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Définition et synonyme de : SEXE, biologie

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Article publié par Encyclopaedia Universalis SEXE, biologie Différentes notions sont à la base du concept de sexe : la reproduction sexuée, les genres sexuels et la recombinaison génétique. Ces trois aspects différents du sexe sont tous également importants pour la sexualité et n'ont pas évolué indépendamment. La reproduction sexuée consiste en la production d'une descendance issue de la fusion de gamètes provenant de deux individus différents. Les genres sexuels sont habituellement le mâle et la femelle en cas de production de gamètes de tailles différentes (anisogamie), mais ce sont les types sexués en cas d'impossibilité de distinguer les sexes (isogamie) ou les types d'incompatibilité dans le cas des plantes. Enfin, la recombinaison est l'échange entre matériels génétiques lors de la formation des gamètes nécessaires à la reproduction sexuée. Dans tous les cas, le sexe est au cœur de l'évolution du vivant et il est apparu très tôt dans l'histoire de la vie, vraisemblablement avec les premiers organismes eucaryotes. Il existe toutefois une forme de sexualité chez les procaryotes, c'est la conjugaison bactérienne, au cours de laquelle il n'y a pas de fusion de gamètes, mais transfert génétique d'une bactérie à une autre par l'intermédiaire d'un plasmide. Plus de 95 p. 100 des espèces vivantes ont une reproduction sexuée. Quel est donc l'avantage de l'existence du sexe et comment est-il apparu ?
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SEXE, biologie

Différentes notions sont à la base du concept de sexe : la reproduction sexuée, les genres sexuels et la recombinaison génétique. Ces trois aspects différents du sexe sont tous également importants pour la sexualité et n'ont pas évolué indépendamment. La reproduction sexuée consiste en la production d'une descendance issue de la fusion de gamètes provenant de deux individus différents. Les genres sexuels sont habituellement le mâle et la femelle en cas de production de gamètes de tailles différentes (anisogamie), mais ce sont les types sexués en cas d'impossibilité de distinguer les sexes (isogamie) ou les types d'incompatibilité dans le cas des plantes. Enfin, la recombinaison est l'échange entre matériels génétiques lors de la formation des gamètes nécessaires à la reproduction sexuée. Dans tous les cas, le sexe est au cœur de l'évolution du vivant et il est apparu très tôt dans l'histoire de la vie, vraisemblablement avec les premiers organismes eucaryotes. Il existe toutefois une forme de sexualité chez les procaryotes, c'est la conjugaison bactérienne, au cours de laquelle il n'y a pas de fusion de gamètes, mais transfert génétique d'une bactérie à une autre par l'intermédiaire d'un plasmide. Plus de 95 p. 100 des espèces vivantes ont une reproduction sexuée. Quel est donc l'avantage de l'existence du sexe et comment est-il apparu ? Depuis les débuts de la théorie de l'évolution, l'apparition et la raison d'être du sexe font partie des grands mystères dans le domaine de la biologie évolutive, avec beaucoup plus de questions que de réponses.

L'origine du sexe

À l'heure actuelle, deux hypothèses principales ont été proposées pour expliquer l'apparition du sexe. La première envisage l'origine du sexe comme un mécanisme de réparation de l'ADN dans un environnement initial très mutagène. Ainsi, l'effet des rayons du Soleil qui atteignaient la Terre dans les premiers stades de l'évolution de la vie pouvait endommager très vite le matériel génétique des organismes, qui étaient moins protégés (absence de noyau chez les Procaryotes) qu'actuellement. Une manière de réparer les brins d'ADN endommagés aurait été d'échanger de l'information génétique perdue par recombinaison spontanée avec un ADN non endommagé. Les organismes favorisant ces échanges auraient donc été avantagés par la sélection naturelle. La seconde théorie, connue comme la théorie parasitique, propose que certains organismes infectieux tels que les virus pourraient être à l'origine de la reproduction sexuée qu'ils utiliseraient pour faciliter leur propre reproduction. Par exemple, pendant le passage d'une bactérie à l'autre, les virus peuvent emporter une partie du génome bactérien, transférant celui-ci d'un organisme à l'autre. D'autres organismes, comme les animaux, les plantes ou les levures, ont développé un moyen différent pour défendre leur génome de l'environnement : c'est le noyau que contiennent leurs cellules. Celui-ci protège l'information génétique des agents nocifs de l'extérieur et constitue contre eux une barrière supplémentaire à franchir. Toutefois, cette protection entraîne un isolement du matériel génétique. Ainsi, des mutations désavantageuses pour la cellule sont maintenues et, à terme, celles-ci conduisent à la disparition de la lignée porteuse. Dans ce contexte, l'apparition de la reproduction sexuée pourrait être vue comme un « juste milieu » entre isolement et échange d'information génétique. La sélection naturelle aurait favorisé les cellules dotées d'un mécanisme d'échange qui correspond, dans le cas des eucaryotes, à la méiose et à la fécondation.

