Cycle de vie biologique - Biological life cycle

Cycle de vie d'un moustique . Un moustique femelle adulte pond des œufs qui se développent en plusieurs étapes jusqu'à l'âge adulte. La reproduction complète et perpétue le cycle.

En biologie , un cycle de vie biologique (ou simplement un cycle de vie ou un cycle de vie lorsque le contexte biologique est clair) est une série de changements de forme qu'un organisme subit, revenant à l'état de départ. "Le concept est étroitement lié à ceux de l'histoire de la vie, du développement et de l' ontogénie , mais s'en distingue par l'accent mis sur le renouvellement." Les transitions de forme peuvent impliquer la croissance, la reproduction asexuée ou la reproduction sexuée .

Dans certains organismes, différentes « générations » de l'espèce se succèdent au cours du cycle de vie. Pour les plantes et de nombreuses algues , il existe deux stades multicellulaires, et le cycle de vie est appelé alternance de générations . Le terme cycle de vie est souvent utilisé, en particulier pour les organismes tels que les algues rouges qui ont trois stades multicellulaires (ou plus), plutôt que deux.

Les cycles de vie qui incluent la reproduction sexuée impliquent une alternance de stades haploïdes ( n ) et diploïdes (2 n ), c'est-à-dire qu'un changement de ploïdie est impliqué. Pour revenir d'un stade diploïde à un stade haploïde, la méiose doit se produire. En ce qui concerne les changements de ploïdie , il existe 3 types de cycles :

  • cycle de vie haplontique - le stade haploïde est multicellulaire et le stade diploïde est une cellule unique, la méiose est "zygotique".
  • cycle de vie diplontique — le stade diploïde est multicellulaire et des gamètes haploïdes se forment, la méiose est « gamétique ».
  • cycle de vie haplodiplontique (également appelé cycle de vie diplohaplontique , diplobiontique ou dibiontique ) - les stades diploïdes et haploïdes multicellulaires se produisent, la méiose est "sporique".

Les cycles diffèrent par le moment où la mitose (croissance) se produit. La méiose zygotique et la méiose gamétique ont un stade mitotique : la mitose se produit pendant la phase n de la méiose zygotique et pendant la phase 2 n de la méiose gamétique. Par conséquent, la méiose zygotique et gamétique sont collectivement appelées « halobiontiques » (phase mitotique unique, à ne pas confondre avec haplontique). La méiose sporique, quant à elle, a une mitose en deux étapes, à la fois diploïde et haploïde, appelées « diplobiontiques » (à ne pas confondre avec diplontique).

Découverte

L'étude de la reproduction et du développement des organismes a été réalisée par de nombreux botanistes et zoologistes.

Wilhelm Hofmeister a démontré que l' alternance des générations est une caractéristique qui unit les plantes, et a publié ce résultat en 1851 (voir sexualité végétale ).

Certains termes (haplobiont et diplobiont) utilisés pour la description des cycles de vie ont été proposés initialement pour les algues par Nils Svedelius, puis sont devenus utilisés pour d'autres organismes. D'autres termes (autogamie et gamontogamie) utilisés dans les cycles de vie des protistes ont été introduits par Karl Gottlieb Grell. La description des cycles de vie complexes de divers organismes a contribué à réfuter les idées de génération spontanée dans les années 1840 et 1850.

Cycle de vie haplontique

Méiose zygotique

Une méiose zygotique est une méiose d'un zygote immédiatement après la caryogamie , qui est la fusion de deux noyaux cellulaires . De cette façon, l'organisme termine sa phase diploïde et produit plusieurs cellules haploïdes. Ces cellules se divisent par mitose pour former soit des individus multicellulaires plus gros, soit des cellules plus haploïdes. Deux types opposés de gamètes (par exemple, mâle et femelle) de ces individus ou cellules fusionnent pour devenir un zygote.

Dans tout le cycle, les zygotes sont la seule cellule diploïde ; la mitose ne se produit que dans la phase haploïde.

Les individus ou les cellules résultant de la mitose sont des haplones, c'est pourquoi ce cycle de vie est également appelé cycle de vie haplontique. Les haplons sont :

Cycle de vie diplontique

Méiose gamétique

Dans la méiose gamétique, au lieu de se diviser immédiatement de manière méiotique pour produire des cellules haploïdes, le zygote se divise de manière mitotique pour produire un individu diploïde multicellulaire ou un groupe de cellules diploïdes plus unicellulaires. Les cellules des individus diploïdes subissent ensuite une méiose pour produire des cellules haploïdes ou des gamètes . Les cellules haploïdes peuvent se diviser à nouveau (par mitose) pour former davantage de cellules haploïdes, comme dans de nombreuses levures, mais la phase haploïde n'est pas la phase prédominante du cycle de vie. Chez la plupart des diplons, la mitose ne se produit que dans la phase diploïde, c'est-à-dire que les gamètes se forment généralement rapidement et fusionnent pour produire des zygotes diploïdes.

