LA REPRODUCTION SEXUELLE

La reproduction sexuelle, chez les Chlamydomonadinées, consiste dans la copulation de deux zoospores sexuées

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OU gamètes; ces gamètes sont formés dans des gamétosporanges.

A) Caractères des gaviétosjDoranges.

Les gamétosporanges ressemblent extérieurement aux sporanges ordinaires de l'espèce ; l'étude de la structure nous a cependant permis de les distinguer les uns des autres, dans le genre Chlorogonium.

Ladispositiondu cytoplasme, dansles gamétosporanges, diffère un peu de celle qui existe dans les sporanges ordinaires; les trabécules sont beaucoup plus nombreux : ils divisent le chloroleucite en îlots renfermant un ou plusieurs pyrénoïdes.

Les sporanges ordinaires du Chlorogonium euchlorum n'ont pas en général de grains de chromatine; le cytoplasme des gamétosporanges en est rempli : ces granules qui sont fuchsinophiles, comme nous le savons, constituent sans doute une réserve destinée aux nombreuses divisions nucléaires : on les voit disparaître, en effet, aux derniers stades de la formation des gamètes : ceux-ci en sont complètement dépourvus.

Dans les sporanges, la bipartition de la cellule suit d'assez près la division du noyau ; dans les gamétosporanges, en général, le noyau se divise d'abord plusieurs fois de suite et le protoplasme ne se fragmente qu'à la fm. Si l'on admet qu'une partie de la substance du clasileucite est utilisée pour l'ectoplasme et la membrane, ce retard dans la bipartition de la cellule s'explique : le clasileucite primitif fait place à deux, quatre, huit, seize nouveaux clasileucites ; leur volume total est bien supérieur à celui du début ; il a donc fallu que le plasma filaire du fuseau, au lieu d'être utilisé partiellement à chaque division nucléaire pour l'ectoplasme et la membrane, fasse au contraire des emprunts importants au cytoplasme ;

malgré cela, sa quantité reste encore insuffisante à fournir des membranes aux gamètes : ceux-ci sont nus.

Les gamètes ne possèdent qu'un pyrénoïde, alors que les zoospores ordinaires en ont plusieurs ; ils sont donc revenus à ia structure du type primitif des Chlamydomonadinées qui s'est conservé dans la plupart des genres et ne comporte qu'un pyrénoïde dans le chloroleucite.

Il est même remarquable de voir que ces gamètes se montrent avec une forme variable : ils sont sphériques dans certaines cultures, fusiformes dans d'autres. Lorsqu'ils sont sphériques, le chloroleucite est recourbé en croissant et limite ainsi une chambre renfermant le cytoplasme, ce qui rappelle la structure de certains Chlamydomonas ; lorsque les gamètes sont fusiformes, le cytoplasme reste disposé en bande pariétale, comme dans les zoospores ordinaires. Ce simple fait montre comment les deux types principaux de structure que l'on trouve chez les Chlamydomonadinées, ont pu prendre naissance aux dépens d'une forme ancestrale unique, semblable aux Chlorogonium.

Toutes les divisions du noyau, dans les gamétosporanges, ont lieu par karyokinèse; le premier fuseau est parallèle à l'axe, mais dès le stade 3, la direction des fuseaux est quelconque, au moins en apparence : il est certain du moins que cette direction est variable, puisque le groupement des zoospores dans un gamétosporange n'est pas toujours le même (fig. 6, p. 103).

B) Mode d'union des gamètes.

On peut distinguer deux cas principaux : a) les gamètes sont nus ; b) les gamètes sont pourvus d'une membrane.

Dans le mode de formation de l'œuf, on dit qu'il y a isogamie, lorsque les gamètes se ressemblent et se comportent de la même manière, lors de la fusion ; on dit

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qu'il y a hétérogamie, lorsque les deux gamètes sont dissemblables de forme ou se comportent d'une manière différente lors de la fusion.

a) Lorsque les gamètes sont.nus, on peut rencontrer l'isogamie et l'hétérogamie associées dans une même espèce, ainsi que le prouvent nos observations sur le Chlorogonium euchlorum ; nous avons vu, en effet, que l'union peut se faire entre des gamètes globuleux et des gamètes fusiformes ; plus souvent, les deux gamètes sont fusiformes : la copulation est assez rare entre gamètes globuleux (fig. 6, p. 103).

