Reproduction et histoires de vie

Les algues se régénèrent par reproduction sexuée, impliquant des gamètes (cellules sexuelles) mâles et femelles, par reproduction asexuée, ou par les deux voies.

La reproduction asexuée est la production d’une progéniture sans l’union de cellules ou de matériel nucléaire. De nombreuses petites algues se reproduisent asexuellement par division cellulaire ordinaire ou par fragmentation, tandis que les algues plus grandes se reproduisent par des spores. Certaines algues rouges produisent des monospores (cellules sphériques à parois, non flagellées) qui sont transportées par les courants d’eau et qui, après germination, produisent un nouvel organisme. Certaines algues vertes produisent des spores non mobiles appelées aplanospores, tandis que d’autres produisent des zoospores, dépourvues de véritables parois cellulaires et portant un ou plusieurs flagelles. Ces flagelles permettent aux zoospores de nager vers un environnement favorable, alors que les monospores et les aplanospores doivent compter sur un transport passif par les courants d’eau.

La reproduction sexuée est caractérisée par le processus de méiose, au cours duquel les cellules de la progéniture reçoivent la moitié de leur information génétique de chaque cellule parentale. La reproduction sexuée est généralement régulée par des événements environnementaux. Chez de nombreuses espèces, lorsque la température, la salinité, les nutriments inorganiques (par exemple, le phosphore, l’azote et le magnésium) ou la longueur du jour deviennent défavorables, la reproduction sexuelle est induite. Le cycle de vie d’un organisme à reproduction sexuée comporte généralement deux phases. Au cours de la première phase, chaque cellule possède un seul jeu de chromosomes et est dite haploïde, tandis qu’au cours de la seconde phase, chaque cellule possède deux jeux de chromosomes et est dite diploïde. Lorsqu’un gamète haploïde fusionne avec un autre gamète haploïde lors de la fécondation, la combinaison qui en résulte, avec deux jeux de chromosomes, s’appelle un zygote. Immédiatement ou plus tard, une cellule diploïde subit directement ou indirectement un processus spécial de division cellulaire réductrice (méiose). Les cellules diploïdes à ce stade sont appelées sporophytes car elles produisent des spores. Au cours de la méiose, le nombre de chromosomes d’un sporophyte diploïde est divisé par deux, et les cellules filles qui en résultent sont haploïdes. À un moment donné, immédiatement ou plus tard, les cellules haploïdes agissent directement comme des gamètes. Chez les algues, comme chez les plantes, les cellules haploïdes à ce stade sont appelées gamétophytes parce qu’elles produisent des gamètes.

Les cycles de vie des algues à reproduction sexuée varient ; chez certaines, le stade dominant est le sporophyte, chez d’autres, c’est le gamétophyte. Par exemple, le Sargassum (classe Phaeophyceae) a un corps diploïde (sporophyte), et la phase haploïde est représentée par les gamètes. Ectocarpus (classe Phaeophyceae) a une alternance de phases végétatives diploïdes et haploïdes, tandis que Spirogyra (classe Charophyceae) a une phase végétative haploïde, et le zygote est la seule cellule diploïde.

Dans les espèces d’eau douce surtout, l’œuf fécondé, ou zygote, passe souvent dans un état dormant appelé zygospore. Les zygospores possèdent généralement une grande réserve de nourriture et une paroi cellulaire épaisse et résistante. Suite à un stimulus environnemental approprié, tel qu’un changement de lumière, de température ou de nutriments, les zygospores sont incitées à germer et à commencer une autre période de croissance.

La plupart des algues peuvent vivre pendant des jours, des semaines ou des mois. Les petites algues sont parfois présentes en abondance pendant une courte période de l’année et restent dormantes le reste de l’année. Chez certaines espèces, la forme dormante est un kyste résistant, tandis que d’autres espèces restent à l’état végétatif mais à des nombres de population très faibles. Certaines grandes espèces attachées sont de véritables plantes vivaces. Elles peuvent perdre le corps principal à la fin de la saison de croissance, mais la partie d’attache, le crampon, ne produit une nouvelle croissance qu’au début de la saison de croissance suivante.

Les algues rouges, dont Polysiphonia est l’exemple, ont des cycles de vie parmi les plus complexes connus pour les organismes vivants. Après la méiose, quatre tétraspores haploïdes sont produites, qui germent pour produire soit un gamétophyte mâle, soit un gamétophyte femelle. À maturité, le gamétophyte mâle produit des branches spermatangiales spéciales qui portent des structures, appelées spermatangies, qui contiennent les spermaties, les gamètes mâles. Le gamétophyte femelle produit des branches carpogoniales spéciales qui portent les carpogonies, les gamètes femelles. La fécondation se produit lorsqu’une spermatide mâle, transportée par les courants d’eau, entre en collision avec la partie étendue d’un carpogone femelle et que les deux gamètes fusionnent. Le carpogonium fécondé (le zygote) et le tissu gamétophyte femelle qui l’entoure se développent en une structure en forme de panier ou de pustule appelée carposporophyte. Le carposporophyte finit par produire et libérer des carpospores diploïdes qui se développent en tétrasporophytes. Certaines cellules du tétrasporophyte subissent une méiose pour produire des tétraspores, et le cycle se répète. Dans le cycle de vie de Polysiphonia, et de nombreuses autres algues rouges, il y a des gamétophytes mâles et femelles séparés, des carposporophytes qui se développent sur les gamétophytes femelles, et des tétrasporophytes séparés.

Les cycles de vie des diatomées, qui sont diploïdes, sont également uniques. Les parois des diatomées, ou frustules, sont composées de deux parties superposées (les valves). Lors de la division cellulaire, deux nouvelles valves se forment au milieu de la cellule et divisent le protoplasme en deux parties. Par conséquent, les nouvelles valves sont généralement un peu plus petites que les originales, de sorte qu’après de nombreuses générations successives, la plupart des cellules de la population croissante sont plus petites que leurs parents. Lorsque ces diatomées atteignent une taille critique, la reproduction sexuelle peut être stimulée. Les petites cellules diploïdes subissent une méiose et, chez les diatomées pennées (minces, elliptiques), les gamètes haploïdes qui en résultent fusionnent en un zygote, qui devient assez grand et forme un type particulier de cellule appelé auxospore. L’auxospore se divise, formant deux grandes cellules végétatives, et de cette manière, la plus grande taille est renouvelée. Chez les diatomées centriques, il existe une différenciation marquée entre les gamètes femelles non mobiles, qui agissent comme des ovules, et les gamètes mâles mobiles (typiquement uniflagellés).