Parthénogenèse : définition, types, animaux et plantes concernés, et limites chez l'humain

La parthénogenèse est un mode de reproduction dans lequel un embryon se développe à partir d'un ovule non fécondé, sans aucune intervention d'un spermatozoïde. La femelle devient alors le seul parent. Pucerons, abeilles, phasmes, lézards, requins et même dragons de Komodo y ont recours. Chez le cannabis, espèce qui produit des graines dioïques à pollinisation croisée, la question se pose aussi, et la réponse surprend souvent les collectionneurs.

Ce guide fait le point sur la parthénogenèse en biologie : sa définition exacte, ses mécanismes génétiques, ses différents types, les animaux et les plantes concernés, la possibilité d'une parthénogenèse humaine et la place du phénomène dans le monde végétal. Pour aller droit à l'essentiel, voici ce qu'il faut retenir :

1. La parthénogenèse est une reproduction sans fécondation, classée parmi les modes de reproduction asexuée.
2. Elle peut produire uniquement des mâles, uniquement des femelles, ou les deux sexes selon l'espèce.
3. Elle reste impossible à l'état naturel chez les mammifères, humains compris, à cause de l'empreinte parentale.
4. Chez les plantes, le phénomène équivalent porte le nom d'apomixie.

Qu'est-ce que la parthénogenèse ?

Le mot vient du grec parthenos, « vierge », et genesis, « naissance ». La parthénogenèse désigne donc une « naissance virginale » : un ovule se transforme en embryon viable sans avoir rencontré de gamète mâle. C'est le naturaliste genevois Charles Bonnet qui l'a démontrée pour la première fois en 1740, en isolant des pucerons femelles qui continuaient à engendrer des petits génération après génération.

Sur le plan de la classification, la parthénogenèse est rangée parmi les reproductions asexuées, puisqu'il n'y a pas de fécondation. Elle conserve pourtant un lien avec la sexualité : elle utilise un ovule, cellule normalement destinée à la reproduction sexuée. Les biologistes la décrivent pour cette raison comme une forme « dégradée » ou « unisexuée » de la reproduction sexuée. Une espèce qui se reproduit ainsi est dite parthénogénétique.

La définition de la parthénogenèse ne dit rien sur la ressemblance entre la mère et sa descendance. Selon le mécanisme cellulaire en jeu, les petits peuvent être de véritables clones ou présenter une part de recombinaison génétique. C'est une nuance essentielle, car la diversité génétique est ce qui permet à une population de s'adapter. La sélection des plantes, comme la constitution d'un réservoir de diversité génétique, repose justement sur ce brassage que ce mode de reproduction supprime ou réduit.

Comment fonctionne la parthénogenèse sur le plan génétique ?

Dans une reproduction classique, l'ovule et le spermatozoïde apportent chacun un seul jeu de chromosomes. On dit qu'ils sont haploïdes. Leur fusion rétablit une cellule diploïde, avec deux jeux. Sans fécondation, le spermatozoïde manque : l'embryon doit soit se contenter d'un seul jeu, soit retrouver le second par un autre moyen.

Les chercheurs distinguent plusieurs voies, qui expliquent pourquoi la descendance est plus ou moins identique à la mère :

• L'apomixie (au sens animal) : l'ovule se forme sans méiose, par simple division. Les petits sont des clones de leur mère, comme chez les pucerons en été.
• L'automixie : la méiose a bien lieu, puis deux cellules issues de cette méiose fusionnent, souvent l'ovule et un globule polaire. Ce mécanisme est décrit chez certains requins et chez les dindes.
• L'endoduplication : les chromosomes sont copiés une fois de plus avant la méiose, ce qui permet de conserver la diploïdie. Les lézards parthénogénétiques utilisent cette voie.
• La parthénogenèse haploïde : l'œuf se développe avec un seul jeu de chromosomes. C'est le cas des mâles d'abeilles, les faux-bourdons.

Un dernier cas intrigue les biologistes : la reproduction virginale induite par une bactérie. Chez certaines petites guêpes du genre Trichogramma, l'infection par Wolbachia pousse les femelles à pondre des œufs non fécondés qui ne donnent que des filles. La bactérie se transmet par l'œuf et favorise ainsi sa propre propagation.

