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Pourquoi deux espèces génétiquement différentes ne peuvent-elles pas se reproduire pour donner une progéniture viable ?

Pourquoi deux espèces génétiquement différentes ne peuvent-elles pas se reproduire pour donner une progéniture viable ?


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Quelle est la raison pour laquelle seuls les organismes appartenant à la même espèce peuvent produire une progéniture viable et en bonne santé reproductive, contrairement aux organismes de deux espèces différentes ?


La réponse courte est que « différentes espèces » sont défini comme "ne pas être en mesure de produire une progéniture viable". Donc la réponse à votre question est que c'est une tautologie ; c'est ainsi parce que c'est ainsi que c'est défini. Vous posez une question sur les mots, pas sur la biologie. Si vous pouviez persuader les gens qu'une "espèce" était "tout ce qui vit dans la même région", alors "des espèces différentes" seraient parfaitement capables de se reproduire.

Plus précisément, il existe de nombreuses définitions différentes d'"espèces", et vous posez une question sur une définition particulière, le concept d'"espèce biologique" qui a été présenté pour la première fois par Ernst Mayr en 1942 dans son livre Systematics and the Origin of Species. La définition de Mayr est utile, mais elle est loin d'être la seule ; il existe littéralement des dizaines d'autres définitions d'« espèces ». Voir Wikipédia Le problème des espèces pour plus d'informations.

Pourtant, cela vaut la peine de se demander pourquoi la biologie a (dans une certaine mesure) des « espèces » qui ne se croisent pas ; La définition de Mayr est restée bloquée parce qu'elle est utile. La première chose à considérer est à quel point il est remarquable que deux individus (de la même espèce) puissent se croiser. Ce n'est pas l'option par défaut ! Il existe des milliers de bizarreries hautement spécialisées qui permettent à la fertilisation de se produire. Les mâles et les femelles doivent être incroyablement affinés pour se reconnaître, pour que le sperme et l'ovule se rencontrent, pour que le sperme identifie l'ovule, pour entrer et mélanger le matériel génétique… la cascade est extrêmement improbable et doit être rigoureusement maintenue. .

Ainsi, lorsqu'il n'est pas maintenu - lorsqu'il n'y a pas de pression de sélection sur deux populations - il y aura inévitablement une dérive génétique qui perturbera aléatoirement ce système affiné. Si une population de campagnols, disons, est isolée sur une île, ils continueront à subir des pressions pour pouvoir se croiser avec d'autres campagnols de l'île, mais s'ils ne peuvent pas se croiser avec ceux du continent, il n'y aura pas de conséquences, et donc sur un temps assez long, ils dériveront et perdront cette capacité - tout comme de nombreux singes, ne souffrant aucune conséquence de la non-synthèse de la vitamine C, ont progressivement perdu cette capacité à cause de la dérive aléatoire.

Il y a un autre côté. Deux populations au même endroit peuvent être sélectionnées positivement pour ne pas pouvoir se croiser. Pensez à deux groupes de pinsons, l'un avec de petits becs fins qui mangent de minuscules graines profondément à l'intérieur des pommes de pin, et l'autre avec des becs lourds qui écrasent et mangent des noix à coque épaisse. Ils se débrouillent tous bien, mais ils peuvent se croiser et produire une progéniture qui a des becs intermédiaires - trop épais pour atteindre les fines graines qu'un parent mange, mais trop délicates pour écraser les noix que l'autre parent mange. Ces descendants intermédiaires mourront et les deux parents auront gaspillé leurs ressources pour les élever. Les deux parents feraient mieux de ne pas se reproduire, mais seulement de se reproduire avec leur propre espèce pour produire une progéniture spécialisée et efficace. Il y a maintenant une pression de sélection sur les oiseaux pour qu'ils reconnaissent leur propre espèce (peut-être à travers des chants ou des parades nuptiales) et finalement pour être interstériles, de sorte qu'ils ne gaspillent jamais de ressources sur la progéniture inapte. Il y a une gradation de séparation dans le temps, dans laquelle les différentes populations deviennent de plus en plus distinctes. Finalement, à un moment donné, les humains commencent à les appeler "espèces", mais ce n'est que nous, pas la biologie.

« Espèce » est un concept important, mais ce n'est pas spécial dans l'évolution ; la spéciation n'est qu'un aspect de la sélection naturelle, elle n'a rien de magique.


Chez les organismes à reproduction sexuée, la fusion des gamètes démarre le processus de développement embryonnaire. Si l'union de gamètes entre deux espèces génétiquement distinctes a lieu, il peut y avoir deux situations -

  1. Même nombre de chromosomes - Bien que le nombre de chromosomes soit le même, au cours de la première mitose, leurs centromères peuvent ne pas être disposés dans le même plan. En conséquence, l'arrêt du cycle de division cellulaire se produit, interrompant le développement ultérieur.
  2. Nombre différent de chromosomes - Les chromosomes supplémentaires qui ne sont pas appariés entraînent une tension différentielle sur les microtubules, ce qui perturbe à nouveau le cycle de division cellulaire.

Description des points de contrôle de la division cellulaire.


Génétique des arbres

La génétique des arbres est l'étude des gènes des arbres - les unités de transmission des caractéristiques héréditaires au sein des arbres. Chaque gène est généralement un segment d'une molécule d'ADN ou d'ARN dans un chromosome qui contrôle la production

d'acides aminés ou de protéines spécifiques qui, à leur tour, influencent les caractéristiques spécifiques du développement d'un arbre, telles que la forme et la fonction des feuilles. De telles caractéristiques sont transmises du parent à la progéniture et, par conséquent, sont les contrôleurs fondamentaux de ce qui détermine une espèce d'une autre, ainsi que des sous-espèces ou des écotypes.

