Avant que la science ne puisse faire la lumière sur la reproduction humaine, la plupart des gens pensaient que la nouvelle vie était née par génération spontanée de matière non vivante. Cela a changé un peu au milieu du 17ème siècle, lorsque les philosophes naturels ont pu (à peine) voir l’ovule femelle, ou œuf, à l’œil nu. Ils ont théorisé que toute vie a été engendrée au moment de la création divine; une personne existait à l’intérieur de l’autre dans les œufs d’une femme, comme des poupées russes. Cette vision de la reproduction, appelée préformation, convenait bien à la classe dirigeante. « En mettant les lignées les unes dans les autres », note la biologiste du développement et écrivaine portugaise Clara Pinto-Correia dansL’Ovaire d’Eve (1997), « la préformation pourrait fonctionner comme une doctrine antidémocratique « politiquement correcte », légitimant implicitement le système dynastique – et bien sûr, les principaux philosophes naturels de la Révolution scientifique n’étaient certainement pas des serviteurs. »

On pourrait penser qu’à mesure que la science progresserait, elle écraserait la théorie de la poupée russe à travers son prisme biologique lucide. Mais ce n’est pas précisément ce qui s’est produit – au lieu de cela, lorsque le microscope a finalement permis aux chercheurs de voir non seulement des ovules mais des spermatozoïdes, la théorie de la préformation s’est transformée en une nouvelle vanité politique encore plus patriarcale: maintenant, ont tenu des philosophes et certains étudiants en reproduction, l’ovule n’était qu’un réceptacle passif attendant que des spermatozoïdes vigoureux arrivent pour déclencher le développement. Et le sperme? La tête de chacun contenait un minuscule être humain préformé – un homoncule, pour être exact. Le mathématicien et physicien néerlandais Nicolaas Hartsoeker, inventeur du microscope à barillet à vis, a dessiné son image de l’homoncule lorsque le sperme est devenu visible pour la première fois en 1695. Il n’a pas réellement vu d’homoncule dans la tête du sperme, a concédé Hartsoeker à l’époque, mais il s’est convaincu qu’il était là.

Des microscopes plus puissants ont fini par reléguer l’homoncule à la poubelle de l’histoire – mais à certains égards, peu de choses ont changé. Plus particulièrement, l’héritage de l’homoncule survit dans la notion obstinément persistante de l’ovule en tant que participant passif à la fécondation, attendant que le sperme actif nage à travers une tempête de grêle de défis pour perpétuer la vie. Il est compréhensible – bien que malheureux – qu’un public profane puisse adopter ces paradigmes et métaphores erronés et sexistes. Mais les biologistes et les médecins sont également coupables.

C’est au cours de l’année relativement récente de 1991, bien après qu’une grande partie de la science réelle ait été gravée dans la pierre, que l’anthropologue américaine Emily Martin, aujourd’hui à l’Université de New York, a décrit ce qu’elle a appelé un « conte de fées scientifique » – une image d’ovule et de sperme qui suggère que « les processus biologiques féminins sont moins dignes que leurs contre-parties masculines » et que « les femmes sont moins dignes que les hommes ». L’ovaire, par exemple, est représenté avec un stock limité d’œufs de départ épuisés au cours d’une vie, alors que les testicules produiraient de nouveaux spermatozoïdes tout au long de la vie. La production d’ovules humains est communément décrite comme un « gaspillage » car, à partir de 300 000 cellules de démarrage d’ovules présentes à la puberté, seuls 400 œufs matures seront libérés; pourtant, cet adjectif est rarement utilisé pour décrire la production à vie d’un homme de plus de 2 billions de spermatozoïdes. Que ce soit dans la presse populaire ou scientifique, l’accouplement humain est généralement décrit comme un gigantesque marathon de natation dans lequel le sperme le plus rapide et le plus apte remporte le prix de la fécondation de l’ovule. Si ce récit n’était qu’une retenue préjudiciable de notre passé sexiste – un fantasme masculin offensant basé sur une science incorrecte – ce serait assez grave, mais l’adhésion continue à des informations biaisées empêche les traitements de fertilité cruciaux pour les hommes et les femmes.