Dans l'ensemble du cycle, les gamètes sont généralement les seules cellules haploïdes et la mitose ne se produit généralement que dans la phase diploïde.

L'individu multicellulaire diploïde est un diplon, c'est pourquoi une méiose gamétique est également appelée cycle de vie diplontique. Les diplômes sont :

Cycle de vie haplodiplontique

Méiose sporique

Dans la méiose sporique (également connue sous le nom de méiose intermédiaire), le zygote se divise par mitose pour produire un sporophyte diploïde multicellulaire . Le sporophyte crée des spores par méiose qui aussi divisent ensuite mitose produisant des individus haploïdes appelés gamétophytes . Les gamétophytes produisent des gamètes par mitose. Chez certaines plantes, le gamétophyte est non seulement de petite taille mais aussi de courte durée ; chez d'autres plantes et de nombreuses algues, le gamétophyte est l'étape "dominante" du cycle de vie.

Les haplodiplons sont :

Certains animaux ont un système de détermination du sexe appelé haplodiploïde , mais celui-ci n'est pas lié au cycle de vie haplodiplontique.

Méiose végétative

Certaines algues rouges (telles que Bonnemaisonia et Lemanea ) et algues vertes (telles que Prasiola ) présentent une méiose végétative, également appelée méiose somatique, qui est un phénomène rare. La méiose végétative peut se produire dans les cycles de vie haplodiplontiques et également diplontiques. Les gamétophytes restent attachés au sporophyte et en font partie. Les cellules diploïdes végétatives (non reproductrices) subissent une méiose, générant des cellules haploïdes végétatives. Ceux-ci subissent de nombreuses mitoses et produisent des gamètes.

Un phénomène différent, appelé diploïdisation végétative, un type d' apomixie , se produit chez certaines algues brunes (par exemple, Elachista stellaris ). Les cellules d'une partie haploïde de la plante dupliquent spontanément leurs chromosomes pour produire du tissu diploïde.

Cycle de vie des parasites

Les parasites dépendent de l'exploitation d'un ou plusieurs hôtes . Ceux qui doivent infecter plus d'une espèce hôte pour compléter leur cycle de vie ont des cycles de vie complexes ou indirects. Dirofilaria immitis , ou le ver du cœur, a un cycle de vie indirect, par exemple. Les microfilaires doivent d'abord être ingérées par un moustique femelle , où elles se développent jusqu'au stade larvaire infectieux . Le moustique pique alors un animal et transmet les larves infectieuses à l'animal, où elles migrent vers l' artère pulmonaire et deviennent adultes.

Les parasites qui infectent une seule espèce ont des cycles de vie directs. Un exemple de parasite avec un cycle de vie direct est Ancylostoma caninum , ou l'ankylostome canin. Elles se développent jusqu'au stade larvaire infectieux dans l'environnement, puis pénètrent directement dans la peau du chien et deviennent adultes dans l' intestin grêle .

Si un parasite doit infecter un hôte donné pour terminer son cycle de vie, on dit alors qu'il est un parasite obligatoire de cet hôte ; parfois, l'infection est facultative — le parasite peut survivre et terminer son cycle de vie sans infecter cette espèce hôte particulière. Les parasites infectent parfois des hôtes dans lesquels ils ne peuvent pas terminer leur cycle de vie ; ce sont des hôtes accidentels.

Un hôte dans lequel les parasites se reproduisent sexuellement est appelé hôte définitif, final ou primaire. Chez les hôtes intermédiaires, les parasites ne se reproduisent pas ou le font de manière asexuée, mais le parasite se développe toujours à un nouveau stade chez ce type d'hôte. Dans certains cas, un parasite infectera un hôte, mais ne subira aucun développement, ces hôtes sont appelés hôtes paraténiques ou hôtes de transport. L'hôte paraténique peut être utile pour augmenter le risque de transmission du parasite à l'hôte définitif. Par exemple, le ver pulmonaire du chat ( Aelurostrongylus abstrusus ) utilise une limace ou un escargot comme hôte intermédiaire; la larve de premier stade pénètre dans le mollusque et se développe en larve de troisième stade, qui est infectieuse pour l'hôte définitif, le chat. Si une souris mange la limace, la larve du troisième stade entrera dans les tissus de la souris, mais ne subira aucun développement.

