fécondation, en biologie, fusion de deux cellules sexuelles ou gamètes, pour former un zygote, ou embryon, dans le cadre d’une reproduction sexuée.

Le gamète femelle, également appelé ovule ou cellule germinale femelle chez les animaux, anthérozoïde, ovule ou oosphère chez les végétaux supérieurs, est relativement gros, contient des réserves nutritives (vitellus) et n’est généralement pas capable de se déplacer. Les gamètes mâles, appelés spermatozoïdes ou cellules germinales mâles, sont beaucoup plus petits que les ovules, contiennent peu de réserves nutritives, possèdent la plupart du temps un centrosome (organite cellulaire impliqué dans la division cellulaire) et sont en général capables de se mouvoir (s’ils ne le sont pas, comme chez certaines plantes, leurs déplacements sont assurés par d’autres voies). Les gamètes possèdent un seul jeu de chromosomes et sont dits haploïdes. L’œuf résultant de leur fusion a deux jeux de chromosomes : il est diploïde.

La fécondation des ovules d’un individu par les spermatozoïdes d’un autre est la règle chez la plupart des végétaux et des animaux. Ce type de fécondation, dite croisée, a une grande importance, car il permet un large éventail de variation individuelle par le brassage et la recombinaison des gènes. L’autofécondation (fécondation des ovules par les spermatozoïdes du même individu) limite les variations, car elle ne permet pas l’introduction de nouveaux caractères héréditaires.

La plupart des espèces de végétaux et d’animaux sont dioïques, c’est-à-dire que ce sont des individus différents qui produisent spermatozoïdes et ovules. En revanche, chez les espèces dites monoïques, ou hermaphrodites, ils sont produits par le même organisme. Chez ces dernières, l’autofécondation est toutefois généralement évitée par diverses adaptations. Par exemple, le développement des spermatozoïdes et des ovules peut avoir lieu à des moments différents, ou bien, comme chez le ver de terre, la disposition des organes reproducteurs et la méthode d’accouplement peuvent interdire l’autofécondation. Chez de nombreux végétaux monoïques, la taille des grains de pollen produits par un plant donné n’est pas compatible avec le stigmate du pistil du même plant. Il existe alors deux types de plantes : certaines fabriquent de petits grains de pollen, mais ne peuvent être fécondées que par de gros grains ; d’autres, en revanche, produisent des grains de petite taille et sont pollinisées par des grains de grande taille.

Pour que la fécondation ait lieu, il faut que les cellules germinales mâles et femelles (produites, chez les animaux, dans les gonades à partir de cellules souches) soient à un stade adéquat de leur maturation (voir Reproducteur, appareil). Pour le gamète mâle, c’est le stade spermatozoïde proprement dit (après la spermatogonie, les spermatocytes I et II et la spermatide, chez les mammifères). Pour le gamète femelle, c’est l’ovule. Cependant, chez les mammifères, c’est au stade « ovocyte II » que le gamète est fécondé. La fécondation déclenche alors la dernière étape de la maturation de la cellule, qui devient ovule juste avant de fusionner avec le spermatozoïde.

Lorsque les spermatozoïdes et les ovules matures de la même espèce ou d’espèces étroitement apparentées entrent en contact, et lorsque les conditions sont favorables, un spermatozoïde pénètre dans l’ovule, l’embryon résultant n’étant toutefois viable ou fertile que si mâle et femelle appartiennent à la même espèce (voir Hybride). Chez les mammifères, comme chez de nombreux autres animaux, le point d’entrée du spermatozoïde dans l’ovule peut se situer à n’importe quel endroit de ce dernier. En revanche, les ovules de certains poissons, mollusques ou insectes, sont entourés d’une membrane épaisse : les spermatozoïdes ne peuvent y pénétrer que par une ouverture spéciale, appelée micropyle, située à sa surface. C’est le cas également des ovules des plantes à fleurs.

Dans la plupart des cas, un seul spermatozoïde peut pénétrer dans un ovule donné, son entrée déclenchant des mécanismes inhibiteurs de la pénétration d’autres spermatozoïdes. Il s’agit d’éviter que l’œuf n’ait un nombre de jeux de chromosomes anormal. La polyspermie, au cours de laquelle plusieurs spermatozoïdes réussissent à pénétrer dans l’ovule, est anormale chez la plupart des espèces. Dans ce cas, un seul des spermatozoïdes participe activement à la fécondation proprement dite de l’ovule.

Le noyau du spermatozoïde va ensuite rejoindre celui de l’ovule pour fusionner avec lui. L’œuf possède alors un noyau unique, qui contient un jeu de chromosomes paternel, et un jeu maternel. En outre, les gamètes mâles et femelles sont complémentaires d’un point de vue cellulaire : l’ovule fournit la plus grande partie du cytoplasme (contenant les « signaux » déclencheurs du développement) et des nutriments de l’embryon, le spermatozoïde procure le centrosome nécessaire au bon déroulement des mitoses. Une fois la fusion nucléaire réalisée, le programme de divisions cellulaires de l’œuf commence : il passe du stade d’une cellule à deux, puis quatre, puis huit, etc. Voir Développement.

La fécondation est généralement l’étape initiale obligatoire du développement d’un embryon. Il existe cependant quelques exceptions. Ainsi, les ovules de certains invertébrés comme les abeilles se développent sans avoir été fécondés. Cette forme de reproduction est appelée parthénogenèse.