Pour comprendre comment nous sommes arrivés ici, un tour à travers l’histoire peut aider. La compréhension scientifique des cellules sexuelles et du processus de conception humaine est un développement relativement récent. Un œuf, la plus grande cellule d’un corps humain, est à peine visible à l’œil nu, et à peu près aussi grand que la période qui termine cette phrase. Ainsi, la plus petite cellule du corps humain, un sperme, est totalement invisible pour l’œil nu.

Les spermatozoïdes étaient inconnus de la science jusqu’en 1677, lorsque le scientifique amateur néerlandais Antonie van Leeuwenhoek a observé pour la première fois des spermatozoïdes humains au microscope. À peu près à la même époque, on s’est rendu compte que l’ovaire humain produisait des œufs, bien que ce ne fut qu’en 1827 que le biologiste allemand Karl Ernst von Baer rapporta pour la première fois des observations réelles d’œufs humains et d’autres mammifères.

Après la découverte des spermatozoïdes par van Leeuwenhoek, il a fallu un autre siècle avant que quiconque se rende compte qu’ils étaient nécessaires à la fécondation des ovules. Cette révélation est survenue dans les années 1760, lorsque le prêtre et naturaliste italien Lazzaro Spallanzani, expérimentant sur des grenouilles mâles portant des pantalons moulants en taffetas, a démontré que les œufs ne se transformeraient pas en têtards à moins que le sperme ne soit versé dans l’eau environnante. Bizarrement, jusqu’à ce que Spallanzani annonce ses découvertes, on pensait largement – même par van Leeuwenhoek depuis quelques années – que les spermatozoïdes étaient de minuscules parasites vivant dans le sperme humain. Ce n’est qu’en 1876 que le zoologiste allemand Oscar Hertwig a démontré la fusion du sperme et de l’ovule chez les oursins.

Finalement, des microscopes puissants ont révélé qu’un éjaculat humain moyen, d’un volume d’environ une demi-cuillère à café, contient environ 250 millions de spermatozoïdes. Mais une question clé reste sans réponse’ « Pourquoi tant?’En fait, des études montrent que les taux de grossesse ont tendance à diminuer une fois que l’éjaculat d’un homme contient moins de 100 millions de spermatozoïdes.

Il est donc clair que près de la moitié des spermatozoïdes d’un éjaculat humain moyen sont nécessaires pour une fertilité normale. Une explication privilégiée à cela est la compétition des spermatozoïdes, découlant de cette notion macho-masculine de course des spermatozoïdes pour féconder – souvent avec l’affirmation supplémentaire que plus d’un mâle pourrait être impliqué. Comme dans une loterie, plus vous achetez de billets, plus vous avez de chances de gagner. La sélection naturelle, pense-t-on, fait monter le nombre de spermatozoïdes au sommet dans une sorte de course aux armements pour le prix de la fécondation.

Les exemples frappants de compétition des spermatozoïdes abondent en effet dans le règne animal. Nos plus proches parents, les chimpanzés, vivent dans des unités sociales contenant plusieurs mâles adultes qui s’accouplent régulièrement dans la promiscuité; les femelles sont à leur tour accouplées par plusieurs mâles. De nombreuses caractéristiques, telles que des testicules remarquablement grands, reflètent un niveau particulièrement élevé de production de spermatozoïdes chez ces espèces de mammifères. En plus des gros testicules, ils ont une production rapide de spermatozoïdes, un nombre élevé de spermatozoïdes, de grandes pièces intermédiaires de spermatozoïdes (contenant de nombreuses mitochondries génératrices d’énergie pour la propulsion), notamment des canaux conducteurs de spermatozoïdes musculaires, de grandes vésicules séminales et des glandes prostatiques, et un nombre élevé de globules blancs (pour neutraliser les agents pathogènes sexuellement transmissibles). Les vésicules et la prostate produisent ensemble du liquide séminal, qui peut coaguler pour former un bouchon dans le vagin, bloquant temporairement l’accès des autres mâles.

