Reproduction sexuée : comment les chromosomes passent d'une génération à l'autre

Un enfant reçoit des chromosomes de ses deux parents. Et pourtant, il possède exactement 46 chromosomes, comme son père et comme sa mère. Comment est-ce possible ?

Le mécanisme clé, et il tient en deux temps.

Temps 1 — la division par deux. Les gamètes, c'est-à-dire les cellules reproductrices, sont fabriqués à part, par une division particulière qui porte un nom : la méiose. Lors de cette division, chaque gamète ne reçoit qu'un seul chromosome de chaque paire. Un spermatozoïde et un ovule contiennent donc $46 \div 2 = 23$ chromosomes. Ce sont les seules cellules de l'organisme dont les chromosomes ne vont pas par paires : elles ont 23 chromosomes tous différents, un par paire.

Temps 2 — la fécondation. Un spermatozoïde et un ovule fusionnent. Leurs chromosomes se retrouvent réunis dans une seule cellule, la cellule-œuf :

Les paires sont reconstituées : dans chacune, un chromosome vient du père, son homologue vient de la mère. C'est exactement ce que tu as lu sur le caryotype de la leçon Chromosomes et caryotype.

Ensuite, la cellule-œuf se divise, encore et encore, en copiant son ADN à l'identique. Toutes les cellules du nouvel individu auront 46 chromosomes.

Pourquoi ce détour par 23 ? Parce qu'il n'y a pas d'autre solution. Si les gamètes gardaient 46 chromosomes, la fécondation en donnerait 92, puis 184 à la génération suivante, puis 368 : le nombre doublerait indéfiniment. La division par deux avant la fécondation est ce qui maintient 46 chromosomes de génération en génération.

Le nombre de chromosomes de l'espèce est stable parce que les gamètes en ont deux fois moins. Diviser par deux, puis réunir : le compte retombe toujours juste.

Ce qui attend le lycée, ce n'est pas le mot — tu peux et tu dois l'employer dès cette année — mais le détail des étapes de la méiose, cellule par cellule.

Chaque gamète est unique. Quand un gamète se forme, il reçoit un chromosome de la paire 1 — mais lequel, celui du père ou celui de la mère de cette personne ? C'est le hasard qui tranche. Et ce tirage recommence, indépendamment, pour la paire 2, la paire 3, jusqu'à la paire 23.

Deux possibilités par paire, 23 paires : le nombre de gamètes différents qu'une même personne peut produire vaut

C'est le brassage : plus de huit millions de combinaisons possibles, pour une seule personne.

Et il faut ensuite qu'un de ces gamètes en rencontre un autre, lui aussi tiré parmi plus de huit millions. Pour un couple donné, le nombre de cellules-œufs différentes possibles vaut

soit environ 70 000 milliards.

Voilà pourquoi deux frères, ou deux sœurs, ne sont pas identiques : ils ont les mêmes parents, mais ils sont issus de deux cellules-œufs différentes parmi 70 000 milliards possibles. Ils ont chacun reçu la moitié des chromosomes de chaque parent — mais pas la même moitié.

Une seule exception : les vrais jumeaux, qui proviennent d'une seule cellule-œuf séparée en deux au tout début du développement. Eux ont bien le même patrimoine génétique.

Au lycée, tu verras qu'un second mécanisme, l'échange de morceaux entre chromosomes d'une même paire, augmente encore ce nombre : les $2^{23}$ combinaisons sont un minimum, pas un maximum.

Le sexe de l'enfant se joue sur une seule paire. Rappel de la leçon Chromosomes et caryotype : la 23e paire est celle des chromosomes sexuels, XX chez une femme, XY chez un homme.

• Une femme est XX : chacun de ses ovules reçoit un X. Tous les ovules portent un X.
• Un homme est XY : chacun de ses spermatozoïdes reçoit soit le X, soit le Y. La moitié portent un X, l'autre moitié un Y.

Le sexe de l'enfant dépend donc entièrement du spermatozoïde qui féconde l'ovule :

Deux cas sur deux possibles, également probables : $P(\text{garçon}) = \dfrac{1}{2} = 50\ \%$.