Les espèces sont généralement différenciées les unes des autres parce qu'elles ont des gènes différents et, par conséquent, des formes, des tailles, des fonctions et, plus important encore, des caractéristiques de reproduction uniques et identifiables. Une définition d'une espèce unique est qu'elle ne peut pas s'accoupler avec une autre espèce et produire une progéniture viable. Dans les arbres, cela peut être dû au fait que deux arbres différents produisent des fleurs et du pollen à des moments différents, le pollen peut être de formes et de tailles différentes et ne pas être capable d'entrer et de fertiliser les fleurs d'autres espèces, ou les fleurs peuvent avoir des caractéristiques qui ne permettent pas le pollen d'autres espèces. espèces pour les fertiliser.

Dans certains cas, deux espèces étroitement apparentées mais différentes peuvent produire une progéniture viable qui présente les caractéristiques des deux espèces. C'est ce qu'on appelle un hybride et est souvent stérile, ou incapable de se reproduire. Chez les animaux, un exemple courant est la progéniture entre un cheval et un âne, qui produit une mule. Chez les arbres, l'exemple le plus courant est celui des croisements entre espèces de la famille des peupliers – appelés peupliers hybrides. Comme mentionné, les hybrides sont souvent incapables de reproduire leur propre progéniture, et la plupart des hybrides ne se développent pas en adultes ayant de bonnes caractéristiques de survie. Parfois, un hybride peut avoir des traits spécifiques très recherchés, tels que des fruits plus gros, une croissance plus rapide en hauteur, des feuilles de couleurs différentes, c'est pourquoi ils peuvent être produits artificiellement par l'homme à des fins spécifiques.

Dans la nature, la variation génétique qui se produit et conduit à différentes espèces est déterminée par cinq processus majeurs :

Mutation Le processus par lequel une erreur se produit lorsque des gènes sont dupliqués ou transférés à la progéniture. La grande majorité des mutations sont nocives et entraînent la mort de l'individu, mais parfois une mutation entraîne une caractéristique bénéfique, telle qu'une plus grande tolérance au soleil ou à la sécheresse, une croissance allongée des racines, une forme ou une couleur de feuille différente et une floraison plus précoce. Si ces caractéristiques donnent à un individu un avantage de survie, cette mutation a une forte probabilité de se perpétuer au sein de la progéniture de cet individu. Sélection naturelle Si les gènes spécifiques (tels que ceux provenant de mutations) d'un organisme individuel lui confèrent un avantage de survie, il a une plus grande probabilité de produire plus de descendants qui, à leur tour, auront un avantage de survie plus élevé. Cela conduit à la dominance éventuelle de ce trait génétique dans une population locale. Par exemple, les arbres dans les climats arides ont tendance à avoir de petites feuilles épaisses pour les aider à conserver l'eau par rapport aux arbres dans les zones plus humides, où les arbres à grandes feuilles minces n'ont pas de désavantage concurrentiel. La sélection naturelle permet donc le développement de populations au sein d'une espèce qui peuvent être plus étroitement adaptées aux caractéristiques locales, telles que le moment de l'hiver et du printemps, les feux de forêt fréquents, la disponibilité de l'eau et des nutriments, et la résistance aux ravageurs et aux agents pathogènes. De telles variations géographiques dans une espèce sont appelées écotypes ou sous-espèces. S'ils deviennent suffisamment isolés de la population générale, ils peuvent développer des caractéristiques qui deviennent suffisamment uniques pour les qualifier d'espèces différentes. Migration Il s'agit du mouvement général de l'information génétique à travers une population plus large par la dispersion de pollen ou de graines. Habituellement, ce mouvement ne se produit pas sur de grandes distances et, par conséquent, un vaste paysage naturel couvert d'arbres de la même espèce se composera de groupes d'arbres interdépendants appelés familles et quartiers - chacun avec des traits génétiques spécifiques et uniques similaires, bien que pas assez différents pour être considérés comme des écotypes ou des sous-espèces. Dérive génétique Au sein d'une population, des différences ou des variations aléatoires dans la constitution génétique peuvent se produire lorsqu'une mutation interagit avec la sélection naturelle pour créer un trait unique dans une espèce. Cela se produit souvent dans de petites populations isolées dans lesquelles il y a peu de migration de pollen extérieur ou de graines. Les différences entre le pin ponderosa des Black Hills (deux aiguilles par fascicule) et le pin ponderosa du nord des Rocheuses (trois aiguilles par fascicule) sont dues à la dérive génétique, car leurs populations sont isolées les unes des autres par des centaines de kilomètres de prairie sèche. Hybridation La reproduction entre deux espèces différentes - souvent étroitement liées - qui aboutit à une progéniture s'appelle l'hybridation. La plupart des hybrides, tout comme les mutations, ne produisent pas de descendance viable ou adaptée et, par conséquent, ne s'épanouissent pas. À l'occasion, un hybride aura des caractéristiques compétitives supérieures qui lui confèrent un avantage reproductif. De tels hybrides peuvent éventuellement devenir une sous-espèce ou sa propre espèce.

La génétique des arbres et les processus qui les contrôlent sont les raisons pour lesquelles nous avons de nombreuses espèces d'arbres différentes et sont essentielles à la création de la biodiversité à travers la terre. L'adaptation génétique permet aux espèces de coloniser des terres qui n'ont peut-être pas supporté la vie et de s'adapter à une utilisation plus efficace des ressources disponibles dans un paysage particulier.

Les humains ont utilisé la reproduction génétique et, plus récemment, l'épissage de gènes (l'épissage artificiel de certains gènes d'une espèce dans l'ADN d'une autre espèce) pour créer des plantes et des animaux qui : produisent de plus grandes quantités de nourriture, comme de nombreuses cultures de légumes et de céréales spécifiques les races de chevaux, comme les Belges pour le tirage ou les Pur-sang pour les courses et les races d'arbres qui poussent plus droit et plus haut pour la production de bois, comme le pin à encens, ou qui sont plus résistants aux maladies exotiques introduites, comme les pins blancs résistants à la rouille vésiculeuse européenne . Le changement climatique peut créer des conditions dans lesquelles les arbres qui ont des adaptations génétiques spécifiques au moment du gel et du printemps, à la disponibilité de l'humidité, aux ravageurs et aux agents pathogènes, etc., ne sont plus bien adaptés au nouveau climat. Bien que les processus génétiques puissent permettre à chaque espèce de s'adapter, ce processus peut prendre plusieurs siècles car les arbres sont lents à mûrir et à produire une progéniture. Plus les changements climatiques qui peuvent survenir sont rapides, plus les chances qu'une espèce ou un écotype s'éteignent sont grandes. L'aide humaine pour aider les espèces à migrer et à s'adapter peut atténuer les impacts négatifs si un changement climatique rapide se produit.