L’opinion populaire et même de nombreux scientifiques perpétuent le même scénario de sperme pour les humains, mais les preuves indiquent une direction différente. En fait, malgré diverses affirmations contraires, il n’y a aucune preuve convaincante que les hommes sont biologiquement adaptés à la compétition des spermatozoïdes. L’histoire de l’abondance des spermatozoïdes chez les chimpanzés qui s’accouplent de manière promiscueuse contraste avec ce que nous voyons chez divers autres primates, y compris les humains. De nombreux primates vivent en groupes avec un seul mâle reproducteur, manquent de compétition directe et ont des testicules particulièrement petits. Dans toutes les comparaisons pertinentes, les humains apparaissent comme s’apparentant à des primates vivant dans des groupes d’un seul mâle – y compris la famille nucléaire typique. Les testicules humains de la taille d’une noix ne représentent qu’un tiers de la taille des testicules de chimpanzés, qui sont à peu près aussi gros que les œufs de poules. De plus, alors que l’éjaculat de chimpanzé contient remarquablement peu de spermatozoïdes physiquement anormaux, le sperme humain contient une grande proportion de ratés. Les contrôles de qualité sur l’éjaculat humain ont apparemment été assouplis en l’absence de compétition directe des spermatozoïdes.

Le passage des spermatozoïdes ressemble plus à une course d’obstacles militaire difficile qu’à une course de natation standard

Pour les espèces qui ne sont pas régulièrement exposées à la compétition directe des spermatozoïdes, la seule explication alternative prometteuse pour un nombre élevé de spermatozoïdes concerne la variation génétique. Dans quelques articles rarement cités publiés il y a plus de quatre décennies, le biologiste Jack Cohen de l’Université de Birmingham au Royaume-Uni a noté une association entre le nombre de spermatozoïdes et la génération de copies chromosomiques lors de la production de spermatozoïdes. Au cours de la méiose, le type particulier de division cellulaire qui produit les cellules sexuelles, des paires de chromosomes échangent des morceaux de matériel par croisement. Ce que Cohen a constaté, c’est que, d’une espèce à l’autre, le nombre de spermatozoïdes augmente parallèlement au nombre de croisements au cours de leur production. Le croisement augmente la variation, matière première essentielle de la sélection naturelle. Considérez la production de spermatozoïdes comme une sorte de loterie dans laquelle suffisamment de billets (spermatozoïdes) sont imprimés pour correspondre aux nombres disponibles (différentes combinaisons génétiques).

D’autres résultats vont également à l’encontre du scénario populaire. Par exemple, la plupart des spermatozoïdes de mammifères ne nagent pas dans tout le tractus femelle, mais sont transportés passivement en partie ou en majeure partie par pompage et mouvements de flottement de l’utérus et des oviductes. Étonnamment, les spermatozoïdes des petits mammifères ont tendance à être plus longs en moyenne que les spermatozoïdes des grands mammifères – un spermatozoïde de souris est plus long que celui d’une baleine. Mais même si ceux-ci étaient de taille équivalente, nager jusqu’à un œuf devient plus long plus une espèce devient grande. En effet, il pourrait être possible pour un sperme de souris de nager jusqu’à l’ovule – mais il est tout à fait impossible pour un sperme de baleine bleue encore plus petit de nager 100 fois plus loin dans le tractus femelle sans aide. Des preuves convaincantes ont plutôt révélé que les spermatozoïdes humains sont transportés passivement sur des distances considérables tout en voyageant dans l’utérus et jusqu’aux oviductes. Voilà pour le sperme de course de style olympique!

En fait, sur les 250 millions de spermatozoïdes dans l’éjaculat humain moyen, seuls quelques centaines se retrouvent au site de fécondation en hauteur dans l’oviducte. Le passage du sperme dans le tractus féminin ressemble plus à un parcours d’obstacles militaire extrêmement difficile qu’à une course de natation de style sprint standard. Le nombre de spermatozoïdes est progressivement réduit à mesure qu’ils migrent vers le haut du tractus femelle, de sorte que moins d’un sur un million de l’éjaculat d’origine entourera l’ovule au moment de la fécondation. Tout sperme présentant des anomalies physiques est progressivement éliminé en cours de route, mais les survivants entourant l’ovule sont un échantillon aléatoire de sperme intact.