Et ce 50 % ne bouge pas. Un couple qui a déjà trois filles a exactement la même probabilité d'avoir un garçon au quatrième enfant : $50\ \%$. Chaque fécondation est un nouveau tirage, indépendant des précédents ; les spermatozoïdes ne « se souviennent » de rien. Croire le contraire porte un nom, l'illusion du joueur, et c'est la même erreur qu'au pile ou face : après quatre piles d'affilée, la probabilité de pile au cinquième lancer reste $\frac12$.

Pour aller plus loin, en toute honnêteté : on compte à la naissance un tout petit peu plus de garçons que de filles, environ 105 garçons pour 100 filles. L'écart est faible et ses causes dépassent le programme ; le modèle à retenir en 3e reste bien $50\ \%$.

Et la suite ? Tu sais maintenant qu'un enfant reçoit un allèle de chaque parent pour chaque gène. Prévoir dans quelles proportions apparaissent les différents caractères chez les descendants — l'échiquier de croisement, les rapports 3 : 1 — se fait en terminale, dans la leçon Le croisement monohybride.

Un couple attend un enfant. Suivons les chromosomes, étape par étape.

1. Combien de chromosomes dans l'ovule ? Les cellules de l'organisme de la mère contiennent 46 chromosomes, soit 23 paires. Un gamète ne reçoit qu'un chromosome par paire :

Même calcul pour le spermatozoïde du père : 23 chromosomes.

2. Combien dans la cellule-œuf ? La fécondation réunit les deux lots :

qui se regroupent en 23 paires. Le nombre de l'espèce est rétabli.

3. Combien de chromosomes cet enfant recevra-t-il de son père ? La moitié : 23. Et 23 de sa mère. Dans chaque paire de son caryotype, un chromosome sera paternel et l'autre maternel.

4. Et combien de chromosomes non sexuels dans le spermatozoïde ? Sur les 46 chromosomes d'une cellule de l'organisme, 44 sont non sexuels (22 paires) et 2 sont sexuels (1 paire). Le gamète reçoit un chromosome par paire :

plus 1 chromosome sexuel, soit bien $22 + 1 = 23$ chromosomes au total.

5. Quelle est la probabilité que ce soit un garçon ? L'ovule apporte toujours un X. Le spermatozoïde apporte un X (fille) ou un Y (garçon), et ces deux sortes de spermatozoïdes sont en nombre égal :

6. Ce couple a déjà deux garçons. La réponse change-t-elle ? Non. 50 % encore. Les deux fécondations précédentes n'ont modifié ni la composition des ovules, ni celle des spermatozoïdes. Chaque fécondation est un tirage indépendant. Répondre « moins de 50 %, il serait temps d'avoir une fille » serait tomber dans l'illusion du joueur.

7. Cet enfant ressemblera-t-il à ses frères ? Il aura les mêmes parents, mais il proviendra d'une autre cellule-œuf, choisie parmi environ $7{,}0 \times 10^{13}$ possibles. Il partagera donc beaucoup de caractères avec ses frères, sans être identique à aucun.

Figure (fig.biology.fertilization-chromosomes, SVG programmatique à produire) : le trajet des chromosomes, des parents à l'enfant, lu de haut en bas. Pour rester lisible, la figure ne dessine que 3 paires sur 23, dont la paire sexuelle ; un cartouche le précise.

