La reproduction sexuelle, que les plantes et les animaux effectuent, implique la fusion de gamètes, ou cellules sexuelles, pour former un zygote, le terme technique pour ce que la plupart des gens appellent "un œuf fécondé" dans le langage courant. La reproduction sexuelle semble être une chose encombrante, biologiquement et énergétiquement, par rapport à ce que font les bactéries - divisez simplement en deux pour créer une paire de nouvelles copies parfaites de l'organisme parent. Mais sans cette forme de reproduction, une espèce ne pourrait pas subir de variation génétique par un mélange aléatoire d'ADN parental; tous les descendants seraient identiques et donc identiquement vulnérables aux menaces environnementales telles que les prédateurs, les conditions météorologiques extrêmes et les maladies microbiennes. Cela affecterait négativement la survie des espèces et n'est donc pas un moyen évolutif de se reproduire à long terme, même s'il est simple et fiable.

Les zygotes passent par une série de phases en route pour devenir des versions à part entière de leurs parents. Avant d'entreprendre une étude de base de l'embryologie, il est cependant utile de savoir comment fonctionne la reproduction sexuelle au niveau cellulaire et comment elle assure la diversité génétique. Cela nécessite une connaissance de base des acides nucléiques, des chromosomes et des gènes et de la division cellulaire avant que la formation de zygotes puisse être explorée de manière adéquate.
Acides nucléiques: la base de la vie

L'acide désoxyribonucléique (ADN) a acquis une grande notoriété puisque sa structure à double hélice a été élucidée en 1953 par une équipe de chercheurs comprenant James Watson, Francis Crick et Rosalind Franklin. Quiconque regarde des émissions ou des films de procédure policière de nos jours sait que l'ADN humain peut être utilisé pour identifier de façon unique des personnes, comme les versions microscopiques des empreintes digitales; la plupart des diplômés du secondaire sont probablement conscients que l'ADN, dans un sens tangible, fait de nous qui nous sommes et révèle également beaucoup de choses sur nos parents et sur tous les enfants que nous avons, actuellement ou à l'avenir.

ADN , en fait, c'est l'étoffe dont les gènes sont faits. Un gène est simplement une longueur de molécule d'ADN qui porte le code biochimique pour fabriquer un produit protéique particulier, comme une enzyme ou une fibre de collagène. L'ADN est une macromolécule composée de monomères appelés nucléotides, chacun ayant à son tour trois composants: un sucre à cinq carbones (désoxyribose dans l'ADN, ribose dans l'ARN), un groupe phosphate et une base riche en azote. La variation des nucléotides résulte de la variation de ces bases azotées, car l'ADN et l'ARN ont chacun quatre types - adénine (A), cytosine (C), guanine (G) et thymine (T). (Dans l'ARN, l'uracile ou U est substitué à T.) Par conséquent, des brins d'ADN uniques sont produits par les nouvelles séquences d'ADN qu'ils contiennent. Par exemple, un brin avec la séquence nucléotidique ATTTCGATTA peut contenir le code d'un produit génique, tandis que TAGCCCGTATT peut contenir le code d'un autre. (Remarque: ce sont des séquences sélectionnées au hasard.

Parce que l'ADN est double brin, chaque base se couple avec une base sur le brin complémentaire de manière stricte: A toujours avec T, et C toujours avec G. Ainsi, le brin ATTTCGATTA s'apparierait avec le brin TAAAGCTAAT selon ces règles inviolables.

L'ADN est considéré comme la plus grande molécule unique dans le corps, allant jusqu'à plusieurs millions de paires de bases (parfois exprimées en nucléotides) de longueur. En fait, chaque chromosome individuel se compose d'une très longue molécule d'ADN et d'une quantité importante de protéines structurelles.
Chromosomes

Chaque cellule vivante de votre corps comprend un noyau, comme celles de tous les autres eucaryotes (par exemple, les plantes, les animaux et les champignons), et au sein de ce noyau se trouve l'ADN regroupé avec des protéines pour créer un matériau appelé chromatine. Cette chromatine, à son tour, est découpée en unités discrètes appelées chromosomes. Les humains ont 23 chromosomes distincts, dont 22 numérotés chromosomes (appelés autosomes) et un chromosome sexuel. Les femelles ont deux chromosomes X, tandis que les mâles ont un chromosome X et un chromosome Y. Dans un sens, donc, le père dans toute union sexuelle "détermine" le sexe de la progéniture.