Qu'il y ait isogamie ou hétérogamie, l'union des deux cellules sexuelles a toujours lieu à peu près de la même façon : les deux gamètes se prennent par leurs flagellums en se plaçant perpendiculairement l'un à l'autre, ou en faisant ensemble un angle aigu ; dans le premier cas, la fusion s'opère par raccourcissement de l'axe : dans le second cas, la fusion débute au niveau des flagellums et elle s'étend progressivement jusqu'à la partie postérieure des gamètes.

La durée du phénomène est excessivement variable; parfois, il n'exige que quelques minutes; d'autre part, il n'est pas rare de voir les deux gamètes, unis par leurs flagellums, continuer à se balancer, pendant une demiheure ou une heure, avant d'effectuer leur union.

Les flagellums disparaissent ; les deux cytoplasmes se fusionnent ; il en est de même des deux noyaux ; la surface se recouvre d'une membrane: l'oeuf est formé.

b) Lorsque les gamètes sont tégumentés, l'isogamie et l'hétérogamie s'accusent davantage.

Nous avons décrit autrefois l'isogamie dans le Chlamydomonas Morieri. Les gamètes ne présentent aucune différence sensible entre eux, ni comme forme ni comme grosseur. Ils se joignent par l'extrémité antérieure et conservent leurs flagellums quelque temps : les deux proto-

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plasmes commencent à se retirer de la partie postérieure de chaque cellule et ils viennent se fusionner à l'avant, où une communication s'est établie entre les deux gamètes. Les flagellums disparaissent, l'œuf se recouvre d'une membrane propre qui se trouve entourée symétriquement de chaque côté par les enveloppes vides des gamètes.

Nous avons retrouvé quelque chose de semblable dans le Chlamydomonaè ova.ta sp. nov. ; toutefois, les membranes sont abandonnées d'une façon un peu différente. Les deux gamètes se réunissent par l'extrémité antérieure, en faisant entre elles un angle aigu: la. fusion s'opère à l'avant ; les deux protoplasmes abandonnent graduellement l'extrémité postérieure du corps; finalement, les deux gamètes quittent complètement les membranes d'enveloppes et se confondent en une sphère à quatre flagellums qui bientôt devient immobile et constitue l'œuf

(fig. 17, p. 147).

L'hétérogamie est très prononcée dans le Chlamydomonas MonadinsL où elle a été bien étudiée parGoroschankin. On distingue, dans cette espèce, des macrogamètes qui représentent l'élément femelle et des microgamètes qui peuvent être considérés comme les éléments mâles ; les premiers naissent par deux ou quatre dans les gamétosporanges ; les autres au nombre de huit, plus rarement de quatre. La copulation n'a jamais lieu entre gamètes de même grosseur ; elles s'assemblent par la partie antérieure; les flagellums disparaissent et la fusion commence. Le contenu du microgamète, abandonnant sa membrane, passe en entier dans la cellule femelle où l'union se produit entre les protoplasmes et les noyaux (fig. 13, P- 1^^)' l'œuf se contracte et s'entoure d'une membrane propre.

La formation de l'œuf, dans leCarteriamultinUs, échappe à nos classifications ; les gamètes sont nus ou tegumentés-, lorsqu'ils sont recouverts d'une membrane, les gamètes qui s'unissent sont de même grosseur ou de taille

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inégale; ils abandonnent leur membrane de façon variable pendant la copulation (fig. 19, p. 155).

C) La fusion des noyaux.

La fusion des deux noyaux des gamètes en un seul constitue l'acte essentiel delà fécondation; il sufïit, pour en comprendre l'importance, de se reporter à ce que nous avons dit, dans un précédent travail, sur l'autophagie sexuelle (1) et sur les conséquences de l'amphimixie au point de vue de l'évolution.