Lecture associée :
Harper John L. 1977. Biologie des populations de plantes. Presse académique, New York. 892 pages.

Wenger Karl F. (ed) 1984. Forestry Handbook deuxième édition. John Wiley et fils, New York. 1335 pages.


Connexion Évolution

L'hypothèse de la reine rougeLa variation génétique est le résultat de la reproduction sexuée, mais pourquoi des variations continues sont-elles nécessaires, même dans des conditions environnementales apparemment stables ? Entrez dans l'hypothèse de la reine rouge, proposée pour la première fois par Leigh Van Valen en 1973. Leigh Van Valen, « Une nouvelle loi évolutionniste », Théorie de l'évolution 1 (1973): 1–30 Le concept a été nommé en référence à la course de la reine rouge dans le livre de Lewis Carroll, De l'autre côté du miroir.

Toutes les espèces coévoluer (évoluer ensemble) avec d'autres organismes. Par exemple, les prédateurs évoluent avec leurs proies et les parasites évoluent avec leurs hôtes. Chaque petit avantage obtenu par une variation favorable donne à une espèce un avantage reproductif sur ses concurrents proches, les prédateurs, les parasites ou même les proies. Cependant, la survie d'un génotype ou d'un phénotype donné dans une population dépend de la capacité de reproduction d'autres génotypes ou phénotypes au sein d'une espèce donnée. La seule méthode qui permettra à une espèce coévoluant de conserver sa propre part des ressources est de améliorer continuellement ses aptitude (la capacité des membres à produire une progéniture plus viable sur le plan de la reproduction par rapport aux autres au sein d'une espèce). Lorsqu'une espèce obtient un avantage, cela augmente la sélection sur les autres espèces, elles doivent également développer un avantage ou elles seront éclipsées. Aucune espèce ne progresse trop loin parce que la variation génétique parmi la descendance de la reproduction sexuée fournit à toutes les espèces un mécanisme pour s'améliorer rapidement. Les espèces qui ne peuvent pas suivre s'éteignent. Le slogan de la reine rouge était : « Il faut tout le temps que tu peux courir pour rester au même endroit. » Il s'agit d'une description appropriée de la coévolution entre espèces concurrentes.


Humains !

La semaine dernière, des scientifiques ont annoncé que le pool génétique humain semble inclure de l'ADN de Néandertal. Cela suggère que les humains se sont croisés avec leurs cousins ​​​​primates à un moment donné avant l'extinction des Néandertaliens il y a environ 30 000 ans. Pourrions-nous nous accoupler avec d'autres animaux aujourd'hui ?

Probablement pas. Des considérations éthiques excluent des recherches définitives sur le sujet, mais il est sûr de dire que l'ADN humain est devenu si différent de celui d'autres animaux que le croisement serait probablement impossible. Des groupes d'organismes ont tendance à se séparer génétiquement lorsqu'ils sont séparés par des barrières géographiques - on peut partir pour trouver de nouvelles sources de nourriture, ou un tremblement de terre peut les séparer. Lorsque les deux groupes reviennent en contact l'un avec l'autre de nombreuses années plus tard, ils peuvent avoir chacun évolué au point de ne plus pouvoir s'accoupler.

En général, deux types de changements empêchent les animaux de se croiser. Le premier comprend tous ces facteurs – appelés « mécanismes d'isolement reproductif pré-zygotique » – qui rendraient la fécondation impossible. Après tant de générations d'intervalle, une paire d'animaux peut sembler si différente l'une de l'autre qu'elles ne sont pas enclines à avoir des relations sexuelles. (Si nous n'essayons même pas de nous accoupler avec des singes, nous n'aurons jamais de bébés mi-humains, mi-singes. *) Si les animaux essaient de s'accoupler malgré des apparences modifiées, des organes génitaux incompatibles ou la motilité des spermatozoïdes pourraient en poser un autre. problème : un spermatozoïde humain peut ne pas être équipé pour naviguer dans l'appareil reproducteur d'un chimpanzé, par exemple.

Le deuxième type de barrière comprend les « mécanismes d'isolement reproductif post-zygotique » ou les facteurs qui empêcheraient un fœtus animal hybride de devenir un adulte reproducteur. Si un humain était en effet enclin et capable d'imprégner un singe, les mécanismes post-zygotiques pourraient entraîner une fausse couche ou une progéniture stérile. Plus deux animaux sont éloignés l'un de l'autre en termes génétiques, moins ils sont susceptibles de produire une progéniture viable. À ce stade, les humains semblent avoir été séparés des autres animaux pendant trop longtemps pour se croiser. Nous avons divergé de notre plus proche parent existant, le chimpanzé, il y a 7 millions d'années. (À titre de comparaison, notre rendez-vous apparemment avec les Néandertaliens s'est produit moins de 700 000 ans après que nous nous sommes séparés d'eux.)

Les chercheurs n'ont pas déterminé exactement quels mécanismes empêchent le métissage dans la plupart des circonstances. Certaines espèces étroitement apparentées peuvent s'accoupler même si elles ont un nombre différent de chromosomes. Le cheval de Przewalski, par exemple, a 33 paires de chromosomes au lieu des 32 que possèdent la plupart des chevaux, mais il peut de toute façon se croiser avec des équidés ordinaires - la progéniture prend la moyenne et se retrouve avec 65 chromosomes.

