Grenouille au milieu de milliers d'œufs fécondés.

La reproduction est l'ensemble des processus par lesquels une espèce se perpétue, en suscitant la naissance de nouveaux organismes. C'est une des activités fondamentales, avec la nutrition et la croissance, partagées par toutes les espèces vivantes. En effet, toute espèce doit posséder un système de reproduction efficace, sans quoi elle serait menacée d'extinction. La reproduction est donc nécessaire à la perpétuation des espèces dans le temps. Elle peut être couplée à un système de dispersion dans l'espace. Il s'agit de systèmes permettant de coloniser de nouveaux biotopes, et d'augmenter les chances de survie des espèces.

La reproduction avec soin aux jeunes (élan femelle et son petit, Parc national des Montagnes Rocheuses).

Pour certains auteurs, le terme reproduction serait à réserver à la seule reproduction sexuée. Or, dans la littérature, le terme recouvre généralement la reproduction sexuée et la multiplication végétative appelée souvent reproduction asexuée.

Avec des variations dépendant du contexte, des individus, populations et espèces (de faune, flore, fonge ou bactéries), il existe un coût de reproduction, correspondant grossièrement aux ressources, énergétiques notamment, que l'individu ou l'espèce alloue à la reproduction. Ces coûts semblent jouer un rôle important dans les processus de sélection naturelle, qu'on peut par exemple analyser selon un modèle coût/avantage. Dans certains cas, les adultes meurent en quelque sorte « au profit » de leur progéniture après avoir produit un grand nombre d'œufs (les saumons après la ponte par exemple). Dans d'autres cas, comme les grands mammifères, les adultes produisent peu de petits, mais consacrent beaucoup d'énergie à les élever et les protéger, au moins dans les premiers temps de leur vie.

Reproduction et multiplication

La reproduction sexuée est assurée par la fécondation, c'est-à-dire par fusion des gamètes mâle et femelle donnant un œuf (ou zygote) . Cette reproduction permet le maintien d'une diversité génétique au sein des populations, car elle assure le brassage génétique.

La multiplication végétative (parfois reproduction asexuée) désigne tous les autres moyens de multiplication où n'interviennent ni gamète ni fécondation. Dans ce cas, le sexe des parents et des descendants reste identique, car seule la mitose assure la transmission de l'information génétique aux nouvelles cellules. C'est une forme de clonage naturel.

La reproduction sexuée

Le cycle de reproduction des angiospermes

La fleur est l'appareil qui permet la reproduction chez les plantes angiospermes

Cette reproduction fait référence à la rencontre d'individus de types sexuels différents (mâle et femelle, MATa et MATα, + et-) ou, seulement de cellules de types différents. Elle n'implique pas forcément d'accouplement ou de copulation, car des organismes immobiles comme les plantes, les champignons, les moules, sont aussi capables de reproduction. La reproduction n'est partagée que par les espèces eucaryotes, ce qui permet chez elles le brassage génétique.

Dans une même espèce, les individus ont quasiment le même nombre de gènes (35 000 chez les humains par exemple). En revanche, les versions de ces gènes (les allèles) ne sont pas les mêmes. C'est pour cela que chaque individu est différent. Chez les espèces eucaryotes, la reproduction est l'occasion de brasser, ou de mélanger ces allèles entre deux individus, en général de sexes opposés. Cela produit une nouvelle combinaison d'allèles, donc un nouveau génome. Ceci permet l'évolution des populations, et si l'environnement venait à se modifier (réchauffement du climat, nouveau parasite…), ces nouvelles combinaisons pourront être favorisées par la sélection naturelle.

À chaque génération ou cycle de reproduction, on retrouve au niveau cellulaire les mêmes étapes:

méiose, qui produit des cellules (gamètes ou gamétophytes, selon que la cellule produite participe directement ou non à la fécondation) portant la moitié des gènes du parent,

fécondation, qui est la réunion de 2 gamètes (spermatozoïde et ovule), pour reconstituer un génome entier, mais original.

Inconvénients

Elle nécessite normalement la présence d'un second individu. C'est pour éviter ce problème qu'elle a parfois évolué en parthénogenèse, multiplication à partir des ovules sans partenaire, et donc sans fécondation — cas des pucerons, des daphnies, etc. Un animal isolé découvrant un nouveau territoire ne pourra propager l'espèce — sauf s'il s'agit bien sûr d'une femelle fécondée.

Ce partenaire doit souvent être recherché, ce qui peut être difficile ou dangereux, par exemple les mâles de la même espèce doivent souvent se battre entre eux pour conquérir les femelles.

La reproduction suppose parfois une concurrence entre mâles ou femelles, donc une compétition. Celle-ci peut demander un surcroit de ressources, une baisse de vigilance vis-à-vis des prédateurs, parfois des blessures ou la mort.