Nous avons été l'un des premiers à signaler cette fusion dans les Thallophytes, à propos du Chlamydomonas Reinhardi (30) ; depuis, elle a été vue par de nombreux observateurs, chez les Algues et chez les Champignons. Goroschankin l'a figurée (33) dans le Chlamydomonas Monadina St. (67i. Braunii Gorosch.) avec beaucoup de soin ; le noyau femelle est ordinairement plus gros que le noyau mâle; les deux noyaux se touchent et se compriment mutuellement; à l'endroit du contact, on observe d'abord une ligne de séparation qui disparaît plus tard. Le noyau sexuel est ellipsoïde ; il s'arrondit par la suite, alors que les deux nucléoles se fusionnent en un seul.

Nous avons montré, dans ce mémoire, que le noyau des Chlamydomonadinées présentait des variations de structure assez grandes à l'état de repos; nous avons vu, de plus, qu'il renfermait un nombre constant de chromosomes, tout comme le noyau des organismes supérieurs. Ce nombre de chromosomes ne subit aucune réduction, ni dans les sporanges, ni dans les gamétosporanges ; les deux noyaux en présence, lors de la formation de Tceuf, sont donc à ce point de vue semblables à celui des individus végétatifs ordinaires ; c'est là un premier résultat dont nous discuterons l'importance plus loin.

(1) P.-A.Dangeard: L'influence du mode de nutrition, toc. cit., p. 44-45.

Après la dernière karyokinèse dans le gamétosporange, les chromosomes s'allongent et s'entremêlent pour disparaître bientôt dans le nucléoplasme ; un nucléole apparaît et grossit ; les noyaux des gamètes passent rapidement à l'état de repos; c'est sous cette forme qu'ils se fusionnent.

Nous avons fait de nombreuses observations sur les jeunes zygotes de ChlRmijdomonas DilU, sans réussir à observer aucune différence appréciable de grosseur ou de structure entre les deux noyaux copulateurs.

L'union des noyaux se fait dans un sillon cytoplasmique qui persiste, après l'union des gamètes, entre chaque chloroleucite; ceux-ci, en effet, restent distincts, avec leur pyrénoïde, et ils renferment desgrains d'amidon. Le sillon, ou plutôt la bande cytoplasmique reste superficielle ; les noyaux se trouvent placés sous la membrane, quelquefois assez éloignés l'un de l'autre. Ils se rapprochent par une sorte d'attraction sexuelle : nous avons vu, eu effet, deux noyaux encore séparés par une petite distance, prendre contact par un prolongement étroit de substance nucléaire. On a bien signalé l'attraction qui s'exerce entre l'œuf et le spermatozoïde et qui se manifeste par la formation du cône d' attraction, mdils c'est la première fois, croyons-nous, qu'un phénomène semblable est signalé pour les noyaux eux-mêmes.

Les deux noyaux copulateurs fusionnent simplement leur masse ; les deux nucléoles ne s'unissent que plus tard ; le contour du noyau sexuel est d'abord elliptique ou irrégulier ; mais il ne tarde pas à devenir sphérique.

Les doubles colorations au picro-carmin et à l'hématoxyline réussissent très bien pour cette étude; le nucléoplasme se montre ordinairement homogène et se colore en rose, alors que le nucléole devient bleu foncé; toutefois, nous devons ajouter que, parfois, le nucléoplasme était achromatique, avant comme après la fusion : il renfer-

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mait alors un certain nombre de granulations chromatiques érythrophiles.

Les œufs de Chlamydomonas Monadina St. montrent ces granulations avec la plus grande netteté, soit avant, soit après la fusion des nucléoles ; leur nombre correspondrait assez bien à celui des chromosomes (fig. 13, I); nous avons vu ensuite ces granulations devenir moins régulières comme grosseur ; le nucléoplasme achromatique semblait traversé par des filaments très fins qui rayonnaient du nucléole devenu spongieux (fig. 13, J).

Ce n'est pas la première fois que des granulations chromatiques sont signalées à l'intérieur des noyaux sexuels chez les Algues. Oltmanns a décrit leur manière d'être pendant la copulation dans le Vaucheria, cla.vata.{{) ; le noyau mâle et le noyau femelle deviennent granuleux lorsqu'ils se rapprochent l'un de l'autre au contact ; après la fusion, le noyau sexuel présente de nombreuses petites sphères chromatiques d'égale grosseur ; plus tard, il devient plus petit et plus dense èt il paraît également plus finement granuleux.