Les Néandertaliens n'étaient pas le seul badinage de nos ancêtres avec d'autres primates. Les « pré-humains » et les « pré-chimpanzés » se sont croisés et ont donné naissance à des hybrides il y a des millions d'années. Dans les années 1920, le dictateur soviétique Joseph Staline a envoyé un expert en élevage en Afrique dans l'espoir de créer une armée de soldats mi-hommes, mi-singes. Les tentatives d'inséminer les femmes avec du sperme de singe et d'imprégner les femelles chimpanzés avec du sperme humain ont échoué.

Cela ne veut pas dire que les histoires d'humains se croisant avec d'autres animaux n'ont pas duré. Selon les rumeurs, les croisements animal-humain des cent dernières années ont inclus un homme-cochon, une fille-singe et un homme porc-épic.

Une question sur l'actualité du jour ? Demandez à l'explicateur.

L'explicateur remercie Trenton Holliday de l'Université de Tulane.

Correction, 15 novembre 2006 : En raison d'une erreur d'édition, la version originale de cette pièce suggérait que le croisement entre humains et singes pouvait produire des bébés mi-humains, mi-singes. La progéniture d'une telle union serait mi-singe, pas mi-singe. (Retour à la phrase corrigée.)


Biologie 171

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Expliquez que la méiose et la reproduction sexuée sont des traits très évolués
  • Identifier la variation parmi la progéniture comme un avantage évolutif potentiel de la reproduction sexuée
  • Décrire les trois types de cycle de vie différents parmi les organismes multicellulaires à reproduction sexuée.

La reproduction sexuée était probablement une innovation évolutive précoce après l'apparition des cellules eucaryotes. Il semble avoir eu beaucoup de succès car la plupart des eucaryotes sont capables de se reproduire sexuellement et, chez de nombreux animaux, c'est le seul mode de reproduction. Et pourtant, les scientifiques reconnaissent également de réels inconvénients à la reproduction sexuée. À première vue, créer une progéniture qui sont des clones génétiques du parent semble être un meilleur système. Si l'organisme parent réussit à occuper un habitat, la progéniture avec les mêmes traits devrait réussir de la même manière. Il existe également un avantage évident pour un organisme qui peut produire une progéniture chaque fois que les circonstances sont favorables par un bourgeonnement asexué, une fragmentation ou en produisant des œufs de manière asexuée. Ces méthodes de reproduction ne nécessitent pas un autre organisme du sexe opposé. En effet, certains organismes qui mènent un mode de vie solitaire ont conservé la capacité de se reproduire de manière asexuée. De plus, dans les populations asexuées, chaque individu est capable de se reproduire. Dans les populations sexuées, les mâles ne produisent pas eux-mêmes la progéniture, donc hypothétiquement une population asexuée pourrait croître deux fois plus vite.

Cependant, les organismes multicellulaires qui dépendent exclusivement de la reproduction asexuée sont extrêmement rares. Pourquoi la méiose et les stratégies de reproduction sexuelle sont-elles si courantes ? Ce sont des questions importantes (et encore sans réponse) en biologie, même si elles ont fait l'objet de nombreuses recherches à partir de la seconde moitié du 20e siècle. Il y a plusieurs explications possibles, dont l'une est que la variation que la reproduction sexuée crée parmi la progéniture est très importante pour la survie et la reproduction de la population. Ainsi, en moyenne, une population à reproduction sexuée laissera plus de descendants qu'une population à reproduction asexuée par ailleurs similaire. La seule source de variation chez les organismes asexués est la mutation. Les mutations qui ont lieu au cours de la formation des lignées cellulaires germinales sont également la source ultime de variation chez les organismes à reproduction sexuée. Cependant, contrairement à la mutation lors de la reproduction asexuée, les mutations lors de la reproduction sexuée peuvent être continuellement remaniées d'une génération à l'autre lorsque différents parents combinent leurs génomes uniques et que les gènes sont mélangés en différentes combinaisons par des croisements pendant la prophase I et un assortiment aléatoire à la métaphase JE.

L'hypothèse de la reine rouge La variation génétique est le résultat de la reproduction sexuée, mais pourquoi des variations continues sont-elles nécessaires, même dans des conditions environnementales apparemment stables ? Entrez l'hypothèse de la reine rouge, proposée pour la première fois par Leigh Van Valen en 1973. 1 Le concept a été nommé en référence à la course de la reine rouge dans le livre de Lewis Carroll, De l'autre côté du miroir.

Toutes les espèces coévoluer (évoluer ensemble) avec d'autres organismes. Par exemple, les prédateurs évoluent avec leurs proies et les parasites évoluent avec leurs hôtes. Chaque petit avantage obtenu par une variation favorable donne à une espèce un avantage reproductif sur ses concurrents proches, les prédateurs, les parasites ou même les proies. Cependant, la survie d'un génotype ou d'un phénotype donné dans une population dépend de la capacité de reproduction d'autres génotypes ou phénotypes au sein d'une espèce donnée. La seule méthode qui permettra à une espèce coévoluant de conserver sa propre part des ressources est de améliorer continuellement ses aptitude (la capacité des membres à produire une progéniture plus viable sur le plan de la reproduction par rapport aux autres au sein d'une espèce). Lorsqu'une espèce obtient un avantage, cela augmente la sélection sur les autres espèces, elles doivent également développer un avantage ou elles seront éclipsées. Aucune espèce ne progresse trop loin parce que la variation génétique parmi la descendance de la reproduction sexuée fournit à toutes les espèces un mécanisme pour s'améliorer rapidement. Les espèces qui ne peuvent pas suivre s'éteignent. Le slogan de la reine rouge était : « Il faut tout le temps que tu peux courir pour rester au même endroit. » Il s'agit d'une description appropriée de la coévolution entre espèces concurrentes.