• Rangée du haut, deux cellules : à gauche une cellule de l'organisme du père, étiquetée 46 chromosomes (23 paires), contenant 3 paires dessinées dont une paire dépareillée X Y ; à droite la même chose pour la mère, avec une paire X X. Les chromosomes venus du grand-père sont en trait plein, ceux venus de la grand-mère en trait pointillé : c'est ce qui rendra le brassage visible.
• Deux flèches descendantes portant la mention « formation des gamètes : un seul chromosome par paire, tiré au hasard ».
• Rangée du milieu : à gauche quatre spermatozoïdes différents issus du même père, chacun avec 3 chromosomes — deux portent un X, deux portent un Y, une moitié de chaque sorte, et le mélange plein/pointillé change d'un spermatozoïde à l'autre. À droite, quatre ovules différents, chacun avec 3 chromosomes, tous porteurs d'un X. Étiquette commune : 23 chromosomes (un par paire).
• Deux flèches convergentes vers le bas, portant la mention « fécondation », partant d'un seul spermatozoïde et d'un seul ovule, mis en évidence par un contour épais.
• Rangée du bas, une cellule : la cellule-œuf, avec ses 3 paires reconstituées — dans chaque paire, un chromosome en trait plein et un en trait pointillé, ce qui montre l'origine paternelle et maternelle. Étiquette : 46 chromosomes (23 paires).
• Bandeau de bilan : $23 + 23 = 46$ — et, à droite, $2^{23} = 8\ 388\ 608$ gamètes différents possibles par parent.

Ce qu'il faut lire. Le nombre écrit sous chaque cellule fait tout le raisonnement : 46, puis 23, puis 46 de nouveau. Regarde ensuite les quatre spermatozoïdes : ils viennent du même homme et ils sont pourtant différents — c'est le brassage. Compte-les par sorte : deux portent un X, deux portent un Y, moitié-moitié — c'est exactement d'où viennent les $50\ \%$. Enfin, cherche le chromosome Y : il n'existe que du côté du père, jamais dans un ovule. C'est pour cela que le sexe de l'enfant se décide au moment où l'on sait quel spermatozoïde a fécondé l'ovule.

La figure en détail : schéma en trois rangées montrant la transmission des chromosomes, avec seulement 3 paires dessinées sur les 23. En haut, deux cellules à 46 chromosomes : celle du père contient une paire X Y, celle de la mère une paire X X ; dans chaque cellule, les chromosomes hérités du grand-père sont en trait plein et ceux de la grand-mère en trait pointillé. Deux flèches indiquent la formation des gamètes, chaque gamète recevant un seul chromosome de chaque paire, tiré au hasard. Au milieu, quatre spermatozoïdes différents issus du même père, à 23 chromosomes chacun, dont deux portent un X et deux portent un Y — une moitié de chaque sorte —, et quatre ovules différents, à 23 chromosomes chacun, tous porteurs d'un X. Deux flèches convergentes indiquent la fécondation entre un spermatozoïde et un ovule. En bas, la cellule-œuf à 46 chromosomes, dont les paires sont reconstituées avec un chromosome de trait plein et un de trait pointillé. Bilan : vingt-trois plus vingt-trois égale quarante-six ; deux puissance vingt-trois égale huit millions trois cent quatre-vingt-huit mille six cent huit gamètes différents possibles par parent.

Unités. Les nombres de chromosomes sont des dénombrements : entiers, sans unité. La probabilité, elle, est un nombre sans unité compris entre 0 et 1 ; on peut l'exprimer en pourcentage, et il faut alors écrire le symbole : $0{,}50$ ou $50\ \%$, jamais $0{,}50\ \%$ — qui vaudrait cinq millièmes, soit cent fois moins.

Domaine de validité. La relation $2^{23}$ suppose que les 23 paires se répartissent indépendamment les unes des autres : c'est bien ce qui se passe. Le $50\ \%$, lui, suppose le système XX / XY, qui est celui de l'espèce humaine et de beaucoup d'animaux — mais pas de tous : chez les oiseaux, c'est la femelle qui possède les deux chromosomes sexuels différents.