Klebahn, de son côté, a vu dans la reproduction sexuelle de VŒdogonium Borcii, le noyau mâle avec de nombreux granules chromatiques, alors que le noyau femelle était peu granuleux (2).

Malheureusement, ces observations, pas plus que les nôtres, ne permettent d'établir une relation directe entre ces granulations et les chromosomes.

Après l'union des gamètes, l'œuf s'arrondit, se recouvre d'une membrane et son volume augmente. Si nous prenons comme exemple le Chlamydomonas Dilli, nous voyons

(1) Oltmanns : Ueber die Entwich. der Sexualorgaiie bei Vaucheria. (Flora, 1895, p. 388).

(2) Klebahn : Studien ûher Zygoten,n (Jahrb f. wiss. Bot., Bd., XXIV, p. 235).

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qu'au bout de quelques jours, la membrane se divise en deux couches d'épaisseur à peu près égale ; sur quelques œufs la distinction est facile, car l'endospore qui continue à recouvrir directement le protoplasme se trouve séparée de l'exospore, sur une largeur plus ou moins grande. Dans le Clilorogonium euchlorum, la membrane simple du début se trouve bientôt remplacée par une exospore de moyenne épaisseur qui recouvre directement le protoplasme ; extérieurement , l'exospore se montre formée par quatre ou cinq couches concentriques : par la suite, on ne distingue plus qu'une endospore assez épaisse et une exospore mince; la première se colore par l'iode en vert jaunâtre ; la seconde reste à peu près incolore.

On ne saurait d'ailleurs rien dire de général sur la structure de la membrane de l'œuf dans les Chlamydomonadinées ; elle parait quelquefois simple; plus souvent elle se divise en endospore et exospore ; l'exospore est lisse (Chl. Reinhardi Dang., Chl Dilli Dang.) ou munie de protubérances {Chl. MorieriDang.); la membrane de l'œuf, dans certaines espèces, est formée de trois enveloppes différentes {Chl. Perty Gorosch.) ou de quatre (Clil. Steinii Gorosch.).

D) Le développement de Vœuf.

Le contenu de l'œuf des Algues subit, pendant qu'il arrive à maturité, des modifications nombreuses, que nous ne connaissons encore qu'imparfaitement.

Ghmielewsky a cependant étudié, à ce point de vue, les zygotes des Spirogyra (1) : d'après ses observations, le

,1) Ohmielewsky : Eine Noiiz àber d.s Verkallen aer ckloropkylWander in den Zygoten der Spirogyraarten (Bol. Ze.t. 1890).

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ruban chlorophyllien mâle se comporte tout autrement que le chloroleucite femelle : tandis que ce dernier persiste et conserve sa couleur verte, le premier se colore en iaune, s'amincit et se fragmente en segments qui se désorganisent, laissant des résidus bruns insolubles dans la glycérine, l'alcool et l'eau, solubles dans l'acide chromique et l'acide sulfurique ; il est difficile de savoir si le chloroleucite femelle reste vert dans les zygotes âges de couleur sombre ; toujours est-il qu'au moment de la germination, il possède sa couleur verte et qu'il donne naissance directement aux nouveaux chloroleucites. Lorsque les cellules renferment, comme dans certaines espèces de Spirogyra, plusieurs rubans chlorophylliens, les choses se passent de la même façon. Les pyrénoïdes disparaissent quelque temps après la copulation des deux cellules sexuelles.

11 faut croire que les chloroleucites ne se comportent pas de la même manière dans toutes les Conjuguées, car les résultats obtenus par Klebahn dans l'étude des Closterimn et des Cosmarium sont très différents.