Quels sont les différents types de parthénogenèse ?

On classe d'abord la parthénogenèse selon le sexe des descendants. Trois termes techniques reviennent dans tous les manuels de zoologie, et ils sont plus simples qu'il n'y paraît :

Chez les hyménoptères, la parthénogenèse arrhénotoque sert de mécanisme de détermination du sexe. Une reine d'abeille choisit de féconder ou non chaque œuf. Les œufs fécondés donnent des ouvrières ou des reines à 32 chromosomes, les œufs non fécondés donnent des faux-bourdons à 16 chromosomes. Les thrips fonctionnent souvent sur le même principe, ce qui explique la vitesse de leurs pullulations décrite dans notre fiche sur le thrips, petit insecte noir du jardin.

Une seconde classification porte sur la fréquence du phénomène. La parthénogenèse est obligatoire quand l'espèce ne compte plus aucun mâle, comme chez certains phasmes. Elle est facultative quand une femelle y recourt faute de partenaire, comme le dragon de Komodo. Enfin, elle est cyclique quand elle alterne avec une génération sexuée au fil des saisons, ce que font les pucerons et les daphnies.

Quels animaux se reproduisent par parthénogenèse ?

La parthénogenèse est surtout fréquente chez les invertébrés, mais les études génétiques montrent qu'elle est loin d'être rare chez les vertébrés. Plus de 80 espèces de vertébrés ont déjà été concernées, principalement des poissons et des reptiles. Voici les exemples qui reviennent le plus souvent quand on cherche quel animal peut se reproduire tout seul :

• Les pucerons : au printemps et en été, les femelles mettent au monde des larves déjà formées, qui portent parfois elles-mêmes un embryon. Une seule fondatrice peut ainsi engendrer des milliers de clones.
• Les cochenilles : plusieurs espèces se passent totalement de mâles, ce qui facilite l'invasion d'une plante à partir d'un seul individu, comme le détaille notre article sur la cochenille et son cycle de vie.
• Les phasmes : de nombreuses espèces élevées en terrarium sont thélytoques, et une femelle isolée pond des œufs fertiles.
• Les lézards à queue en fouet du genre Aspidoscelis : ces espèces d'origine hybride ne comptent que des femelles, qui miment un accouplement pour stimuler leur ponte.
• Le dragon de Komodo : en 2006, une femelle nommée Flora, au zoo de Chester en Angleterre, a pondu des œufs viables sans jamais avoir côtoyé de mâle.
• Les requins et les raies : requin-marteau tiburo, requin-zèbre, émissole ou raie léopard ont donné naissance à des petits en aquarium, parfois après des années sans mâle.

Les oiseaux ne sont pas épargnés. Chez la dinde domestique, le phénomène est connu depuis des décennies, et en 2021 des chercheurs du zoo de San Diego ont identifié deux condors de Californie nés sans père, alors que leurs mères avaient accès à des mâles. Ces découvertes suggèrent que la parthénogenèse facultative passe souvent inaperçue dans la nature, faute d'analyses ADN systématiques.

La parthénogenèse humaine est-elle possible ?

C'est l'une des questions les plus recherchées sur le sujet. La réponse courte est non : aucune naissance par parthénogenèse humaine n'a jamais été démontrée. L'obstacle principal s'appelle l'empreinte parentale, ou empreinte génomique. Chez les mammifères, certains gènes ne sont actifs que s'ils proviennent du père, d'autres seulement s'ils proviennent de la mère. Un embryon formé de deux génomes maternels manque donc de gènes indispensables, notamment ceux qui pilotent le développement du placenta.

La science a pourtant contourné cet obstacle chez la souris. En 2004, une équipe japonaise a obtenu Kaguya, une souris née de deux génomes maternels. En 2022, des chercheurs de l'université Jiao Tong de Shanghai ont modifié sept régions soumises à empreinte dans des ovocytes : une souris issue de cette naissance artificielle sans père a atteint l'âge adulte et s'est ensuite reproduite normalement. Ce résultat reste une prouesse de laboratoire, avec un taux de réussite très faible.