Cycle de vie de l' apicomplexe , Babesia , Cycle de vie du parasite unicellulaire Babesia, y compris l'infection chez l'homme

Évolution

Le cycle de vie de type primitif avait probablement des individus haploïdes à reproduction asexuée. Les bactéries et les archées présentent un cycle de vie comme celui-ci, et certains eucaryotes le font apparemment aussi (par exemple, Cryptophyta , Choanoflagelata , de nombreux Euglenozoa , de nombreux Amoebozoa , certaines algues rouges, certaines algues vertes , les champignons imparfaits , certains rotifères et de nombreux autres groupes, pas nécessairement haploïde). Cependant, ces eucaryotes ne sont probablement pas primitivement asexués, mais ont perdu leur reproduction sexuée, ou cela n'a tout simplement pas encore été observé. De nombreux eucaryotes (y compris les animaux et les plantes) présentent une reproduction asexuée , qui peut être facultative ou obligatoire dans le cycle de vie, la reproduction sexuée se produisant plus ou moins fréquemment.

Les organismes individuels participant à un cycle de vie biologique vieillissent et meurent habituellement, tandis que les cellules de ces organismes qui relient les générations successives du cycle de vie (cellules de la lignée germinale et leurs descendants) sont potentiellement immortelles. La base de cette différence est un problème fondamental en biologie. Le biologiste et historien russe Zhores A. Medvedev a estimé que l'exactitude des systèmes de réplication du génome et d'autres systèmes synthétiques ne peut à elle seule expliquer l'immortalité des lignées germinales . Medvedev pensait plutôt que les caractéristiques connues de la biochimie et de la génétique de la reproduction sexuée indiquent la présence de processus uniques de maintien et de restauration de l'information au stade de la gamétogenèse du cycle biologique. En particulier, Medvedev a considéré que les opportunités les plus importantes pour le maintien de l'information des cellules germinales sont créées par la recombinaison pendant la méiose et la réparation de l'ADN ; il les considérait comme des processus au sein des cellules de la lignée germinale capables de restaurer l'intégrité de l' ADN et des chromosomes à partir des types de dommages qui provoquent un vieillissement irréversible dans les cellules non lignées germinales, par exemple les cellules somatiques .

L'ascendance de chaque cellule actuelle remonte vraisemblablement, dans une lignée ininterrompue de plus de 3 milliards d'années à l' origine de la vie . Ce ne sont pas en fait des cellules qui sont immortelles, mais des lignées cellulaires multigénérationnelles. L'immortalité d'une lignée cellulaire dépend du maintien du potentiel de division cellulaire . Ce potentiel peut être perdu dans une lignée particulière en raison des dommages cellulaires, de la différenciation terminale comme cela se produit dans les cellules nerveuses ou de la mort cellulaire programmée ( apoptose ) au cours du développement. Le maintien du potentiel de division cellulaire du cycle de vie biologique au cours des générations successives dépend de l'évitement et de la réparation précise des dommages cellulaires, en particulier des dommages à l'ADN . Dans les organismes sexués, la continuité de la lignée germinale au cours des générations successives du cycle cellulaire dépend de l'efficacité des processus pour éviter les dommages à l'ADN et réparer les dommages à l'ADN qui se produisent. Les processus sexuels chez les eucaryotes , ainsi que chez les procaryotes , offrent une opportunité de réparation efficace des dommages à l'ADN dans la lignée germinale par recombinaison homologue .

Voir également

  • Alternance des générations  – Cycle de reproduction des plantes et des algues
  • Apomixie  – Remplacement de la reproduction sexuée normale par une reproduction asexuée, sans fécondation
  • Haplodiploïdie  - Système biologique où le sexe est déterminé par le nombre d'ensembles de chromosomes
  • Cycle parasexuel  – Mécanisme non sexuel de transfert de matériel génétique sans méiose
  • Parthénogenèse  – Forme naturelle de reproduction asexuée dans laquelle la croissance et le développement des embryons se produisent sans fécondation
  • Métamorphose - Changement profond dans la structure du corps au cours du développement post-embryonnaire d'un organisme
  • Biologie de la reproduction  – Branche de la biologie étudiant la reproduction
  • Recombinaison mitotique

Les références

Sources

  • van den Hoek, C.; Mann ; Jahns, HM (1995). Les algues : une introduction à la phycologie . La presse de l'Universite de Cambridge. ISBN 978-0-521-31687-3.

Lectures complémentaires

  • Bonner, John Tyler (1995). Cycles de vie : Réflexions d'un biologiste évolutionniste . Presse de l'Université de Princeton. ISBN 978-0-691-00151-7.
  • Valéro, Myriam ; Richerd, Sophie; Perrot, Véronique ; Destombe, Christophe (janvier 1992). « Évolution de l'alternance des phases haploïdes et diploïdes dans les cycles de vie ». Tendances en écologie et évolution . 7 (1) : 25-29. doi : 10.1016/0169-5347(92)90195-H . PMID  21235940 .
  • Mable, Barbara K. ; Otto, Sarah P. (1998). « L'évolution des cycles de vie avec des phases haploïdes et diploïdes ». BioEssais . 20 (6) : 453-462. doi : 10.1002/(sici)1521-1878(199806)20:6<453::aid-bies3>3.0.co;2-n .