1. Croire que les gamètes ont 46 chromosomes. Ils en ont 23. C'est l'erreur la plus lourde de conséquences : avec 46, la cellule-œuf en aurait 92, et le nombre doublerait à chaque génération. Le test mental est simple — si ton résultat fait doubler le caryotype, il est faux.
2. Penser que le sexe est déterminé par l'ovule. Tous les ovules portent un X : l'ovule ne peut pas faire varier le résultat. C'est le spermatozoïde, X ou Y, qui décide. Historiquement, on a longtemps reproché aux femmes de « ne pas donner de garçon » : c'était biologiquement faux.
3. Croire que deux frères ont le même patrimoine génétique. Chacun provient d'une cellule-œuf différente parmi environ 70 000 milliards possibles. Seuls les vrais jumeaux, issus d'une même cellule-œuf, font exception.
4. Tomber dans l'illusion du joueur. « Ils ont déjà trois filles, donc le prochain sera sûrement un garçon » est faux : $50\ \%$, comme au premier enfant. Les fécondations sont indépendantes.
5. Confondre « la moitié des chromosomes du père » et « la moitié du père ». Un enfant reçoit 23 chromosomes de son père — mais pas les mêmes 23 que son frère. Chaque gamète tire au hasard, paire par paire.
6. Confondre les 23 chromosomes d'un gamète et les 23 paires d'une cellule de l'organisme. Le nombre est le même, la réalité ne l'est pas : 23 chromosomes tous différents d'un côté, 23 paires soit 46 chromosomes de l'autre.
7. Oublier que la fécondation ne fait qu'additionner. Elle ne trie pas, ne choisit pas, ne corrige pas. Tout ce qui fait la diversité s'est joué avant, au moment de la formation des gamètes, et au moment du hasard de la rencontre.

À quoi t'attendre. L'exercice tire l'une de six questions :

• le nombre de chromosomes d'un gamète ;
• celui de la cellule-œuf ;
• l'apport d'un seul parent ;
• le nombre de paires d'une cellule donnée ;
• le nombre de chromosomes non sexuels d'un gamète ;
• la probabilité que le prochain enfant soit un garçon.

Cette dernière arrive avec des contextes variés — « le couple a déjà trois filles », « déjà quatre garçons » — qui testent l'indépendance des naissances. La probabilité est demandée en pourcentage : n'oublie pas le symbole.

Énoncé type — entièrement corrigé.

Chez l'être humain, une cellule de l'organisme contient 46 chromosomes : 44 chromosomes non sexuels et 2 chromosomes sexuels (XX ou XY). Lors de la formation des gamètes, chaque gamète reçoit un chromosome de chaque paire.

1. Combien de chromosomes un ovule contient-il ?
2. Combien de chromosomes non sexuels un spermatozoïde contient-il ?
3. Combien de chromosomes la cellule-œuf issue de leur fécondation contient-elle ?
4. Ce couple a déjà quatre garçons. Quelle est la probabilité que son prochain enfant soit un garçon ? Donne la réponse en pourcentage.

Correction.

1. Les 46 chromosomes forment 23 paires, et le gamète reçoit un chromosome par paire : $46 \div 2 = 23$ chromosomes. Répondre 46 rendrait la fécondation impossible à nombre constant.
2. Les 44 chromosomes non sexuels forment 22 paires ; le spermatozoïde en reçoit un par paire : $44 \div 2 = 22$. Il reçoit en plus un chromosome sexuel, X ou Y, ce qui redonne bien $22 + 1 = 23$ chromosomes au total. Répondre 23 à cette question serait oublier de retirer le chromosome sexuel.
3. La fécondation réunit les deux lots : $23 + 23 = 46$ chromosomes, regroupés en 23 paires. Le caryotype de l'espèce est rétabli.
4. $50\ \%$. Tous les ovules portent un X ; la moitié des spermatozoïdes porte un X, l'autre moitié un Y. Deux cas également probables : $P(\text{garçon}) = \frac12 = 50\ \%$. Les quatre naissances précédentes n'y changent rien — elles n'ont modifié ni les ovules, ni les proportions de spermatozoïdes X et Y. Raisonne comme s'il s'agissait de la première fécondation.

Auto-contrôle : tes nombres doivent toujours boucler. Chromosomes du gamète $\times\, 2 =$ chromosomes de la cellule-œuf ; non sexuels du gamète $+\ 1 =$ total du gamète. Et une probabilité reste toujours comprise entre $0\ \%$ et $100\ \%$.