De nombreux spermatozoïdes ne pénètrent même pas dans le col de l’utérus (col de l’utérus). Les conditions acides dans le vagin sont hostiles et les spermatozoïdes n’y survivent pas longtemps. En passant par le col de l’utérus, de nombreux spermatozoïdes qui s’échappent du vagin sont piégés dans le mucus. Tout avec des déformations physiques sont piégés. De plus, des centaines de milliers de spermatozoïdes migrent dans des canaux latéraux, appelés cryptes, où ils peuvent être stockés pendant plusieurs jours. Relativement peu de spermatozoïdes voyagent directement dans la cavité utérine, et leur nombre est encore réduit lors de l’entrée dans l’oviducte. Une fois dans l’oviducte, les spermatozoïdes sont temporairement liés à la surface interne, et seuls certains sont libérés et autorisés à s’approcher de l’ovule.

Pousser l’idée que le sperme fécondant est une sorte de champion olympique a occulté le fait qu’un éjaculat peut contenir trop de sperme. Si les spermatozoïdes entourent l’ovule en nombre excessif, le risque de fécondation par plus d’un (polyspermie) survient avec des résultats catastrophiques. La polyspermie survient parfois chez l’homme, en particulier lorsque les pères ont un nombre de spermatozoïdes très élevé. Dans le résultat le plus courant dans lequel deux spermatozoïdes fécondent un ovule, les cellules de l’embryon résultant contiennent 69 chromosomes au lieu des 46 habituels. Ceci est toujours fatal, entraînant généralement une fausse couche. Bien que certains individus survivent jusqu’à la naissance, ils expirent toujours peu de temps après. Parce que la polyspermie a généralement une issue fatale, l’évolution a évidemment conduit à une série d’obstacles dans l’appareil reproducteur féminin qui limitent strictement le nombre de spermatozoïdes autorisés à entourer un ovule.

La polyspermie a des implications pratiques pour la procréation assistée en cas de fertilité ou d’infertilité compromise. Par exemple, la procédure standard originale d’introduction de sperme dans le vagin pour l’insémination artificielle a été remplacée par une injection directe dans l’utérus (insémination intra-utérine, ou IUI). L’introduction directe de sperme dans l’utérus contourne la réduction du nombre de spermatozoïdes qui se produit normalement dans le col de l’utérus, où le mucus élimine les spermatozoïdes physiquement anormaux. Les analyses des données cliniques ont révélé que le dépôt de 20 millions de spermatozoïdes dans l’utérus (moins d’un dixième du nombre de l’éjaculat moyen) est suffisant pour atteindre un taux de grossesse de routine.

Le nombre de spermatozoïdes devient encore plus important lorsqu’il s’agit de fécondation in vitro (FIV), avec exposition directe d’un ovule au sperme dans un récipient en verre. Cela contourne chacun des filtres naturels entre le vagin et l’œuf. Au début du développement de la FIV, la tendance générale était d’utiliser beaucoup trop de spermatozoïdes. Cela reflétait l’objectif compréhensible de maximiser le succès de la fertilisation, mais ignorait les processus naturels. Le nombre élevé de spermatozoïdes entre 50 000 et 0,5 million a de plus en plus déprimé le taux de réussite. Des taux de fécondation optimaux ont été atteints avec seulement 25 000 spermatozoïdes autour d’un ovule. L’IUI et la FIV augmentent potentiellement le risque de polyspermie et la probabilité de fausse couche.

