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Le développement embryonnaire
Le développement embryonnaire est la transformation d’une seule cellule, la cellule-œuf issue de la fécondation, en un organisme complet, par divisions, migrations et spécialisation des cellules.
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Une cellule unique d’environ 0,1 millimètre donne, chez l’être humain, un organisme de quelque 30 000 milliards de cellules spécialisées, organisées en tissus et en organes. L’embryologie, ou biologie du développement, étudie comment ce prodige se produit. Les grandes étapes sont remarquablement semblables chez tous les animaux, ce qui a fourni à Darwin l’un de ses arguments en faveur d’une origine commune.
Les grandes étapes du développement animal
| Étape | Ce qui se passe | Résultat |
|---|---|---|
| 1. Fécondation | Union d’un spermatozoïde et d’un ovule | Cellule-œuf (zygote) |
| 2. Segmentation | Divisions rapides sans croissance | Morula, puis blastula (sphère creuse) ou blastocyste chez les mammifères |
| 3. Gastrulation | Migrations de cellules qui se réorganisent | Trois feuillets embryonnaires |
| 4. Neurulation (vertébrés) | Formation du tube neural | Ébauche du système nerveux |
| 5. Organogenèse | Formation des organes | Embryon organisé |
| 6. Croissance et maturation | Développement des organes | Fœtus, puis nouveau-né ou larve |
La segmentation
La cellule-œuf se divise par mitoses successives : 2, 4, 8, 16 cellules… Les cellules, appelées blastomères, deviennent de plus en plus petites, car l’embryon ne grossit pas. On obtient une petite boule pleine, la morula (du latin « mûre »), puis une sphère creuse, la blastula. Chez les mammifères, cette structure, le blastocyste, comprend une couche externe qui formera le placenta et une masse interne de cellules qui formera l’embryon : ce sont ces cellules qui sont à l’origine des cellules souches embryonnaires.
La gastrulation
C’est l’étape décisive. Des cellules s’invaginent et migrent vers l’intérieur, formant trois couches, les feuillets embryonnaires. Le biologiste Lewis Wolpert résumait son importance par une formule restée célèbre : ce n’est pas la naissance, le mariage ou la mort, mais la gastrulation qui est le moment le plus important de la vie.
| Feuillet | Position | Tissus et organes formés |
|---|---|---|
| Ectoderme | Externe | Épiderme, cheveux, ongles, système nerveux, émail des dents |
| Mésoderme | Intermédiaire | Muscles, os, cœur, vaisseaux, sang, reins, organes génitaux |
| Endoderme | Interne | Muqueuse du tube digestif, foie, pancréas, poumons, thyroïde |
La neurulation et l’organogenèse
Chez les vertébrés, une gouttière se creuse sur le dos de l’embryon et se referme en tube neural, futur cerveau et moelle épinière. Un défaut de fermeture provoque le spina bifida ; un apport suffisant en acide folique (vitamine B9) avant et au début de la grossesse en réduit fortement le risque. Les organes se forment ensuite : le cœur humain commence à battre vers la fin de la 3e semaine après la fécondation.
Comment une cellule sait-elle ce qu’elle doit devenir ?
Toutes les cellules de l’embryon ont le même ADN. Elles se spécialisent en activant des gènes différents, sous l’effet de signaux.
- Les déterminants maternels : l’ovule contient, réparties de façon inégale, des molécules qui orientent dès le départ l’axe tête-queue ou dos-ventre.
- L’induction : un groupe de cellules émet des signaux qui modifient le destin de ses voisines. En 1924, Hans Spemann et Hilde Mangold ont greffé une petite région d’un embryon de triton (l'organisateur) sur un autre embryon : celui-ci a développé un second axe, et presque un second embryon. Spemann a reçu le prix Nobel en 1935.
- Les gradients de morphogènes : des molécules diffusent depuis une source et indiquent aux cellules leur position selon leur concentration.
- L’apoptose : la mort programmée de cellules sculpte les formes, par exemple en séparant les doigts, initialement réunis par une palmure.
Les gènes architectes Hox
Dans les années 1980, l’étude de mouches drosophiles mutantes (dont l’une porte des pattes à la place des antennes) a révélé les gènes Hox, qui définissent l’identité de chaque région du corps le long de l’axe tête-queue. Surprise : des gènes très semblables, alignés dans le même ordre sur les chromosomes, existent chez presque tous les animaux, de la mouche à l’être humain. Edward Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard et Eric Wieschaus ont reçu le prix Nobel 1995 pour leurs travaux sur le contrôle génétique du développement. Cette découverte a fondé l'évo-dévo, qui étudie comment les changements dans le développement produisent l’évolution des formes.
Les étapes chez l’être humain
| Période après la fécondation | Événement |
|---|---|
| 1er jour | Cellule-œuf |
| 3e-4e jour | Morula |
| 5e-6e jour | Blastocyste |
| 6e-10e jour | Nidation dans la paroi de l’utérus |
| 3e semaine | Gastrulation, début du tube neural |
| Fin de la 3e semaine | Premiers battements du cœur primitif |
| 4e-8e semaine | Formation de tous les organes principaux |
| À partir de la 9e semaine | Période fœtale : croissance et maturation |
Les deux premiers mois sont la période la plus sensible aux agents toxiques (alcool, certains médicaments, infections comme la rubéole), puisque les organes s’y forment.
Ce que l’embryologie apprend sur l’évolution
Les embryons de vertébrés se ressemblent beaucoup au début de leur développement : tous présentent par exemple des arcs pharyngiens, qui deviennent les branchies chez les poissons et des structures de la mâchoire, de l’oreille et du cou chez les mammifères. Au XIXe siècle, Ernst Haeckel en avait tiré la formule « l’ontogenèse récapitule la phylogenèse », aujourd’hui abandonnée sous cette forme : l’embryon humain ne passe pas par un stade « poisson », mais il conserve des étapes de développement héritées d’ancêtres communs (voir arbre phylogénétique).
Questions fréquentes
Quelle différence entre embryon et fœtus ?
Chez l’humain, on parle d’embryon pendant les huit premières semaines après la fécondation, période où se forment les organes. Ensuite, on parle de fœtus, période consacrée surtout à la croissance et à la maturation.
Comment se forment les vrais jumeaux ?
Un embryon unique se sépare en deux, généralement pendant les deux premières semaines. Les deux individus ont le même ADN. Les faux jumeaux, eux, proviennent de deux ovules fécondés par deux spermatozoïdes différents.
Tous les animaux ont-ils trois feuillets ?
Non. Les éponges n’ont pas de vrais feuillets, et les cnidaires (méduses, coraux) n’en ont que deux. La plupart des autres animaux, dont les vertébrés, les insectes et les mollusques, en ont trois.