Les chromosomes se trouvent par paires dans toutes les cellules à l'exception des gamètes, pour être discuté en détail sous peu. Cela signifie que lorsqu'une cellule typique se divise, elle crée deux cellules filles identiques, chacune avec une seule copie de chaque chromosome. Chacun de ces 23 chromosomes se réplique bientôt (c'est-à-dire qu'il en fait une copie lui-même), renvoyant à 46 le nombre de chromosomes dans les cellules ordinaires. Cette division des cellules pour créer deux cellules identiques s'appelle la mitose, et c'est à la fois comment votre corps reconstitue les appels morts et usés dans tout le corps et comment les organismes unicellulaires tels que les bactéries se reproduisent et "naissent" des copies entières d'eux-mêmes.

Les chromosomes, à l'état répliqué, se composent de deux moitiés identiques appelées chromatides, qui sont reliées par une tache condensée de chromatine appelée le centromère. Ainsi, alors qu'un seul chromosome est une entité linéaire, un chromosome répliqué ressemble plus à une lettre asymétrique "X" ou à une paire de boomerangs se rencontrant aux sommets de leur courbe. Malgré son nom, le centromère n'est généralement pas situé au centre, ce qui en fait des chromosomes déséquilibrés. Le matériel sur le côté du centriole qui apparaît plus petit représente les bras p des deux chromatides identiques, tandis que l'autre côté comprend les bras q.

La reproduction des gamètes ressemble à la mitose à bien des égards, mais la comptabilité du matériel génétique peut être source de confusion, et les différences apparemment superficielles entre la mitose et la méiose sont la raison pour laquelle vous, et seulement vous, vous ressemblez exactement parmi les milliards de personnes vivant aujourd'hui (sauf si vous avez un jumeau identique, c'est-à-dire).
Méiose I et II

Les gamètes ou cellules sexuelles - spermatozoïdes chez l'homme et ovules (ovules) chez la femme - n'ont qu'une seule copie de chaque chromosome, soit 23 chromosomes en tout. Les gamètes sont produits dans les cellules germinales, où la méiose se déroule en deux étapes, la méiose I et la méiose II.

Au début de la méiose I, la cellule germinale contient 46 chromosomes en 23 paires, tout comme la régulière (somatique) les cellules font au début ou la mitose. Cependant, dans la méiose, les chromosomes ne sont pas séparés de manière à ce que chaque cellule fille reçoive une chromatide de chaque chromosome, par exemple, une de la copie de la contribution maternelle du chromosome 1, une de la copie de la contribution paternelle du chromosome 1, et bientôt. Au lieu de cela, les chromosomes homologues (c'est-à-dire le chromosome 8 de la mère et le chromosome 8 du père) entrent en contact physique l'un avec l'autre, leurs bras correspondants échangeant des quantités aléatoires de matériel. Ensuite, avant que la cellule ne se divise réellement, les chromosomes s'alignent au hasard le long du plan de division de sorte que certaines cellules filles reçoivent, disons, 10 chromatides de la mère et 13 du père, tandis que l'autre cellule fille obtient 13 et 10. Ces deux les processus uniques à la méiose sont appelés recombinaison et assortiment indépendant, et si vous le souhaitez, considérez-les ensemble comme le brassage complet d'un jeu de 23 paires de cartes. Le but, encore une fois, est d'assurer la diversité génétique grâce à un génome inédit chez tous les gamètes.