La fécondation humaine est une loterie gigantesque avec 250 millions de billets: pour des spermatozoïdes sains, c’est la chance du tirage au sort

La possibilité de la polyspermie jette un nouvel éclairage sur l’évolution du nombre de spermatozoïdes. Les discussions sur la compétition des spermatozoïdes se concentrent généralement exclusivement sur la maximisation du nombre de spermatozoïdes, mais – comme c’est courant en biologie – une sorte de compromis est impliqué. Alors que la sélection naturelle peut entraîner une augmentation de la production de spermatozoïdes si les mâles sont en compétition directe, elle favorisera également les mécanismes du tractus femelle qui limitent le nombre de spermatozoïdes autour de l’ovule. Chez les primates qui s’accouplent de façon promiscueuse, comme les chimpanzés, l’augmentation de la longueur des oviductes chez les femelles compense l’augmentation de la production de spermatozoïdes chez les mâles. Cela limite vraisemblablement le nombre de spermatozoïdes s’approchant de l’ovule. Il montre également que le rôle de la femelle dans la fécondation n’est en aucun cas aussi passif qu’on le suppose souvent.

L’idée bien ancrée que « le meilleur sperme gagne » a suscité diverses suggestions selon lesquelles une sorte de sélection se produit, mais il est difficile d’imaginer comment cela pourrait se produire. L’ADN d’une tête de sperme est étroitement lié et pratiquement cristallin, alors comment ses propriétés pourraient-elles être détectées de l’extérieur? Des expériences sur des souris indiquent, par exemple, qu’il n’y a pas de sélection selon qu’un spermatozoïde contient un chromosome Y déterminant pour les mâles ou un chromosome X déterminant pour les femelles. Il semble beaucoup plus probable que la fécondation humaine soit une loterie gigantesque avec 250 millions de billets, dans laquelle – pour un sperme sain – une fécondation réussie est essentiellement la chance du tirage au sort.

D’autres caractéristiques déroutantes du sperme attendent également d’être expliquées. On sait depuis longtemps, par exemple, que le sperme humain contient une grande proportion de spermatozoïdes structurellement anormaux avec des défauts évidents tels que des doubles queues ou des têtes minuscules. L’hypothèse du « sperme kamikaze » a proposé que ces spermatozoïdes ratés remplissent en fait différentes fonctions en compétition, telles que bloquer ou même tuer les spermatozoïdes d’autres hommes. Cependant, cela a depuis été effectivement discrédité.

La notion bien ancrée selon laquelle les spermatozoïdes humains, une fois éjaculés, se livrent à une course effrénée pour atteindre l’ovule a complètement éclipsé l’histoire réelle de la reproduction, y compris la preuve que de nombreux spermatozoïdes ne se précipitent pas vers l’ovule mais sont stockés pendant de nombreux jours avant de continuer. Il a longtemps été accepté comme un fait établi que le sperme humain ne survit que deux jours dans le tractus génital d’une femme. Cependant, à partir du milieu des années 1970, des preuves de plus en plus nombreuses ont révélé que le sperme humain peut survivre intact pendant au moins cinq jours. Une période prolongée de survie des spermatozoïdes est maintenant largement acceptée, et elle pourrait durer jusqu’à 10 jours ou plus.

D’autres mythes abondent. On a beaucoup écrit sur le mucus produit par le col de l’utérus humain. Dans les méthodes dites « naturelles » de contrôle des naissances, la consistance du mucus exsudant du col de l’utérus a été utilisée comme indicateur clé. Près de l’ovulation, la glaire cervicale est fine et a une texture aqueuse et glissante. Mais peu de choses ont été rapportées concernant l’association entre le mucus et le stockage des spermatozoïdes dans le col de l’utérus. Il a été clairement établi que les spermatozoïdes sont stockés dans les cryptes d’où coule le mucus. Mais notre connaissance du processus impliqué est malheureusement limitée à une seule étude rapportée en 1980 par le gynécologue Vaclav Insler et ses collègues de l’Université de Tel Aviv en Israël.