Schmitz avait avancé que les chloroleucites et les pyrénoïdes persistaient, avec leurs caractères, dans les kystes et dans les oospores (1) ; Klebahn montre qu'il y a lieu de faire des réserves (2). Ainsi, chez les Closterium, lors de la conjugaison, le zygote renferme quatre chloroleucites; chez les Cosmarium, on en trouve même huit: or, à maturité, dans les deux genres, l'œuf ne montre plus que deux masses chlorophylliennes distinctes, sans qu'on puisse dire si chacune résulte de la fusion des chloroleucites d'une même cellule ou d'un mélange des deux. Les huit pyrénoïdes des Cosmarium sont également réduits à deux. Le sort des pyrénoïdes semble d'ailleurs ne

(1) Schmitz : Die Chromalophoren der Algen, loc.cit., p. 131.

(2) Klebahn: Studieii ûber Zygolen, I (Jahrb. f. wiss.Bot., Bd. XXII).

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pas être le même dans les deux genres : ils disparaissent dans les Closterium, etles pyrénoïdes de germination sont très probablement de nouvelle formation ; les deux pyrénoïdes du Cosmarium, au contraire, se multiplient par division, à la germination de l'oeuf : d'autres, il est vrai, naissent à côté d'eux par nouvelle formation.

En présence des résultats disparates et souvent contradictoires obtenus par ces divers auteurs, nous avons été amené à faire une étude approfondie de l'œuf des Chlamydomonadinées î nous avions à notre disposition une première série de matériaux renfermant des zygotes de Chlorogonium euchlorum du premier au sixième jour après l'union des gamètes : une seconde série contenait des œufs mûrs âgés de trois ou quatre mois.

Dans la première série de nos échantillons, on pouvait suivre facilement la fusion des noyaux. Elle a lieu superficiellement, au contact même de la membrane (fig. 20, A): à ce stade, on observe très fréquemment le noyau sexuel ayant encore ses deux petits nucléoles distincts ; pendant que s'opèrent les changements qui vont suivre, . les deux nucléoles se rapprochent et se fusionnent ; le noyau sexuel gagne le centre delà cellule.

Nous avons cherché ce que deviennent les pyrénoïdes ; comme chaque gamète n'apporte qu'un pyrénoïde, l'observation se trouve simplifiée. L'emploi de l'iodure ioduré à l'aide duquel on n'aperçoit, le plus souvent, qu'un gros pyrénoïde dans le zygote âgé de quelques jours, fait déjà pressentir une fusion des deux pyrénoïdes primitifs ; la fuchsine acide donne de meilleurs résultats, et permet de suivre les détails de cette fusion (fig. 20, B, C, D, E) ; on voit les deux éléments qui se rapprochent au çontact et s'unissent.

C'est la première fois, il nous semble, que Von constate une fusion de deux pyrénoïdes pendant la copulation; on ne saurait, toutefois, attribuer à cette union une grande

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importance dans la sexualité ; le phénomène est loin d'être général, ce qui prouve bien qu'il n'est nullement nécessaire. ,

En effet, à côté de zygotes n'ayant plus qu un pyrenoide, on en rencontre fréquemment d'autres chez lesquels les

Fig. 20. Structure de l'œuf du Clilorogon'mnb encklorum à partir de la fusion dix noyau jusqu'à la maturité. (GrosB. 900.)

deux pyrénoïdes restent distincts (fig. 20, F) ; quelquefois, ils sont de taille inégale (fig. 20, 1).

Il est plus étonnant de rencontrer des œufs avec quatre ou cinq pyrénoïdes (fig. 20, G, H) ; à la vérité, ces exemples sont rares, mais nous ne pouvons à leur sujet faire que des conjectures. Nous savons bien qu'accidentellement, trois gamètes peuvent prendre part à la formation de l'œuf, ainsi que nous avons pu le constater dans plusieurs

espèces ; mais il est invraisemblable que le nombre de ces gamètes puisse s'élever à cinq : il est donc plus probable que les deux cellules sexuelles conservent plusieurs pyrénoïdes comme les zoospores ordinaires.

Que les deux pyrénoïdes se fusionnent ou qu'ils restent distincts, quel est leur sort ultérieur dans les zygotes âgés ? Nos matériaux de la seconde série n'ont pas fourni de résultats concordants. La fuchsine acide, qui semble être le réactif le plus sensible dans cette recherche, ne laisse apercevoir le plus souvent aucune trace de ces corps ; d'autres fois, on distingue nettement soit un seul pyrénoïde placé non loin de la membrane, dans le protoplasma orangé, soit deux ; les pyrénoïdes, dans ce dernier cas, sont situés sur un même diamètre, de chaque côté du noyau (fig. 20, M) ; rarement, ils sont accolés (fig. 20, 0).