Cycles de vie des organismes se reproduisant sexuellement

La fécondation et la méiose alternent dans les cycles de vie sexuelle. Ce qui se passe entre ces deux événements dépend de la « stratégie de reproduction » de l'organisme. Le processus de méiose réduit de moitié le nombre de chromosomes. La fécondation, l'union de deux gamètes haploïdes, restaure l'état diploïde. Certains organismes ont un stade diploïde multicellulaire qui est le plus évident et ne produisent que des cellules reproductrices haploïdes. Les animaux, y compris les humains, ont ce type de cycle de vie. D'autres organismes, tels que les champignons, ont un stade haploïde multicellulaire qui est le plus évident. Les plantes et certaines algues ont des générations alternées, au cours desquelles elles ont des stades de vie multicellulaires diploïdes et haploïdes qui sont apparents à des degrés différents selon le groupe.

Presque tous les animaux utilisent une stratégie de cycle de vie à dominance diploïde dans laquelle les seules cellules haploïdes produites par l'organisme sont les gamètes. Au début du développement de l'embryon, des cellules diploïdes spécialisées, appelées cellules germinales, sont produites dans les gonades (comme les testicules et les ovaires). Les cellules germinales sont capables de mitose pour perpétuer la lignée cellulaire germinale et de méiose pour produire des gamètes haploïdes. Une fois que les gamètes haploïdes sont formés, ils perdent la capacité de se diviser à nouveau. Il n'y a pas de stade de vie haploïde multicellulaire. La fécondation se produit avec la fusion de deux gamètes, généralement d'individus différents, rétablissant l'état diploïde ((Figure)).


La plupart des champignons et des algues utilisent un type de cycle de vie dans lequel le « corps » de l'organisme – la partie écologiquement importante du cycle de vie – est haploïde. Les cellules haploïdes qui composent les tissus du stade multicellulaire dominant sont formées par mitose. Au cours de la reproduction sexuée, les cellules haploïdes spécialisées de deux individus - désignés les types d'accouplement (+) et (-) - se rejoignent pour former un zygote diploïde. Le zygote subit immédiatement la méiose pour former quatre cellules haploïdes appelées spores. Bien que ces spores soient haploïdes comme les « parents », elles contiennent une nouvelle combinaison génétique de deux parents. Les spores peuvent rester dormantes pendant différentes périodes. Finalement, lorsque les conditions sont favorables, les spores forment des structures haploïdes multicellulaires à travers de nombreux cycles de mitose ((Figure)).


Si une mutation se produit de sorte qu'un champignon n'est plus capable de produire un type d'accouplement négatif, sera-t-il toujours capable de se reproduire ?

Le troisième type de cycle de vie, utilisé par certaines algues et toutes les plantes, est un mélange des extrêmes à dominance haploïde et à dominance diploïde. Les espèces à alternance de générations ont à la fois des organismes multicellulaires haploïdes et diploïdes dans le cadre de leur cycle de vie. Les plantes multicellulaires haploïdes sont appelées gamétophytes, car elles produisent des gamètes à partir de cellules spécialisées. La méiose n'est pas directement impliquée dans la production de gamètes dans ce cas, car l'organisme qui produit les gamètes est déjà haploïde. La fécondation entre les gamètes forme un zygote diploïde. Le zygote subira plusieurs cycles de mitose et donnera naissance à une plante multicellulaire diploïde appelée sporophyte. Les cellules spécialisées du sporophyte subiront une méiose et produiront des spores haploïdes. Les spores se développeront ensuite en gamétophytes ((Figure)).


Bien que toutes les plantes utilisent une certaine version de l'alternance des générations, la taille relative du sporophyte et du gamétophyte et la relation entre eux varient considérablement. Dans les plantes telles que la mousse, l'organisme gamétophyte est la plante libre et le sporophyte dépend physiquement du gamétophyte. Dans d'autres plantes, telles que les fougères, les plantes gamétophytes et sporophytes vivent librement, cependant, le sporophyte est beaucoup plus gros. Dans les plantes à graines, telles que les magnolias et les marguerites, le gamétophyte n'est composé que de quelques cellules et, dans le cas du gamétophyte femelle, est complètement retenu dans le sporophyte.

La reproduction sexuée prend de nombreuses formes dans les organismes multicellulaires. Le fait que presque tous les organismes multicellulaires sur Terre utilisent la reproduction sexuée est une preuve solide des avantages de produire une progéniture avec des combinaisons de gènes uniques, bien qu'il existe également d'autres avantages possibles.

Résumé de la section

Presque tous les eucaryotes subissent une reproduction sexuée. La variation introduite dans les cellules reproductrices par la méiose offre un avantage important qui a permis le succès évolutif de la reproduction sexuée. La méiose et la fécondation alternent dans les cycles de vie sexuels. Le processus de la méiose produit des cellules reproductrices uniques appelées gamètes, qui ont la moitié du nombre de chromosomes que la cellule mère. Lorsque deux gamètes haploïdes fusionnent, cela restaure l'état diploïde dans le nouveau zygote. Ainsi, la plupart des organismes à reproduction sexuée alternent entre les stades haploïdes et diploïdes. Cependant, les modes de production des cellules reproductrices et le moment entre la méiose et la fécondation varient considérablement.

Connexions artistiques

(Figure) Si une mutation se produit de sorte qu'un champignon n'est plus capable de produire un type d'accouplement négatif, sera-t-il toujours capable de se reproduire ?


Que se passerait-il si deux espèces différentes s'accouplaient ?

Ce qui nous permet de distinguer deux espèces est aussi ce qui les empêche de s'accoupler avec succès, leur génétique. Lorsque deux membres du même espèces s'accouplent, les cellules haploïdes (ovule et spermatozoïde) s'unissent pour créer une cellule diploïde complète avec toute la quantité de chromosomes. Dans le cas des humains, un ensemble complet est de 23 paires ou 46 chromosomes individuels.

