :

    • Nématodes (gonochoriques) : Fort dimorphisme sexuel. Femelle (ovaires filiformes, oviductes, utérus, vagin). Mâle (testicule filiforme, spermiducte, vésicule séminale, cloaque).

    • Polychètes (gonochoriques) : Organes génitaux peu différenciés, souvent présents dans chaque gonade.

    • Oligochètes (Lombrics - hermaphrodites simultanés) : Orifices externes, ovaires minuscules, pavillons femelles. Testicules, vésicules séminales, pavillons mâles. Spermathèques stockent le sperme étranger. Accouplement réciproque et formation de cocon.

    • Achètes (Sangsues - hermaphrodites simultanés) : Testicules variés, spermiductes. Ovaires en ovisacs, oviductes, utérus, vagin.

    • Mollusques : Très variés.

      • Pulmonés (Gastéropodes - hermaphrodites simultanés) : Gonade unique (ovotestis), canaux pour spermatozoïdes et ovules.

      • Céphalopodes (gonochoriques) : Mâle (testicule unique, spermatophores issus du canal déférent et glandes annexes). Femelle (ovaire unique, oviducte, glandes nidamentaires).

    • Arthropodes (Chélicérates) : Arachnides gonochoriques. Souvent un ou deux gonades dans l'abdomen. Transfert de sperme par spermatophore.

    • Myriapodes (Lithobies - gonochoriques) : Glande génitale impaire. 5 gonoductes.

    • Crustacés (gonochoriques généralement) : Hermaphrodisme successif ou simultané rare. Gonades fusionnées en masse unique.

    • Insectes (gonochoriques généralement) : Dimorphisme sexuel accentué.

      • Femelle : Deux ovaires (ovarioles), oviductes latéraux et commun, vagin, glandes accessoires, réceptacle séminal (spermathèque).

      • Mâle : Deux testicules (tubes folliculaires), spermiductes, vésicules séminales, glandes annexes, canal éjaculateur.

    • Echinodermes (gonochoriques) : Sexe séparé, pas de différence morphologique externe. Gonades en grappe.

    • Vertébrés : Appareils reproducteurs complexes.

VI – Organisation Fonctionnelle des Gonades

• Définition : Glandes sexuelles produisant gamètes et sécrétant des hormones.

• Structures rudimentaires : Spongiaires, Cnidaires, certains Annélides Polychètes (cellules germinales dispersées).

  • Spongiaires : Gonocytes dispersés dans la mésoglée. Spermatogenèse dans cystes testiculaires, ovocytes associés à cellules nourricières.

  • Cnidaires : Gonades rudimentaires sous l'ectoderme.

• Structures bien organisées :

  • Testicules :

    • Ampoules/Cystes : Chez Poissons, Amphibiens.

    • Tubes séminifères : Chez Mammifères.

    • Cystes groupés en tubes folliculaires : Chez Insectes (germarium, zone de maturation, spermatodesmes).

  • Ovaires :

    • Follicules ovariens clos (Cnidaires, Mammifères, Amphibiens).

    • Ovarioles chez Insectes :

      • Panoïstiques : Pas de cellules nourricières.

      • Méroïstiques : Cellules nourricières présentes. Polytrophiques (dans follicules), Acrotrophiques (dans germarium, cordons trophiques).

  • Ovotestis : Chez hermaphrodites simultanés (ex: Lymnaea stagnalis) ou successifs (ex: Sparus auratus).

VII – Organisation Fonctionnelle des Gamètes

• Gamétogenèse : Processus de division cellulaire et différenciation pour former les gamètes (spermatogenèse, ovogenèse).

• Spermatozoïdes : Diversité morphologique (flagellé est le plus fréquent).

  • Tête : Souvent acrosome (enzymes hydrolytiques).

  • Pièce intermédiaire : Mitochondries pour énergie flagellaire (ATP).

  • Flagelle : Mobilité (structure 9+2 microtubules). Formes atypiques aflagellées (mouvements amiboïdes) chez Arthropodes, Ascaris.

• Ovules : Diversité en matériel nucléaire, cytoplasmique (vitellus) et enveloppes.

  • Matériel nucléaire : Ovocyte I, II, ou ovotide au moment de la fécondation. Peut être diploïde en cas de parthénogenèse.

  • Matériel cytoplasmique : Vitellus (réserves énergétiques et plastiques) variable selon la durée du développement embryonnaire et le mode de vie (ovipare/vivipare).

    • Origine du vitellus : Endogène (par l'ovocyte), Exogène (par cellules nourricières, cellules somatiques extra-ovariennes, cellules intestinales, hépatiques, etc.), ou mixte.

    • Transport du vitellus : Passif, actif, endocytose spécifique (vitellogénine), transport direct (ponts cytoplasmiques), phagocytose.

  • Enveloppes :

    • Internes (ovaire) : Glycoprotéiques (membrane vitelline, chorion), reconnaissance des gamètes.

    • Externes (voies génitales) : Protection (gangue, coquille, oothèque).

• Nutrition des cellules germinales : Cellules somatiques des gonades, parfois cellules externes (cellules nourricières, folliculaires).