En cas d'accouplement, il y a un risque d'échange d'agents infectieux — bactérie, virus, champignons, divers parasites…

De nombreux gamètes doivent être produits et, s'agissant des mâles, ils sont souvent perdus.

Complexité accrue du génome qui doit développer deux versions différentes mais compatibles : l'une mâle, l'autre femelle au sein de chaque individu (deux allèles issues des deux parents). De plus, l'espèce est contrainte à un processus évolutif plus lent afin de conserver la compatibilité, là où les individus asexués peuvent muter beaucoup plus rapidement pour s'adapter aux changements tels de nombreuses bactéries et virus.

Réduction de la diversité du vivant réduite aux quelques espèces communes, plutôt qu'à des « individus asexués » tous radicalement différents évoluant séparément avec le temps en autant d'embranchements évolutifs que d'êtres vivants sans les contraintes liées à l'espèce. Ainsi, tous les individus semblables d'une même espèce ont tous les mêmes « points faibles », ce qui peut précipiter la fin de toute l'espèce en peu de temps, par un changement climatique ou un nouveau prédateur.

Le brassage génétique issu de la reproduction est un avantage pour l'espèce (puisqu'elle fait s'associer un jour ou l'autre les meilleurs gènes) mais cela est un inconvénient majeur pour l'individu. Rien ne dit que la combinaison de ses gènes avec ceux venant de l'autre partenaire (même sélectionné) ne donnera pas des individus déficients. C'est le cas de toutes les maladies génétiques récessives, invisibles chez les parents.

Le faible nombre de descendants est un autre inconvénient, mais qui n'est pas spécifique au mode sexué. De même, les ressources alimentaires ou énergétiques nécessaires pour produire les gamètes sont considérables dans tout type de reproduction.

Avantages

Accentuation de la « sélection naturelle » causée par la difficulté de reproduction, ce qui élimine les moins aptes et favorise le croisement des meilleurs individus.

Recombinaison génétique au cours de la méiose et réparation chromosomique pour réduire les mutations non désirées.

Théorie du changement adaptatif : diminution du nombre des maladies récessives.

« Semble lié à une longue vie »

On peut toutefois remarquer que :

Les maladies récessives ne se manifestent pas dans le cas de la reproduction non sexuée, un individu qui se divise donnant deux individus génétiquement identiques donc peut-être porteurs sains mais non malades. Ce n'est qu'en cas de reproduction que la maladie risque se manifester chez ses descendants…

Si on met à part les risques liés aux inconvénients listés plus haut et de nature à raccourcir la durée de vie, force est de constater que les individus les plus vieux de la planète (comme les arbres millénaires) peuvent tous se multiplier sans le mode sexué… Une plante que l'on bouture à l'infini est virtuellement immortelle, tout comme les bactéries ou même les animaux qui se multiplient ainsi.

Effets génétiques

Une reproduction faisant intervenir la méiose et la fécondation ne reproduit pas à l'identique le patrimoine génétique des parents. Un enfant n'a pas les combinaisons d'allèles que son père ou sa mère mais un mélange des deux.

La reproduction sexuée permet en effet la transmission des gènes d'une génération à l'autre mais en induisant de la variabilité génétique. C'est le brassage génétique qui permet une évolution de l'information génétique (indispensable à long terme pour permettre aux espèces de s'adapter par la sélection du milieu selon la vision évolutionniste de Darwin).

La multiplication végétative

La moisissure Aspergillus produit des spores pour sa multiplication végétative

Chez les espèces unicellulaires, la division cellulaire assure ce type de reproduction de cellules. Toutes les cellule filles issues d'une même cellule mère disposent d'un patrimoine génétique identique au parent dont elles sont issues, sauf erreurs de copie et/ou mutation de ses gènes. Toutefois, la machinerie moléculaire d'un parent n'est pas nécessairement héritée de manière équitable par ses cellules filles.

Pour les organismes pluricellulaires, dans tous les cas le schéma est le même : l'organisme « parent » se sépare d'une ou plusieurs cellules, qui seront alors chargées de reconstruire un nouvel organisme (un clone). Puisque la formation de ces cellules ne s'est faite que par mitose (ou division bactérienne), le matériel génétique n'est pas changé. Lorsqu'une seule cellule est dispersée, on parle de spore, qui donne l'aspect poudreux des moisissures, par exemple. Si c'est un groupe de cellules ou un organe, on peut parler de propagule (hydre), de stolon (fraisier)… Parfois, l'organisme se sépare en deux, ou plusieurs parties équivalentes (plathelminthes, certaines annélides, plantes à rhizome…)

Lorsqu'une seule cellule est dispersée, on parle de spore, qui donne l'aspect poudreux des moisissures, par exemple.