En résumé, les deux pyrénoïdes, dans le Clilorogomum euchlorum, restent distincts ou se fusionnent à l'intérieur de l'œuf jeune ; dans les zygotes âgés, ils persistent ou disparaissent.

Restait à savoir ce que devenaient les deux chloroleucites : ces éléments possèdent, ainsi que nous l'avons vu, une individualité marquée dans tout le développement : nos observations démontrent qu'elle persiste dans l'œuf. Les deux chloroleucites ne tardent pas à se fusionner : il en résulte un chloroleucite unique ayant la forme d'une sphère creuse et placé directement sous la membrane. La cavité de cette sphère est remplie par le cytoplasme qui renferme en son centre le noyau.

Le noyau n'a pas augmenté de diamètre : on peut même se demander sous quelle forme il peut bien contenir la vingtaine de chromosomes qu'il renferme; l'intervalle qui s'étend entre le nucléole et la membrane est très chromatique ; dans nos préparations, il ne montrait aucune différenciation.

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Ce noyau est entouré par du cytoplasme qui forme une couche assez épaisse autour de lui; des trabécules en partent quelquefois et s'étendent, en rayonnant, au travers du chromatophore jusqu'à la membrane (fig. 20, L) ; il est chromatophile et d'aspect oléagineux. Le plus souvent, il contient de nombreux globules qui se colorent par l'hématoxyline et la fuchsine acide (fig. 20, K, M, N, 0) ; ils ressemblent à ceux que nous avons signalés plus particulièrement dans les sporanges de Chlamydomonas Monsidina, St.

Le chromatophore renferme les grains d'amidon ; ceux-ci sont gros et globuleux ; ils sont contenus dans autant d'alvéoles : c'est la trame homogène de ces alvéoles qui est imprégnée par le pigment jaune ou rougeâtre ; c'est également dans ce réseau alvéolaire que sont placés les pyrénoïdes lorsqu'ils persistent.

En résumé, malgré les apparences, le chromatophore, dans l'œuf, reste distinct du cytoplasme; seul, il contient l'amidon ; seul, il est imprégné par le pigment jaune ou rougeâtre qui a succédé à la chlorophylle. Ce chromatophore provient de la fusion des deux chloroleucites apportés par les gamètes.

Nous n'avons pas malheureusement de données aussi précises à fournir sur le mode de germination de l'œuf; à l'heure actuelle, nos cultures du Çhlorogonium euchlorum, qui datent de plusieurs mois, ne montrent encore aucun changement.

L'intérêt n'existe qu'au point de vue de la réduction chromatique ; puisque le nombre des chromosomes se maintient constant au cours des diverses générations asexuelles et sexuelles, il est à peu près certain que cette réduction se produit à la germination ; encore faudrait-il la constater effectivement.

- Quelques germinations de Chlamydomonas Dilli se sont produites, il est vrai, dans nos cultures ;. mais elles

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étaient trop rares pour nous permettre une étude aussi délicate et qui exige des matériaux abondants.

Dans cette espèce, quelques oospores, au lieu de passer à l'état de repos, ont conservé leur couleur verte, et la germination a commencé au bout d'une quinzaine de jours ; il se produit une première division suivie d'une seconde : il en résulte quatre individus qui sont mis en liberté par rupture de la membrane ; dans d'autres œufs, on observe une troisième bipartition donnant naissance à huit cellules-filles. Ces cellules ne sont point passées immédiatement à l'état de zoospores.

Le mode de germination de l'œuf dans les Chlamydomonadinées a été plus particulièrement étudié par Goroschankin (34) et par nous (29, 32) : le contenu de l'oospore se divise, le plus souvent, en quatre, quelquefois en huit ; ces cellules-filles passent immédiatement à l'état d'activité sous forme de zoospores ordinaires, ou bien elles restent immobiles et peuvent être le point de départ de colonies palmelloïdes.