Cependant, lorsque deux membres de différent espèces s'accouplent, leurs informations génétiques sont incompatibles. Le nombre de chromosomes, entre autres, interdit la progéniture viable dans la plupart des cas. Un exemple de reproduction croisée réussie serait le mélange entre un tigre et un lion qui est une créature viable et qui a été créée auparavant. Cependant, il est génétiquement incapable d'avoir ses propres enfants, c'est pourquoi ils ne se propagent pas.

Je sais que cela semble contre-intuitif à cause de toutes les espèces que nous avons sur Terre, mais pensez-y simplement de cette manière. Lorsque deux individus du même les espèces deviennent suffisamment différentes pour ne plus pouvoir se reproduire avec succès, elles sont considérées différent espèces et leurs arbres phylogénétiques ne fusionneront probablement plus jamais.


Qu'est-ce qu'une espèce ?

UNE espèce est un groupe d'organismes individuels qui se croisent et produisent une progéniture fertile et viable. Selon cette définition, une espèce se distingue d'une autre lorsque, dans la nature, il n'est pas possible que les accouplements entre individus de chaque espèce produisent une progéniture fertile.

Les membres d'une même espèce partagent des caractéristiques externes et internes, qui se développent à partir de leur ADN. Plus la relation entre deux organismes est étroite, plus ils ont d'ADN en commun, tout comme les personnes et leurs familles. L'ADN des gens est susceptible d'être plus similaire à l'ADN de leur père ou de leur mère que l'ADN de leur cousin ou grand-parent. Les organismes de la même espèce ont le plus haut niveau d'alignement de l'ADN et partagent donc des caractéristiques et des comportements qui conduisent à une reproduction réussie.

L'apparence des espèces peut être trompeuse en suggérant une capacité ou une incapacité à s'accoupler. Par exemple, même si les chiens domestiques (Canis lupus familiaris) présentent des différences phénotypiques, telles que la taille, la constitution et le pelage, la plupart des chiens peuvent se croiser et produire des chiots viables qui peuvent mûrir et se reproduire sexuellement (Figure 1).

Figure 1. Le (a) caniche et (b) cocker peuvent se reproduire pour produire une race connue sous le nom de (c) cockapoo. (crédit a : modification du travail par Sally Eller, Tom Reese crédit b : modification du travail par Jeremy McWilliams crédit c : modification du travail par Kathleen Conklin)

Dans d'autres cas, les individus peuvent sembler similaires bien qu'ils ne soient pas membres de la même espèce. Par exemple, même si les pygargues à tête blanche (Haliaeetus leucocephalus) et les pygargues africains (Haliaeetus vocifer) sont à la fois des oiseaux et des aigles, chacun appartient à un groupe d'espèces distinct (figure 2). Si les humains intervenaient artificiellement et fécondaient l'œuf d'un pygargue à tête blanche avec le sperme d'un pygargue africain et qu'un poussin éclosait, cette progéniture, appelée un hybride (un croisement entre deux espèces), serait probablement stérile, incapable de se reproduire avec succès après avoir atteint la maturité. Différentes espèces peuvent avoir différents gènes actifs dans le développement. Par conséquent, il peut ne pas être possible de développer une progéniture viable avec deux ensembles de directions différents. Ainsi, même si l'hybridation peut avoir lieu, les deux espèces restent toujours séparées.

Figure 2. Le (a) pygargue africain est semblable en apparence au (b) pygargue à tête blanche, mais les deux oiseaux appartiennent à des espèces différentes. (crédit a : modification du travail par Nigel Wedge crédit b : modification du travail par le U.S. Fish and Wildlife Service)

Les populations d'espèces partagent un pool génétique : une collection de toutes les variantes de gènes de l'espèce. Encore une fois, la base de tout changement dans un groupe ou une population d'organismes doit être génétique car c'est la seule façon de partager et de transmettre des traits. Lorsque des variations se produisent au sein d'une espèce, elles ne peuvent être transmises à la génération suivante que par deux voies principales : la reproduction asexuée ou la reproduction sexuée. Le changement sera transmis de manière asexuée simplement si la cellule reproductrice possède le trait modifié. Pour que le trait modifié soit transmis par reproduction sexuée, un gamète, tel qu'un spermatozoïde ou un ovule, doit posséder le trait modifié. En d'autres termes, les organismes qui se reproduisent sexuellement peuvent subir plusieurs changements génétiques dans leurs cellules corporelles, mais si ces changements ne se produisent pas dans un spermatozoïde ou un ovule, le trait modifié n'atteindra jamais la génération suivante. Seuls les traits héréditaires peuvent évoluer. Par conséquent, la reproduction joue un rôle primordial pour que le changement génétique s'enracine dans une population ou une espèce. En bref, les organismes doivent être capables de se reproduire entre eux pour transmettre de nouveaux traits à leur progéniture.


Résumé des différences entre l'autopolyploïdie et l'allopolyploïdie

La polyploïdie est un phénomène important dans la diversification de la lignée des angiospermes. Dans certaines lignées, cependant, peut avoir des conséquences néfastes conduisant à des conditions génétiques délétères. Les allopolyploïdes et les autopolyploïdes sont cruciaux pour la diversification des groupes et présentent l'opportunité de supprimer les propriétés récessives létales. Les allopolyploïdes semblent fournir un cadre idéal pour la reproduction asexuée tout en coûtant à l'espèce moins de perte de diversité que les diploïdes. Les autopolyploïdes présentent une plate-forme cruciale pour les nouveaux gènes et l'expression de nouveaux gènes en ayant des doublons de rechange par gène.

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Les femelles sont « exigeantes », les mâles ne le sont pas

"Les femelles sont exigeantes, alors que les mâles ne le sont pas" est une généralisation grossière, mais biologiquement, cela a tendance à être vrai pour la plupart des espèces qui se reproduisent sexuellement, qu'elles se reproduisent par fécondation interne ou externe. Lisez la suite pour explorer comment la fitness biologique et l'investissement parental jouent dans cette différence majeure entre les mâles et les femelles chez de nombreuses espèces.