Chez la femme, on observe seulement des formes rudimentaires. Certains tératomes de l'ovaire, des tumeurs bénignes qui contiennent parfois des dents ou des poils, naissent d'un ovule qui commence à se diviser seul. Un cas de chimère partiellement issue d'un ovule non fécondé a aussi été décrit en 1995 chez un petit garçon. Dès 1956, le biologiste Jean Rostand retraçait déjà l'histoire de ces spéculations, à propos d'une fillette anglaise présentée dans la presse comme née sans père, un cas jamais confirmé.

Les plantes se reproduisent-elles par parthénogenèse ?

Oui, mais les botanistes emploient un autre vocabulaire. On parle d'apomixie lorsqu'une plante produit des graines sans fécondation. La parthénogenèse au sens strict désigne alors une étape précise de ce processus : le développement de l'oosphère, l'équivalent végétal de l'ovule, en embryon sans pollen. La graine obtenue porte un embryon génétiquement identique à la plante mère.

Le pissenlit est l'exemple le plus connu. La plupart des pissenlits de nos pelouses sont triploïdes et forment leurs graines sans pollinisation, ce qui explique leur propagation fulgurante. On retrouve le phénomène chez les épervières, les alchémilles, les ronces et plusieurs graminées. Parmi les graines de fleurs sauvages et ornementales, ces espèces apomictiques forment des populations très homogènes, presque des lignées clonales.

Une autre forme d'apomixie touche les arbres fruitiers. Chez les agrumes et certaines mangues, une graine peut contenir plusieurs embryons : un seul est issu de la fécondation, les autres naissent des tissus de la mère. Cette polyembryonie fascine les amateurs de graines de fruitiers tropicaux, car les plantules issues de ces embryons maternels reproduisent fidèlement les caractères du pied mère. Ironie de l'histoire, Gregor Mendel s'est heurté à l'apomixie : ses croisements sur l'épervière ne suivaient pas les lois qu'il avait établies chez le pois, faute de fécondation réelle.

Quelle est la différence entre parthénogenèse et parthénocarpie ?

Les deux mots se ressemblent et sont souvent confondus. La parthénogenèse produit un embryon sans fécondation. La parthénocarpie produit un fruit sans graine, parce que l'ovaire de la fleur grossit sans avoir été fécondé. Dans le premier cas, on obtient une descendance. Dans le second, on obtient un fruit, mais aucune génération suivante.

La banane du commerce illustre bien la parthénocarpie : ses minuscules points noirs sont des ovules avortés, pas des graines. Plusieurs variétés de légumes à fruits charnus, comme certains concombres ou tomates, ont été sélectionnées pour ce caractère. Ces plantes se multiplient alors par d'autres voies, puisque leurs fruits ne transmettent rien. La parthénocarpie n'a donc aucun rapport avec une reproduction virginale : c'est une affaire de fruit, pas d'embryon.

Le cannabis peut-il se reproduire par parthénogenèse ?

Non. Le cannabis est une espèce dioïque : les fleurs mâles et les fleurs femelles se trouvent sur des pieds distincts, et le sexe dépend d'un système de chromosomes XY proche du nôtre. La formation d'une graine exige la rencontre d'un grain de pollen et d'un ovule. Aucune apomixie n'a été documentée chez cette plante, contrairement au pissenlit. Seules quelques variétés de chanvre industriel ont été sélectionnées pour devenir monoïques, avec les deux sexes sur un même pied.

Une confusion fréquente concerne les graines féminisées. Elles ne naissent pas sans père. Elles proviennent du croisement entre deux femelles, dont l'une a été amenée à produire des fleurs mâles. Le pollen obtenu ne porte que des chromosomes X, si bien que les variétés féminisées issues de deux plantes mères donnent presque exclusivement des femelles. Il y a bien fécondation : ce n'est pas une parthénogenèse, mais une sélection du sexe par le pollen.

Les fleurs hermaphrodites, qui apparaissent parfois sur une femelle stressée, relèvent du même principe : elles libèrent du pollen qui féconde les fleurs voisines. Les graines qui en résultent sont issues d'une autofécondation, une forme extrême de consanguinité. Pour comprendre comment les caractères se transmettent dans ces croisements, notre dossier sur l'hérédité mendélienne chez le cannabis reprend les bases de la génétique des F1 et F2. Pour le collectionneur, retenir ceci suffit : chaque graine de cannabis porte un patrimoine génétique hérité de deux parents.

