L’un des fondateurs de la science de l’hérédité et l’un des embryologistes et anatomistes comparatifs les plus brillants d’Allemagne, Wilhelm August Oscar Hertwig (21 avril 1849 – 25 octobre 1922) est né il y a un siècle, le 21 avril 1849, à Friedberg, en Hesse. Élève de Schultze, Haeckel et Oegenbaur, il obtient son diplôme à Bonn en 1872 et, en 1881, devient professeur d’anatomie à Iéna. Sept ans plus tard, il fut nommé à la chaire d’anatomie générale et d’embryologie à Berlin et à la direction de l’Institut d’anatomie et de biologie nouvellement créé. Il a été recteur de l’Université de 1904 à 1905. Prenant sa retraite en 1921, il meurt le 25 octobre de l’année suivante, âgé de soixante-quatorze ans. 
Écrivain volumineux et faisant autorité, ses œuvres (certaines en collaboration avec son frère Richard) ont connu de nombreuses éditions et ont été traduites en plusieurs langues, par exemple son « Lehrbuch der Entwicklungsgeschichte des Menschen und der Wirbelthiere ». « Die Zelle und die Gewebe » (1893) dans la deuxième édition (1906) a changé son titre en « Allgemeine Biologie », car l’auteur croyait que les problèmes du corps vivant pouvaient être réduits aux problèmes de la cellule unique. Hertwig fut l’un des premiers à enseigner que la base physique de l’hérédité doit être recherchée dans les chromosomes. 
Sa « Cölomtheorie » (1881) a contribué à compléter la théorie de Balfour sur les couches germinales. Ses réalisations les plus importantes ont peut-être été sa découverte en 1875 du processus de fécondation chez l’oursin et son observation en 1890 du premier cas de parthénogenèse dans le règne animal – chez une étoile de mer. Pendant plusieurs années, il a édité les Archiv für Mikroskopische Anatomie. C’est un fait curieux que le disciple de Haeckel et Gegenbaur ait finalement apostasié le darwinisme.
Alors qu’il était un jeune scientifique très prometteur, fraîchement diplômé en médecine et ayant terminé sa thèse de doctorat, le zoologiste allemand Oscar Hertwig a décidé de faire volte-face sur l’orientation de ses recherches. C’est ainsi qu’il est devenu le premier homme à observer réellement la reproduction sexuée, complètement et dans tous ses détails glorieux. Il l’a fait en examinant au microscope des cellules d’oursins, une découverte qui a ouvert la voie aux techniques de fécondation et de reproduction assistée. Il a également pu apprécier le rôle du noyau cellulaire dans le transfert de l’héritage biologique, ce qui a fait de lui également un pionnier de la génétique. Wilhelm August Oscar Hertwig a fait sa grande découverte au début d’une longue carrière scientifique, qui a fait de lui un éminent zoologiste et spécialiste de la théorie de l’évolution. 
Après avoir terminé leurs études, les deux frères ont abandonné la médecine et ont suivi les traces de Haeckel, déterminés à consolider et à élargir la vision de la zoologie de leur professeur. Ils ont décidé d’essayer de comprendre le fonctionnement des animaux, de leur corps entier, à partir de l’étude de leurs cellules individuelles et du développement de leurs embryons. Ainsi, ils se sont attachés à percer les mystères de la reproduction sexuée en étudiant les cellules impliquées chez un animal relativement simple : l’oursin. 
À cette époque, on savait déjà que le spermatozoïde (spermatozoïde) et l’ovule (œuf) étaient les protagonistes de la fécondation, mais il y avait beaucoup d’inconnues quant aux détails exacts de la façon dont leur union a déclenché l’étincelle d’une nouvelle vie. Comment les deux types de cellules se sont-ils réunis pour donner naissance à un embryon ? Il y avait deux hypothèses très différentes. Les caractéristiques cellulaires particulières des oursins ont permis à Oscar Hertwig d’observer clairement le processus au microscope et d’obtenir son plus grand succès, qu’il publie en 1876 : la fécondation se produit lorsque le spermatozoïde pénètre dans l’ovule et que ses noyaux fusionnent, entre 5 et 10 minutes plus tard.