En général, les femelles investissent plus d'énergie, de soins et de temps dans la progéniture qu'un mâle, et elle a un nombre limité d'œufs par rapport aux spermatozoïdes pratiquement illimités produits par les mâles de la plupart des espèces. En raison de son investissement plus élevé, si une femelle s'accouple avec un mâle de mauvaise qualité génétique, et que ce choix n'entraîne aucune survie de la progéniture, elle a gaspillé de l'énergie et des ressources et s'est retrouvée sans rien.

Alternativement, un mâle peut s'accoupler avec un nombre pratiquement illimité de femelles avec peu de perte d'énergie ou de ressources, quel que soit le succès de cette progéniture. En d'autres termes, les ovules sont « chers » et les spermatozoïdes « bon marché ». Ainsi, généralement une femelle maximise son succès reproducteur en s'accouplant avec le « meilleur » mâle qu'elle peut, alors qu'en général un mâle maximise son succès reproducteur en s'accouplant avec autant de femelles que possible.

Toute situation où un sexe sélectionne des individus spécifiques avec lesquels s'accoupler entraînera un phénomène appelé sélection sexuelle. La sélection sexuelle est un type de sélection naturelle où un sexe a une préférence pour certaines caractéristiques chez les individus de l'autre sexe. Comme pour tout type de sélection, cette préférence augmente le succès reproducteur des individus qui ont la caractéristique préférée.

Parce que les femelles de la plupart des espèces sexuellement reproductrices sont « exigeantes », les femelles sont souvent le genre qui sélectionne sexuellement les traits chez les mâles. En conséquence, les mâles se font concurrence pour accéder aux femelles ou incitent une femelle spécifique à s'accoupler avec elles. Du fait de cette compétition, la sélection sexuelle conduit souvent à dimorphisme sexuel, des différences distinctes de taille ou d'apparence entre les mâles et les femelles. Ces différences de taille ou d'apparence, appelées caractères sexuels secondaires, sont des traits exagérés ou voyants qui sont associés aux comportements d'accouplement et au succès reproducteur. Les exemples incluent les seins, les queues et les coiffes voyantes, et des traits plus fous comme la longueur des tiges oculaires chez les mouches aux yeux de tige (voir l'image ci-dessous).

Les mouches aux yeux de tige ont des yeux au bout de longues tiges et elles se disputent les partenaires en mesurant la distance entre leurs yeux. Les preuves montrent que le placement des yeux plus large gagne dans ces combats de compétition masculine. (Crédit image: Jojo Cruzado – mouche aux yeux de tige, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39304119)

Le dimorphisme sexuel peut conduire à des comportements spécifiques chez les mâles qui augmentent leur succès reproducteur. Une énergie considérable est dépensée dans le processus de localisation, d'attraction et d'accouplement avec le partenaire sexuel.

La compétition entre les mâles se produit, que les espèces s'accouplent par fertilisation interne ou externe. Chez les espèces à fécondation interne, un seul mâle peut s'accoupler avec une femelle à la fois, de sorte que les mâles se font concurrence pour s'accoupler avec une femelle en particulier. Chez les espèces à fécondation externe, la femelle contrôle comment et quand les œufs sont libérés, et les mâles se disputent l'accès à ses œufs en dehors de son corps.


HYBRIDES : Si les lions et les tigres ont été conçus intelligemment, pourquoi les descendants de croisements entre eux sont-ils infertiles ?

La question initiale était :
Si le tigre et le lion ont été conçus intelligemment, pourquoi sont-ils capables de se croiser, mais ne créent qu'une progéniture stérile ? Il en est de même pour le cheval et l'âne, ils produisent une progéniture stérile. Pourquoi?

Réponse de Diane Eager

Nous devons commencer par nous demander pourquoi nous pensons que ces animaux devraient pouvoir s'accoupler et avoir une progéniture fertile de toute façon. L'essentiel est que notre système de classification les a placés dans le même genre, nous concluons donc qu'ils devraient pouvoir se croiser. Le facteur d'humilité est que, quel que soit le nom que nous leur donnons, ils ne font pas nécessairement partie du même genre original. Notre système de classification est simplement un moyen d'organiser notre connaissance des êtres vivants sur la base de nos observations de leur structure, de leur fonction et de leur génétique aujourd'hui. Nous n'étions pas là pour voir les sortes originales.

Nous savons que certaines créatures classées dans le même genre, mais étiquetées d'espèces différentes, peuvent se combiner pour produire une progéniture fertile, ce qui est un indicateur dont elles faisaient toutes partie et du genre original. Le meilleur exemple est celui des pinsons des Galapagos. Voir notre rapport Finch Gene Flow ici.

De plus, le monde a dégénéré depuis que les espèces créées à l'origine ont été créées. Il est possible que certaines espèces similaires, mais dépareillées, puissent s'accoupler et se reproduire pendant une génération uniquement parce qu'il y a eu perte des mécanismes (génétiques, cellulaires, comportementaux, etc.) qui les séparaient à l'origine.

Regardons les deux exemples donnés dans la question.

Chevaux et ânes

La progéniture stérile de la combinaison cheval/âne, c'est-à-dire une mule, peut s'expliquer par une inadéquation du nombre de chromosomes. Les chevaux ont 64 chromosomes et les ânes en ont 62. Un mulet en a 63. Pour comprendre pourquoi cela entraîne la stérilité, nous devons examiner ce qui arrive aux chromosomes lorsque les êtres vivants se reproduisent, et l'importance des nombres pairs.