Quels sont les avantages et les limites de la parthénogenèse ?

D'un point de vue évolutif, la parthénogenèse ressemble à une stratégie gagnante. Une population sans mâles peut doubler sa vitesse de croissance, puisque chaque individu pond. Les biologistes appellent cela le double coût du sexe. D'autres atouts s'ajoutent. Une femelle isolée peut fonder seule une nouvelle population, ce qui favorise la colonisation d'îles ou de milieux perturbés. Aucune énergie n'est dépensée pour chercher un partenaire, parader ou se battre entre rivaux. Enfin, une combinaison de gènes bien adaptée à un milieu stable se transmet intacte à la génération suivante.

Le revers est connu : sans brassage, les mutations défavorables s'accumulent d'une génération à l'autre, un mécanisme baptisé « cliquet de Muller ». Les populations clonales s'adaptent aussi plus lentement aux parasites et aux maladies, idée résumée par l'hypothèse de la Reine Rouge. C'est pourquoi la plupart des espèces parthénogénétiques sont jeunes à l'échelle de l'évolution. Les rotifères bdelloïdes, de minuscules animaux aquatiques sans mâles depuis des dizaines de millions d'années, font figure d'exception et intriguent toujours les chercheurs. La reproduction sexuée reste ainsi, pour la grande majorité des êtres vivants, la meilleure assurance face à un environnement qui change.

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Quelles sont les questions fréquentes sur la parthénogenèse ?

C'est quoi la parthénogenèse en termes simples ?

La parthénogenèse est la capacité d'une femelle à produire une descendance sans être fécondée par un mâle. L'ovule se développe seul et donne un embryon. Le phénomène existe chez de nombreux insectes, quelques reptiles, poissons et oiseaux, ainsi que chez les plantes, où l'on parle d'apomixie.

La parthénogenèse est-elle une reproduction sexuée ou asexuée ?

Elle est classée parmi les reproductions asexuées, car il n'y a pas de fécondation. Elle utilise toutefois un ovule, cellule de la reproduction sexuée, et peut inclure une méiose. Les biologistes la décrivent donc souvent comme une reproduction unisexuée, à la frontière entre les deux catégories.

Quel animal se reproduit sans mâle ?

Les pucerons, les phasmes, de nombreuses cochenilles, certaines fourmis et les lézards à queue en fouet se reproduisent sans mâle. Le dragon de Komodo, plusieurs requins et la dinde domestique peuvent aussi y recourir ponctuellement, surtout en captivité lorsqu'aucun mâle n'est disponible.

Une femme peut-elle avoir un enfant sans homme par parthénogenèse ?

Non. Chez l'être humain, l'empreinte parentale impose la présence de gènes d'origine paternelle pour former un embryon et un placenta viables. Seules des ébauches anarchiques, comme certains tératomes de l'ovaire, peuvent naître d'un ovule non fécondé. Aucune naissance de ce type n'a été prouvée.

Quelle est l'étymologie du mot parthénogenèse ?

Le terme associe le grec parthenos, qui signifie vierge, et genesis, qui signifie naissance ou génération. Il se traduit littéralement par naissance virginale. L'adjectif correspondant est parthénogénétique, employé pour une espèce ou un individu issu de ce mode de reproduction.

Le dragon de Komodo peut-il vraiment se reproduire seul ?

Oui. Des femelles isolées dans des zoos britanniques ont pondu des œufs viables en 2006. Chez cette espèce, les petits nés par parthénogenèse sont toujours des mâles, en raison du système de chromosomes sexuels des reptiles, où ce sont les femelles qui portent deux chromosomes différents.

Ce qu'il faut retenir sur la parthénogenèse et la diversité génétique

La parthénogenèse montre que la vie sait se passer du mâle quand les circonstances l'exigent. Du puceron au dragon de Komodo, elle offre une solution rapide pour peupler un milieu, au prix d'une diversité génétique réduite. Chez les mammifères, l'empreinte parentale la rend impossible sans intervention de laboratoire. Chez le cannabis, plante dioïque, chaque graine reste le fruit d'une rencontre entre deux parents. C'est cette double hérédité qui rend si précieuses les lignées régulières nées d'un père et d'une mère : elles conservent intact le brassage génétique que la reproduction virginale a sacrifié.