Si c'est un groupe de cellules ou un organe, on peut parler de propagule (hydre), de stolon (fraisier)…

Parfois, l'organisme se sépare en deux, ou plusieurs parties équivalentes (plathelminthes, certaines annélides, plantes à rhizome…)

Stratégies démographiques de reproduction

Les stratégies démographiques de reproduction

La survie de l'espèce devant être assurée constamment, face à des environnements différents, l'évolution a sélectionné une variété de stratégies différentes. En voici les deux descriptions extrêmes :

Les espèces qui vivent dans les milieux instables et imprévisibles adoptent une stratégie de la reproduction rapide et massive : c'est la stratégie r. C'est le cas des micro-organismes détritivores : moisissures, bactéries…

Dans les milieux prévisibles, aux variations stables ou cycliques, la stratégie sélectionnée est celle de la reproduction moins rapide mais efficace, notamment par rapport aux quantités de ressources nécessaires. C'est la stratégie K. C'est l'exemple des organismes complexes (mammifères…).

Par exemple, chez les vertébrés, l'élan a une stratégie K : peu de descendants, allaitement… En revanche, la grenouille est caractérisée par une stratégie R : beaucoup de descendants et de mortalité, aucun soin aux jeunes.

Reproduction et colonisation de nouveaux milieux

Le fruit de l'érable (samare) contient la graine, et une aile qui permet de freiner la chute et donc favorise la dispersion par le vent.

Chez de nombreuses espèces, animales ou végétales, les organismes adultes (aptes à se reproduire) sont immobiles : plantes, champignons, huître, corail… Les systèmes de reproduction sont alors couplés à des systèmes de dispersion des jeunes organismes :

une plantule contenue dans une graine et éventuellement un fruit ;

des spores (de champignon, de fougère, de bactérie…) ;

des larves (corail, moule…) ;

des œufs (Tenia…).

Comme ces jeunes structures sont petites et légères, le transport est passif. Il est assuré par le vent, les courants d'eau, ou encore grâce à d'autres espèces.

La reproduction des informations génétiques

Que ce soit pour la reproduction sexuée ou la multiplication végétative, l'hérédité n'est possible que si le support de l'information génétique (l'ADN) est dupliqué et transmis au nouvel organisme. Cela est possible dans tous les cas grâce à la Réplication de l'ADN, qui précède généralement toute division cellulaire comme la mitose ou la méiose . Le mode de réplication de l'ADN est universel dans le monde vivant : c'est le mode semi-conservatif.

Reproduction entre variétés ou espèces différentes

Le produit d'une reproduction réussie peut ne pas appartenir à la même espèce, stricto sensu. En effet, certaines espèces différenciées depuis peu de temps à l'échelle du temps restent assez voisines pour que la procréation sexuée reste possible, même si le produit (hybride) est rarement fertile. Le cas est bien connu :

entre ânes et chevaux : mulet et mule

entre lions et tigres : tigron et ligre.

Le phénomène peut même prendre une extension spectaculaire, avec des variations importantes dans la structure génétique (modification importante dans le nombre et la structure des chromosomes) et la forme et les caractéristiques de l'hybride :

entre certains végétaux : blé et seigle : triticale ;

Miscanthus géant, une graminée hybride stérile, mais qui peut se développer par ses rhizomes, qui atteint et dépasse 4 mètres de hauteur.

名叫落地生根的植物从叶片边缘生长出的新的个体，这株新的个体大约有1厘米高，这种植物的无性繁殖方式使得“个体”这个概念得到了拓展。

繁殖，或生殖，是透过生物的方法制造生物个体的过程。繁殖是所有生命都有的基本现象之一。每个现存的个体都是上一代繁殖所得来的结果。已知的繁殖方法可分为两大类：有性生殖以及无性生殖。

无性繁殖的过程只牵涉一个个体，例如细菌用细胞分裂的方法进行无性繁殖。无性繁殖并不局限于单细胞生物。多数的植物都可进行无性繁殖。常见的无性繁殖有营养繁殖、出芽生殖、断裂生殖、孢子生殖等。通过离体植物组织培养，也是一种无性繁殖的手段。一种学名为Mycocepurus smithii的蚂蚁也是用无性繁殖的方式繁殖后代。