Les chromosomes viennent normalement par paires – un membre de la paire hérité de la mère et l'autre du père. Par conséquent, les chevaux ont 32 paires et les ânes 31 paires. Ceci est important lorsqu'il s'agit de la reproduction sexuée, qui implique l'union de deux cellules, à savoir un spermatozoïde et un ovule, pour former un nouvel individu. Si le spermatozoïde ou l'ovule (cellules sexuelles) avait le même nombre de chromosomes que n'importe quelle autre cellule du corps, le nombre de chromosomes doublerait à chaque génération. Cela ne fonctionnerait pas. Dans quelques générations, il n'y aurait pas de place pour tous. Par conséquent, lors de la formation des cellules sexuelles, le nombre de chromosomes est réduit de moitié en divisant chacune des paires et en donnant un de chaque paire aux cellules sexuelles. Par conséquent, une cellule sexuelle d'un cheval aura 32 chromosomes et une cellule sexuelle d'âne en aura 31. Lorsque ceux-ci sont combinés, le total est de 63, composé de 31 paires et d'une paire impaire. Parce que les chromosomes du cheval et de l'âne sont suffisamment similaires, la nouvelle cellule combinée est capable de vivre et de devenir un nouvel individu, une mule. La croissance consiste à fabriquer beaucoup plus de cellules avec le même nombre de chromosomes. Pour ce faire, tous les chromosomes sont copiés et chaque nouvelle cellule reçoit un ensemble complet.

Cependant, lorsque la mule adulte essaie de fabriquer des cellules sexuelles, il y a un problème. Là, les paires doivent être séparées. Le processus normal de l'acte sexuel consiste à aligner tous les chromosomes par paires afin d'en séparer un de chaque paire pour le donner aux cellules sexuelles. Mais pour un animal avec un nombre impair de chromosomes, cela ne peut pas arriver. Il y en aura toujours un impair, donc le processus a tendance à s'arrêter là.

Ce problème se produira avec tous les hybrides issus de parents avec des nombres de chromosomes incompatibles, pas seulement les chevaux et les ânes.

Lions et tigres

Les lions et les tigres ont le même nombre de chromosomes, 38 ou 17 paires. Par conséquent, un nombre impair causé par des nombres de chromosomes inégaux n'est pas le problème. Malgré cela, les hybrides résultant d'une combinaison de lion et de tigre sont généralement stériles, il doit donc y avoir une raison différente.

Les lions et les tigres sont tous deux classés comme félins, mais même s'ils faisaient partie d'une sorte de chat d'origine, ils ont été séparés pendant de nombreuses générations de dégénérescence depuis que leurs ancêtres ont quitté l'arche. Depuis lors, des mutations se sont produites dans toutes les populations animales, y compris les lions et les tigres, mais toutes les mutations ne sont pas les mêmes dans toutes les populations. Cela signifie que les lions et les tigres d'aujourd'hui ont accumulé des mutations différentes. Toutes les mutations ne sont pas mortelles, elles peuvent simplement entraîner une variation de l'activité des gènes, ou elles peuvent entraîner le déplacement de gènes hors de leur place d'origine sur le chromosome, ce qui explique comment un autre problème peut survenir lors de la formation des cellules sexuelles. Pour voir où cela peut arriver, nous devons examiner le processus de copie des chromosomes pendant la formation des cellules sexuelles.

Nous verrons ce qui arrive à une paire de chromosomes, mais cela se produira avec chaque paire. N'oubliez pas que chaque paire se compose d'un chromosome de la mère et d'un autre du père. Dans les diagrammes ci-dessous, ils sont colorés différemment, mais ils forment une paire assortie.

La première étape consiste à copier chaque chromosome de la paire. Les copies restent attachées les unes aux autres jusqu'à la dernière étape du processus, lorsqu'elles sont séparées et que chaque nouveau chromosome entre dans le mélange avec les autres nouveaux chromosomes pour être incorporé dans les cellules sexuelles. Les diagrammes à droite et ci-dessous montrent le processus.

Les doubles paires s'alignent ensuite et au cours de ce processus, des sections de chromosomes sont échangées entre les paires, comme le montre le schéma ci-dessous. Ce processus est connu sous le nom de « croisement » ou de recombinaison, et il en résulte que certains chromosomes contiennent un mélange de gènes des deux parents différents. Après recombinaison, les copies attachées, certaines avec des sections recombinées, se sont divisées en chromosomes séparés.

Au cours de ce processus, il est important d'aligner très précisément les chromosomes de chaque paire, de sorte que les morceaux échangés contiennent exactement les mêmes gènes, y compris les sections qui régulent l'activité de ces gènes, c'est-à-dire les activer et les désactiver au moment approprié. fois. Cet alignement précis peut ne pas se produire chez la progéniture de parents similaires issus de deux populations distinctes si des mutations ont entraîné un déplacement de gènes ou une altération de l'activité des gènes. Les chromosomes composites nouvellement créés peuvent manquer de certaines informations génétiques, ou ils peuvent avoir une combinaison de régulateurs de gènes qui ne fonctionnent pas bien ensemble. Les gènes n'agissent pas seuls, ils doivent fonctionner de manière coordonnée avec d'autres gènes. Par conséquent, les régulateurs génétiques, c'est-à-dire les commutateurs qui activent et désactivent les gènes, sont tout aussi importants que les gènes qui codent pour la structure et la fonction du corps.

Ce processus de recombinaison se produit pour chaque paire de chromosomes. Par conséquent, il est presque inévitable que chaque cellule sexuelle nouvellement formée ait au moins une des nouvelles recombinaisons dans son mélange de chromosomes.

Lions, tigres, chevaux et ânes ont été conçus intelligemment au départ, sans mutations dysfonctionnelles. Depuis lors, tous les êtres vivants ont été affectés par la dégénérescence qui est venue dans le monde à la suite du péché de l'homme et du jugement de Dieu. Par conséquent, il est possible que certaines espèces aient perdu certains mécanismes qui les séparaient des autres espèces, et qu'elles puissent maintenant se reproduire, mais donnent naissance à une progéniture dysfonctionnelle ou que certaines espèces originales aient été divisées en sous-populations qui ont été soumises à différentes mutations qui s'arrêtent. les empêcher de reproduire une progéniture fertile lorsqu'ils se retrouveront. Quelle qu'en soit la cause, c'est le résultat de la dégénérescence des êtres vivants, non pas parce qu'il y avait quelque chose qui n'allait pas avec les Sortes conçues à l'origine.

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