Les plantes à fleurs présentent un cas particulier : non seulement l’ovule est fécondé par un spermatozoïde, mais les cellules qui l’entourent le sont également. Les ovules (ou oosphères) d’une plante à fleurs se forment dans les ovaires, situés au centre de la fleur (à l’intérieur du pistil). Après la méiose, une petite structure, le sac embryonnaire (structure à deux noyaux), apparaît. Les spermatozoïdes sont produits dans les étamines entourant le pistil. Deux cellules mâles sont produites dans chaque grain de pollen.

Lors de la pollinisation, le pollen est transféré vers le stigmate (extrémité supérieure du pistil) de la plante réceptrice, sur lequel il est retenu. Le grain de pollen produit alors un tube pollinique, qui apporte au contact du sac embryonnaire les deux spermatozoïdes non mobiles (qui ont terminé leur différenciation dans le tube pollinique). L’un d’eux fusionne avec l’ovule pour former un œuf, ou zygote, pendant que l’autre fusionne avec le sac embryonnaire à deux noyaux, constituant ainsi un tissu triploïde appelé endosperme, qui fournira les réserves de la plantule. Ces deux fusions simultanées constituent la double fécondation. L’embryon forme alors une graine, qui reste en dormance jusqu’à ce qu’elle soit transportée par le vent, par l’eau ou par les animaux vers un endroit propice à sa germination.

De nombreux animaux aquatiques, comme la méduse ou l’oursin, libèrent simplement leurs gamètes dans l’eau, et la fécondation se produit au hasard de leur rencontre, plus fréquente là où la densité en ovules et en spermatozoïdes est la plus forte. C’est la fécondation externe. Ce mode de fécondation, courant chez de nombreux animaux inférieurs aquatiques, n’est en revanche guère employé par les végétaux (les seuls à avoir une fécondation externe sont certaines algues).

Un certain nombre d’animaux, tout en étant soumis aux aléas de la fécondation externe, usent néanmoins de divers stratagèmes pour augmenter les chances de rencontre des gamètes. Ainsi, chez le saumon, les deux sexes s’assemblent et libèrent les spermatozoïdes et les ovules à proximité les uns des autres. Chez les amphibiens, le mâle monte sur le dos de la femelle et arrose la ponte de cette dernière de son sperme.

La fécondation interne, qui se produit à l’intérieur du corps de la femelle est extrêmement répandue dans le monde vivant, car elle assure une protection efficace de l’œuf et des premiers stades de son développement et, chez les animaux plus évolués, de l’embryon. Les modalités de la fécondation interne sont diverses. Chez certaines salamandres, le mâle dépose ses spermatozoïdes sous la forme d’une masse gélatineuse qui entre en contact avec le cloaque de la femelle. C’est également le cas d’un certain nombre d’insectes terrestres, comme le scorpion : le mâle dépose à terre une petite structure contenant ses spermatozoïdes, le spermatophore, que la femelle saisit avec son cloaque. La copulation, ou coït, permet aux cellules germinales du mâle d’être libérées dans les voies génitales de la femelle (c’est l’insémination). Elle est pratiquée, entre autres, par tous les reptiles, oiseaux et mammifères.

fécondation in vitro (FIV)

fécondation in vitro (FIV), technique d’aide médicale à la procréation permettant à un couple stérile d'avoir un enfant.

La fécondation in vitro est utilisée pour contourner le problème de stérilité des femmes dont les trompes de Fallope sont obstruées (40 p. 100 des stérilités). Dans cette technique, un ou plusieurs œufs sont fécondés à l'extérieur du corps humain, puis transplantés pour s'y développer. D’abord appliquée à l'élevage animal, la fécondation in vitro a été utilisée pour la première fois dans l'espèce humaine avec succès en 1978 en Angleterre avec la naissance de Louise Brown. En France, la première a eu lieu en 1982, dans le service de René Frydman qui collabore avec Jacques Testard, avec la naissance du premier « bébé-éprouvette », Amandine.

Le processus débute par la stimulation, par injection quotidienne d'hormones, de la croissance de plusieurs ovocytes. Il est possible, également, de recueillir l'ovocyte naturellement émis par l'ovaire. Les ovocytes sont prélevés par l'une des deux méthodes suivantes : la plus courante, le prélèvement ultrasonographique, est un guidage par ultrasons ; le prélèvement par laparoscopie se fait au travers d'une petite incision de l'abdomen.

Une fois prélevés, les ovocytes sont placés dans un milieu liquide spécifique auquel on ajoute le sperme qui a été préparé. L'ensemble est laissé en incubation pendant 18 heures environ. Les œufs sont ensuite transférés dans un milieu de croissance spécial et examinés environ 40 heures plus tard. Si les œufs ont été fécondés et se développent normalement, les embryons sont introduits dans l'utérus de la femme (ou d'une autre femme). En général, on transfère plusieurs embryons afin d'augmenter la probabilité de grossesse. Si on a plus de quatre embryons, le couple a la possibilité de conserver les embryons restants par cryoconservation pour permettre leur utilisation au cours d'un prochain cycle. Après le transfert des embryons, de la progestérone est administrée quotidiennement à la femme. La probabilité de grossesse pour un cycle de FIV est d'environ 20 p. 100.

Il existe d'autres techniques telles que le transfert de gamètes dans la trompe de Fallope ; la technique est identique à celle de la FIV, mais les ovocytes et le sperme recueillis sont placés directement dans les trompes de Fallope, la fécondation se produisant dans le corps de la femme. Le transfert de zygotes intrafallopien est identique à la méthode précédente mais ce sont de très jeunes embryons qui sont placés directement dans les trompes de Fallope. D'autres techniques utilisent les dons d'ovocytes ; les œufs prélevés sont implantés sur des femmes dont les ovocytes sont incapables de donner des embryons.