而有性繁殖则与配子之结合有关。例如人类的繁殖就是一种有性繁殖。

无性生殖

无性繁殖是指生物体产生与自身相似或相同的基因拷贝，无需其他个体的遗传物质而形成的新的个体的过程。细菌通过分裂生殖的方式进行繁殖，病毒通过控制宿主细胞来产生更多的病毒，水螅与酵母通过出芽的方式来进行繁殖。这些生物通常不具有性别的概念，而是将自己“分裂”成两个或者更多的个体。还有一些生物如水螅、酵母或者是海蜇既可以无性繁殖，也可以进行有性生殖，又如大多数植物既可以进行有性生殖，也可以进行不需要生殖细胞参与的营养繁殖。类似的还有细菌，细菌之间也可以通过接合的方式进行基因物质的交换。 另外一些无性生殖方式还有单性生殖、断裂生殖以及仅通过有丝分裂进行的孢子生殖。单性生殖（希腊语：παρθένος）是指胚胎或种子单独发育成完整个体而不需要雄性生殖细胞的受精。单性生殖在一些物种中很常见，包括一些低等植物（发生孤雌生殖）、无脊椎动物（例如水蚤、蚜虫、一些蜜蜂以及寄生蜂）和一些脊椎动物（例如两栖动物、鱼以及非常少的几种鸟类和鲨鱼）。 无性生殖有时候也别用于描述可以自我受精的雌雄同体生物的生殖过程。

有性生殖

有丝分裂：有丝分裂的结果是产生参与分裂的细胞数量两倍的新细胞，且新细胞的染色体与分类之前的细胞中的染色体保持一致。

减数分裂：有丝分裂的结果是产生参与分裂的细胞数量四倍的新细胞，这些细胞的染色体数量是原细胞染色体数量的一半。一个二倍体细胞首先自我复制，然后进行两次分裂（四倍体分裂为二倍体，然后二倍体分裂为单倍体），形成四个单倍体细胞。减数分裂共有两个过程，分别为减数第一次分裂与减数第二次分裂。

同性生殖

繁殖策略

多轮生殖动物会在一生中间歇地进行繁殖。

单次繁殖动物在一生中只进行一次生殖，例如一年生植物（包括所有的谷物作物）、一些种类的鲑鱼、蜘蛛和竹子等。这些生物通常在繁殖后很快便会死亡，他们的繁殖策略与R选择理论有关。

多次繁殖动物会按照连续的周期（例如每年或每季度）产生后代，例如多年生植物等。多次繁殖动物可以适应多个季节以及周期性的环境变化，他们的繁殖策略更类似于K选择理论。

不用繁殖产生的生命

自然发生是生物学上在关生物如何由没有生命的化合物演变而来的研究。不论有没有出现过自然发生的事件，生物学家认为地球上所有生物的最后共同祖先可追溯到三十五亿年前。 今日有些科学家设法在实验至中用非生殖的方式产生生命。有几位科学家已经从完全没有生命的材料中制造出简单的病毒。不过一般而言，病毒不算是生命，病毒可以视为包覆在蛋白质内的许多RNA或DNA，但病毒没有新陈代谢，而且要靠着宿主细胞的新陈代谢才能自我复制。 不用繁殖的方式制造真正的生物（例如简单的细菌）是更加复杂的工作，但根据现有的生物学知识，已经可以进行到一定程度。有实验将合成基因放到细菌中，取代原来的DNA，因此产生了新的人工丝状支原体。 有关上述细胞是否算由完全由人工合成，在科学社区中仍有争议。因为人工合成的基因几乎是完全复制天然的基因，而且后来也是加到一个天然的细菌中克雷格文特尔研究所（Craig Venter Institute）仍使用「人工细菌细胞」（synthetic bacterial cell）一词，但也说明「我们认为这不算是从头开始创造生命」。格文特尔研究所计划针对实验的细胞申请专利，内容是「这些很明确是人类的发明」。这些细胞的创建者认为制造「人工生命」可以让研究者在制作过程中学习生物的知识，而不是一定要将生物切开后才能学习。研究者也希望可以缩小生命和机器之间的分别，最后可以得到「真正可程序化的生物体」。相关的研究者认为以现有的技术而言，要创造「完全人工合成的生命体」要比将人送到月球要简单。

乐透原则

有性生殖有很多的缺点，包括需要的能量比无性生殖要多很多，而且生物为此需要生殖系统，因此有学者在研究为何仍有这么多物种用有性生殖来繁衍后代。 美国演化生物学家乔治·C ·威廉斯用乐透彩券来说明有性生殖为何如此普遍。他认为无性生殖产生的子代几乎没有变异，或是只有很小的变异，就好像买了很多的乐透彩券，但号码都一様，因此产下可以存活子代的机率变低。相反的有性生殖就好像买较少的彩券，但号码的变化很大，因此产下可以存活子代的机率较高。 上述模拟的论点是创建在无性生殖产生的子代没有变异，因此在环境变异时很难存活。不过很多研究发现在不稳定的环境下，生物用无性生殖的比例反而更高，因为快速繁殖大量个体更容易有变异，恰好与预测的情形相反，因此越来越少人接受这様的论点。