• Hormones sexuelles et contrôle de la gamétogenèse :

  • Vertébrés : Axe hypothalamus-hypophyse-gonades.

    • Hypothalamus sécrète GnRH (gonadolibérine).

    • Hypophyse antérieure sécrète LH et FSH (gonadotrophines).

    • Ces hormones stimulent les gonades à produire hormones stéroïdes sexuelles (testostérone, œstradiol) et inhibines.

  • Spermatogenèse : LH stimule cellules de Leydig (testostérone). FSH et testostérone agissent sur cellules de Sertoli (ABP, inhibine).

  • Ovogenèse (Mammifères) : Cycle œstrien/menstruel. GnRH pulsatile. LH et FSH contrôlent la croissance folliculaire et la production d'œstradiol et inhibine.

  VIII – Mécanismes de la Rencontre et Fusion des Gamètes (Fécondation)

  • Définition : Fusion d'un spermatozoïde et d'un ovule, puis fusion de leurs noyaux (caryogamie), formant un zygote.

  • Rencontre des gamètes :

    • Animaux aquatiques (fécondation externe) : Grande production de gamètes, synchronisation (facteurs environnementaux), chimiotaxie (ex: oursin et resact).

    • Animaux terrestres/aériens (fécondation interne) : Maturation ovulaire contemporaine de l'insémination. Voies génitales mâles (liquide séminal, spermatophores) et femelles (capacitation des spermatozoïdes, spermathèques pour stockage, formation d'enveloppes protectrices).

    • Chez les Mammifères, les spermatozoïdes subissent la capacitation dans les voies génitales femelles.

  • Reconnaissance et fusion des gamètes :

    • Réaction acrosomique : Libération d'enzymes hydrolytiques par le spermatozoïde pour traverser les enveloppes de l'ovule. Induite par contact avec la gangue (oursin) ou la zone pellucide (mammifères).

    • Reconnaissance spécifique : Protéines (bindine chez l'oursin, ZP2/ZP3 chez les mammifères) assurent la fixation du spermatozoïde à la membrane vitelline/zone pellucide.

    • Pénétration : Création d'un cône de fécondation (oursin), ou progression via digestion enzymatique et propulsion flagellaire (mammifères). Fusion des membranes.

  • Blocage de la polyspermie : Empêche la fécondation par plusieurs spermatozoïdes.

    • Blocage rapide : Modification brutale du potentiel membranaire de l'ovule (potentiel de fécondation).

    • Blocage lent : Réaction corticale (exocytose des granules corticaux), transformation de la membrane vitelline en membrane de fécondation. Chez les Mammifères, la zone pellucide est modifiée.

  • Reprise de l'activité métabolique : Ovule reprend ses réactions métaboliques, et la méiose s'achève si ce n'est pas déjà fait.

  • Mise en commun du matériel génétique :

    • Formation et migration des pronoyaux (mâle et femelle).

    • Caryogamie : Fusion des pronoyaux en un noyau de fécondation (ex: oursin).

    • Amphimixie : Mise en commun des génomes (avec ou sans caryogamie).

      • Type oursin : Avec caryogamie.

      • Type Ascaris/Mammifères : Imbrication des enveloppes nucléaires sans fusion immédiate, puis condensation chromosomique et formation du fuseau mitotique.

  • Importance de la fécondation croisée : Assure un brassage interchromosomique et méiotique maximal, favorisant les innovations génétiques.

  IX – Cycles de Vie des Métazoaires

  • Définition : Succession régulière des phases diploïdes (après fécondation) et haploïdes (après méiose).

    • Cycle diplobiontique : La diplophase prédomine (caractéristique des Métazoaires).

  • Alternance de Générations : Succession régulière de générations sexuées et asexuées/parthénogénétiques.

    • Facultative : Dépend des conditions environnementales (ex: Daphnies, Pucerons).

    • Obligatoire : Strictement nécessaire au cycle.

  • Types d'alternance :

    • Primaire : Reproduction sexuée et reproduction asexuée monocytogène (rare chez Métazoaires).

    • Secondaire : Reproduction sexuée et reproduction asexuée polycytogène ou parthénogénétique.

      • Métagenèse : Alternance de RS et RA (ex: Aurelia aurita - Cnidaires).

      • Hétérogonie : Alternance de RS et parthénogenèse (ex: Pucerons). Cycle complexe avec différentes formes (fondatrices, fondatrigènes, sexupares, œufs d'hiver).

  Méthodes Pédagogiques

  • Intervention de l'enseignant : Support de cours, exposés PowerPoint, questions/réponses, films documentaires.

  • Activités d'apprentissage des étudiants : Préparation et prise de notes, révision, résolution d'exercices (TD).

  Évaluation

  • Examen en fin de semestre (composition sur table).

  • Notation : Grille d'évaluation sur vingt.

  • Pondération : 100%.

  Bibliographie et Webographie

  • Ouvrages spécialisés en Biologie Animale, Reproduction, Zoologie, Biologie du Développement.

  • Sites internet (Futura-Sciences, Universalis, etc.) pour des définitions et compléments.

  Conseils de l'Enseignant

  • Utiliser un surligneur pour les parties importantes.

  • Traiter tous les sujets proposés aux examens et devoirs antérieurs.