Les clés de l’héritage biologique
Hertwig a pu voir le moment culminant de la reproduction sexuée à un niveau de détail si élevé qu’il a également découvert que c’est un seul spermatozoïde qui fertilise l’ovule, bien qu’il y en ait beaucoup d’autres qui essaient. Ainsi, lorsqu’un spermatozoïde parvient à pénétrer dans un ovule, il génère une membrane qui empêche l’entrée de nouveaux spermatozoïdes concurrents. Oscar Hertwig a continué à étudier la fécondation à l’intérieur de l’ovule et a observé que la clé était ce qui arrivait aux chromosomes dans ce processus. En 1888, alors professeur d’anatomie à Berlin, il fut l’un des premiers à enseigner que la base de l’hérédité biologique résidait dans les chromosomes. Il a écrit un manuel qui est devenu la source de référence sur le développement biologique des animaux. Et sa grande intuition l’a poussé plus loin, suggérant qu’à l’intérieur du noyau se trouve une substance chimique qui n’est pas seulement responsable de la fécondation, mais aussi de la transmission des caractéristiques héréditaires.
Plus d’un demi-siècle plus tard, après la mort d’Hertwig, il fut enfin prouvé qu’il avait également raison sur ce point, lorsqu’en 1944 l’expérience d’Avery-MacLeod-McCarty démontra que la substance responsable de l’hérédité biologique est un acide nucléique, l’ADN. Reconnu comme un éminent scientifique, dans les dernières années de sa carrière, Oscar Hertwig s’est plongé profondément dans la théorie de l’évolution et est arrivé à la conclusion que Darwin s’était trompé dans son interprétation des mécanismes évolutifs. Son livre théorique le plus important est : « L’origine des organismes : une réfutation de la théorie du hasard de Darwin » publié en 1916, qui aurait contrarié son professeur Haeckel, un darwiniste convaincu. Mais les critiques de Hertwig ont servi à stimuler d’autres scientifiques, qui ont réussi à affiner et à compléter la théorie de l’évolution.
Oscar Hertwig, Hermann Fol et les échinodermes, parce que les enfants ne voyagent pas dans le bec des cigognes
La reproduction sexuée et la fécondation sont une «histoire de deux cellules». Leur découverte, l’ovule et le sperme, a eu lieu au cours d’une décennie passionnante de recherche entre 1660 et 1670 qui a occupé certains des scientifiques les plus étonnants de l’époque : van Leeuwenhoek, de Graaf, Swammerdam, Steno. Les œufs ne sont pas seulement l’affaire des poules et des canards, et les petites choses qui pullulent dans les testicules des animaux (spermatozoïdes ZOA) ne sont pas des parasites ! Ces découvertes constituent une histoire passionnante de compétition et de rivalité entre scientifiques qui a été publiée dans un texte captivant : « An Amazing 10 Years : The Discovery of Egg and Sperm in the 17th Century ».(Cobb, M. 2012). C’est une lecture incontournable ! Quoi qu’il en soit, cette petite décennie s’est terminée brutalement en 200 ans de confusion… avec des histoires de cigognes transportant des enfants et de petites abeilles touchant des fleurs ! Nous avions donc une actrice et un acteur, mais pas de film ! Pour cela, il faudrait que naissent deux scientifiques d’exception, Herman Fol (né en 1845) et Oscar Hertwig (1849), et qu’ils se tournent vers les créatures marines (ils étudièrent les cténophores, les échinodermes, les cnidaires, les mollusques, etc.) pour découvrir la véritable histoire des « oiseaux et des abeilles ».
Fol, bien que né en France, était un Suisse de Genève et alors qu’il était diplômé à Berlin, il a commencé ses études de médecine et de zoologie à l’Université de Jena, en Allemagne. C’était aussi l’affaire des frères Hertwig, Oscar et Richard, qui ont tous deux fait la plupart de leurs recherches en collaboration « fraternelle ». Ils ont tous reçu la même influence, celle d’Ernst Haeckel. C’est comme être encadré dans l’entreprise de marquer des buts par Cristiano Ronaldo. Pour Haeckle, l’explication de toutes choses en biologie résidait dans les océans. Le professeur emmena son jeune étudiant Fol avec lui lors d’une expédition d’échantillonnage sur les côtes nord et ouest de l’Afrique et des îles Canaries au cours de l’hiver 1866-1867.