Dans cette étude, 25 femmes se sont courageusement portées volontaires pour être inséminées artificiellement la veille de l’ablation chirurgicale programmée de l’utérus (hystérectomie). Ensuite, Insler et son équipe ont examiné au microscope les spermatozoïdes stockés dans les cryptes dans des sections en série du col de l’utérus. Dans les deux heures suivant l’insémination, les spermatozoïdes ont colonisé toute la longueur du col de l’utérus. La taille de la crypte était très variable et les spermatozoïdes étaient stockés principalement dans les plus grands. Insler et ses collègues ont calculé le nombre de cryptes contenant du sperme et la densité du sperme par crypte. Chez certaines femmes, jusqu’à 200 000 spermatozoïdes ont été stockés dans les cryptes cervicales.

Insler et ses collègues ont également rapporté que des spermatozoïdes vivants avaient effectivement été trouvés dans la glaire cervicale jusqu’au neuvième jour après l’insémination. Résumant les preuves disponibles, ils ont suggéré qu’après l’insémination, le col de l’utérus sert de réservoir de sperme à partir duquel les spermatozoïdes viables sont progressivement libérés pour remonter l’oviducte. Cette découverte dramatique a été largement citée mais largement ignorée, et il n’y a jamais eu d’étude de suivi.

Les mutations s’accumulent quatre fois plus vite dans les spermatozoïdes que dans les ovules, de sorte que le sperme des hommes âgés est risqué

Dans son manuel Conception in the Human Female (1980) – plus de 1 000 pages – Sir Robert Edwards, lauréat du prix Nobel 2010 pour le développement de la FIV, a mentionné les cryptes cervicales en une seule phrase. Depuis lors, de nombreux autres auteurs ont également brièvement mentionné le stockage du sperme dans ces cryptes cervicales. Pourtant, le stockage des spermatozoïdes, avec libération progressive, a des implications majeures pour la reproduction humaine. De manière cruciale, la notion répandue d’une « fenêtre fertile » restreinte dans le cycle menstruel dépend de la sagesse acceptée depuis longtemps selon laquelle les spermatozoïdes ne survivent que deux jours après l’insémination. La survie des spermatozoïdes peut-être pendant 10 jours ou plus érode radicalement la base des méthodes dites « naturelles » de contrôle des naissances en évitant la conception. Le stockage du sperme est également directement pertinent pour les tentatives de traitement de l’infertilité.

Une autre idée fausse dangereuse est le mythe selon lequel les hommes conservent une fertilité complète jusqu’à un âge avancé, contrastant fortement avec l’arrêt brutal de la fertilité observé chez les femmes à la ménopause. Des preuves abondantes montrent que, chez les hommes, le nombre et la qualité des spermatozoïdes diminuent avec l’âge. De plus, il est récemment apparu que les mutations s’accumulent environ quatre fois plus rapidement dans les spermatozoïdes que dans les ovules, de sorte que le sperme des hommes âgés est en fait chargé de risques.

On a beaucoup écrit sur le fait que dans les sociétés industrialisées, l’âge à la première naissance augmente chez les femmes, accompagné de problèmes de reproduction qui augmentent lentement. Une solution proposée est la procédure très invasive et très coûteuse de « préservation de la fertilité » dans laquelle des œufs sont récoltés sur de jeunes femmes pour être utilisés plus tard dans la vie. Cependant, les problèmes de reproduction croissants chez les hommes vieillissants, notamment l’accumulation plus rapide de mutations spermatiques, sont passés largement inaperçus. Un moyen très efficace et beaucoup moins coûteux et invasif de réduire les problèmes de reproduction pour les couples vieillissants serait sûrement de stocker des échantillons de sperme de jeunes hommes pour les utiliser plus tard dans la vie. Ce n’est là qu’un des avantages à tirer de moins de sexisme et de connaissances plus fiables dans le domaine de la reproduction humaine.

De nos jours, l’histoire de l’homoncule de Hartsoeker peut sembler voilée dans la brume du temps, mentionnée seulement comme une illustration divertissante des erreurs dans l’exploration précoce des cellules sexuelles humaines. Mais son influence, ainsi que le biais macho-masculin qui l’a engendré, a vécu sous une forme plus subtile parmi les stéréotypes culturels qui influencent les questions que nous posons sur la biologie de la reproduction.