La méiose II commence avec 23 chromosomes (ou chromatides simples, si vous préférez) dans chacun des deux non cellules filles identiques. La méiose II est sans particularité par rapport à la méiose I et ressemble à la mitose en ce qu'elle produit deux cellules filles identiques. À la fin de la division cellulaire dans la méiose II, la cellule d'origine avec 46 chromosomes a donné naissance à quatre cellules en deux paires identiques avec 23 chromosomes chacune. Ce sont des gamètes, les cellules qui forment ensuite des zygotes.
Formation du zygote

Chez l'homme, les zygotes se forment lorsqu'un gamète mâle, officiellement appelé spermatozoïde, fusionne avec un gamète femelle, appelé ovocyte. Ce processus est appelé fertilisation. Bien que vous ayez peut-être entendu parler de quelque chose appelé "le moment de la conception", il s'agit d'un langage familier sans contenu scientifique, car la fécondation (conception) n'est pas un processus instantané, bien qu'il soit poignant de le regarder au microscope ou sur film.

Chez l'homme, la tête des spermatozoïdes subit un processus appelé capacitation qui modifie les glycoprotéines de leur pelage et, en un sens, les prépare au combat en les préparant davantage à pénétrer à l'extérieur de l'ovocyte. Comme la plupart des premiers voyageurs qui ont tenté d'atteindre le pôle Sud ou le sommet du mont Everest, seule une petite fraction de sperme introduite dans l'appareil reproducteur féminin parvient même à proximité de l'ovule à l'intérieur de l'utérus de la femelle.

Le sperme qui finit par être le porteur «chanceux» du matériau qui finit par faire partie du zygote se fraye un chemin à travers la paroi externe de l'ovocyte, appelée corona radiata, par les deux moyens physiques (propulsion par les flagelles en forme d'hélice du sperme) appendice, qui équivaut à nager) et des moyens chimiques (le sperme sécrète une enzyme appelée hyaluronidase qui aide à décomposer les protéines de la corona radiata).

À ce stade, le sperme n'a en fait effectué qu'une partie du travail requis pour servir de composant zygote. À l'intérieur de la zona radiata de l'ovule se trouve une autre couche, appelée zona pellucida. Maintenant, la tête du sperme subit ce que l'on appelle une réaction acrosomique, déversant un certain nombre de produits chimiques corrosifs afin de dissoudre cette nouvelle couche et de permettre au sperme de pénétrer à l'intérieur de l'ovocyte. Épuisé, le sperme libère ses chromosomes à l'intérieur de l'ovule, tandis que sa membrane externe fusionne avec celle de l'ovule. La tête, la queue et le reste du sperme tombent tous et se désintègrent. C'est pourquoi toutes les mitochondries du zygote proviennent de la mère, une découverte qui a des implications dans le traçage des humains jusqu'à leurs ancêtres éloignés.

Lorsque les gamètes se sont physiquement réunis, ils ont chacun des noyaux de leur propre, chacun avec 23 chromosomes simple brin. Le sperme peut contenir soit un chromosome X soit un chromosome Y, mais l'ovule contiendra toujours un chromosome X. Lorsque le sperme et l'ovule se fusionnent, cela commence par le cytoplasme et le partage d'une membrane cellulaire unique, laissant deux noyaux séparés au centre. Ces noyaux, à ce stade très précoce du zygote, sont appelés pronoyaux. Une fois que ceux-ci ont fusionné pour former un seul noyau, l'organisme naissant est maintenant officiellement un zygote.
Zygote vs Embryon

Les différentes étapes du développement embryonnaire sont souvent utilisées de manière interchangeable. Parfois, cela est justifié; en vérité, il n'y a pas de division ferme entre, par exemple, un embryon et un fœtus. Néanmoins, la terminologie conventionnelle est utile.

Après la formation du zygote, la cellule désormais diploïde (c'est-à-dire contenant 46 chromosomes) commence à se diviser. Ces premières divisions sont des divisions mitotiques, produisant des cellules identiques, et chacune prend environ 24 heures. Les cellules ainsi formées sont appelées blastomères, et elles deviennent effectivement successivement plus petites à chaque division, préservant la taille globale du conceptus. Au bout de six divisions, ce qui laisse 32 cellules au total, l'entité peut être considérée comme un embryon, plus précisément une morula (latin pour «mûrier»), une boule solide constituée d'une masse cellulaire interne, qui finit par devenir le fœtus lui-même, et une masse cellulaire externe, qui se développe dans le placenta.