La présence de sexe : coûts et bénéfices

Si la plupart des organismes ont une reproduction sexuée, il semble évident que celle-ci représente – et a représenté – un avantage primordial au cours de l'évolution. Il existe toutefois aujourd'hui un nombre non négligeable d'espèces qui parviennent à s'en passer, ainsi certaines plantes et divers animaux, même si chacune de ces espèces ne constitue qu'un petit pourcentage de la famille correspondante. Ces espèces asexuées se reproduisent en utilisant des mécanismes très divers, par exemple la parthénogenèse. Celle-ci se retrouve chez certains reptiles, poissons ou plantes qui produisent un œuf à partir d'une division normale sans méiose (apomixie), ou chez certains insectes, poissons rouges ou lézards qui pratiquent une sorte d'autofertilisation via la fusion de deux cellules sexuelles chez la même femelle (automixie). Toutefois, la présence du sexe semble être le caractère ancestral qui aurait été ensuite perdu chez ces espèces, puisqu'elles montrent des traces d'une sexualité passée (par exemple, on note la présence de pollen chez certaines plantes bien qu'il ne leur soit plus utile) et une forte parenté avec des espèces sexuées.

Mais pourquoi la majorité du monde vivant est-elle sexuée si, d'un point de vue quantitatif, les espèces asexuées sont avantagées puisqu'elles se reproduisent beaucoup plus rapidement ? En effet, l'existence du sexe coûte très cher à l'espèce : il faut consacrer du temps à produire des mâles et à rechercher un partenaire pour se reproduire, il faut passer par un cycle sexuel plus long que le cycle asexué et subir la recombinaison. Ne serait-il pas beaucoup plus simple et rapide de se passer de tout cela ? Dans le court terme, la réponse est oui. Mais dans le long terme, le coût d'une reproduction asexuée est trop élevé pour la survie de l'espèce. La reproduction sexuée, par processus de mélange et de transmission d'allèles des gènes, assure une augmentation de la variabilité génétique en favorisant l'hétérozygotie. Cette richesse en variantes génétiques permet donc l'adaptation de l'espèce à l'hétérogénéité spatiale (modèle du Tangled Bank) ou temporelle (modèle de la Reine Rouge) de l'environnement, qu'il s'agisse de faire face aux changements abiotiques (température, nourriture, exposition au soleil, etc.) ou biotiques (prédateurs, parasites, etc.). Les individus porteurs de nouvelles combinaisons génétiques leur assurant une meilleure adaptation seront donc favorisés par la sélection naturelle, alors que les autres auront moins de chances de survie et seront amenés, dans le long terme, à disparaître. Telle est la base de la théorie de l'évolution de Darwin qui signalait déjà le rôle de la variation héréditaire (grâce au sexe) et de la sélection naturelle comme moteurs de l'évolution de l'espèce. L'importance évolutive du sexe expliquerait le faible nombre d'espèces asexuées dans le monde vivant. Pour celles que l'on retrouve aujourd'hui, la transmission fidèle des gènes parentaux aux descendants d'une manière clonale a dû compenser, ou même dépasser, le désavantage de la diminution de la valeur sélective de l'espèce due au manque de variabilité génétique liée à l'homozygotie. Il semble bien que l'absence de sexe puisse être favorable au niveau individuel voire de façon ponctuelle par le biais des cycles biologiques de reproduction, mais elle est clairement défavorable, dans la plupart des cas, au niveau de l'espèce.

Auteur: Lluis QUINTANA-MURCI