La fécondation est le processus par lequel les gamètes (un ovule et un sperme) fusionnent pour former un zygote (Figure 13.8). Pour s’assurer que la progéniture n’a qu’un seul ensemble diploïde complet de chromosomes, un seul spermatozoïde doit fusionner avec un ovule. Chez les mammifères, une couche appelée zona pellucida protège l’œuf. À l’extrémité de la tête d’un spermatozoïde se trouve une structure semblable à un lysosome appelé acrosome, qui contient des enzymes. Lorsqu’un spermatozoïde se lie à la zone pellucide, une série d’événements, appelés réactions acrosomales, se produisent. Ces réactions, impliquant des enzymes de l’acrosome, permettent à la membrane plasmique du sperme de fusionner avec la membrane plasmique de l’œuf et permettent au noyau du sperme de se transférer dans l’ovule. Les membranes nucléaires de l’ovule et du sperme se décomposent et les deux noyaux haploïdes fusionnent pour former un noyau ou un génome diploïde.
Pour garantir que pas plus d’un sperme féconde l’ovule, une fois que les réactions acrosomales ont lieu à un endroit de la membrane de l’ovule, l’ovule libère des protéines à d’autres endroits pour empêcher d’autres spermatozoïdes de fusionner avec l’ovule.
Le développement d’organismes multicellulaires commence à partir de ce zygote unicellulaire, qui subit une division cellulaire rapide, appelée clivage (Figure 13.9 a), pour former une boule creuse de cellules appelée blastula (Figure 13.9 b).
Chez les mammifères, la blastula forme le blastocyste au stade suivant de développement. Ici, les cellules de la blastula s’organisent en deux couches: la masse cellulaire interne et une couche externe appelée trophoblaste. La masse cellulaire interne continuera à former l’embryon. Le trophoblaste sécrète des enzymes qui permettent l’implantation du blastocyste dans l’endomètre de l’utérus. Le trophoblaste contribuera au placenta et nourrira l’embryon.
Concept en action
Visitez le projet Virtual Human Embryo sur le site Endowment for Human Development pour cliquer sur une interface interactive des étapes du développement de l’embryon, y compris des micrographies et des images 3D en rotation.
Le les cellules de la blastula se réorganisent ensuite dans l’espace pour former trois couches de cellules. Ce processus s’appelle la gastrulation. Lors de la gastrulation, la blastula se replie sur elle-même et les cellules migrent pour former les trois couches de cellules (figure 13.10) dans une structure, la gastrula, avec un espace creux qui deviendra le tube digestif. Chacune des couches de cellules est appelée couche germinale et se différenciera en différents systèmes d’organes.
Les trois couches germinales sont l’endoderme, le l’ectoderme et le mésoderme. Les cellules de chaque couche germinale se différencient en tissus et organes embryonnaires. L’ectoderme donne naissance au système nerveux et à l’épiderme, entre autres tissus. Le mésoderme donne naissance aux cellules musculaires et au tissu conjonctif du corps. L’endoderme donne naissance à l’intestin et à de nombreux organes internes.
Organogenèse
La gastrulation conduit à la formation des trois couches germinales qui donnent lieu au développement ultérieur des différents organes de l’animal corps. Ce processus est appelé organogenèse.
Les organes se développent à partir des couches germinales par le processus de différenciation. Au cours de la différenciation, les cellules souches embryonnaires expriment des ensembles spécifiques de gènes qui détermineront leur type cellulaire ultime. Par exemple, certaines cellules de l’ectoderme exprimeront les gènes spécifiques aux cellules de la peau. En conséquence, ces cellules prendront la forme et les caractéristiques des cellules épidermiques.Le processus de différenciation est régulé par des signaux chimiques spécifiques à l’emplacement de l’environnement embryonnaire de la cellule qui mettent en jeu une cascade d’événements qui régule l’expression des gènes.