Curieusement, un tel voyage imitait la migration hivernale des cigognes d’Europe centrale vers l’Afrique. Plus tard, en 1871, Haeckle emmena les frères Hertwig dans une autre expédition d’échantillonnage sur la côte dalmate (Autriche, aujourd’hui Croatie). Ces voyages ont éveillé l’appétit des jeunes étudiants pour les recherches zoologiques en bord de mer, et ont marqué le début du film que Fol et Hertwig ont tourné de manière assez indépendante pour démontrer l’entrée des spermatozoïdes dans l’ovule et l’union de leurs noyaux. Pour les frères Hertwig, ce virage vers les créatures marines s’est toujours fait sans perdre leur position de docteurs en médecine, avec des problèmes liés à l’homme à l’horizon. Ce n’est pas en vain que les deux frères participent à la guerre franco-prussienne (1870-1871), Oscar comme chirurgien-major et Richard comme auxiliaire dans un hôpital de campagne. Quel était l’enjeu ?
Le sperme a-t-il établi un contact avec l’ovocyte ? Le sperme contribuait-il à l’ovule pour initier le développement de l’embryon, ou réveillait-il simplement la « belle au bois dormant » ? On a vu le noyau de l’œuf disparaître avec le début de la première mitose, donc le premier noyau de l’organisme nouvellement créé a-t-il été généré à partir de l’accrétion de matière chimique dans le cytosol de l’œuf ? Quelle était la fonction de la mitose et du fuseau mitotique ?
Pendant l’expédition dalmate, Hertwig a passé ses nuits dans le laboratoire de campagne que Haeckel a aménagé dans un monastère voisin. C’est là qu’Hertwig découvrit un organisme propice à des observations microscopiques détaillées, l’oursin méditerranéen Toxopneustes lividus (aujourd’hui Paracentrutus lividus). Commun dans les étangs côtiers et sexuellement mature presque toute l’année, ses œufs transparents sont facilement accessibles en grand nombre. Il a fallu un peu «d’amour in vitro», mélangeant du sperme et des ovules, pour observer le spermatozoïde entrer dans l’ovule. Une attente de 10 minutes a permis l’observation de l’union des deux noyaux (pronuclei). Ensuite, tous les noyaux de l’embryon en croissance dérivés du noyau fusionné ont abouti au processus de fécondation. Hertwig a publié ses observations en 1876. Fol a fait des observations similaires dans quatre espèces d’oursins (en plus de P. lividus, il a utilisé les espèces maintenant appelées Sphaerechinus granularis, Echinus esculentus, Arbacia lixula) et dans l’étoile de mer Asterias glacialis (maintenant appelée Marthasterias glacialis). Ses observations, publiées en 1877 et 1879, ont montré le plus clairement l’entrée d’un seul spermatozoïde dans un ovule, reconnaissant finalement la fécondation comme l’union du sperme et de l’ovule.
Hertwig a reconnu le rôle du noyau cellulaire lors de la transmission et de la réduction chromosomique lors de la méiose. En 1885, il publie que la substance présente dans le noyau, qu’il nomme nucléine (ADN), est responsable lors de la fécondation de la transmission des caractères héréditaires. Cette suggestion n’a reçu de preuve expérimentale que 60 ans plus tard avec la publication de l’expérience d’Avery, MacLeod et McCarthy de 1944.
Fol, en tant que professeur à l’Université de Genève, a étudié une grande variété de problèmes zoologiques en passant des hivers à Villefranche-sur-Mer, près de Nice, en France, pour collecter des échantillons afin d’étudier l’embryologie des invertébrés. Fol était né dans une famille riche et, avec son propre argent, il établit en 1880 une station maritime dans un lazaret abandonné construit pour que les marins arrivant à Villefranche avec le paludisme et le choléra puissent observer leurs quarantaines. Plus tard, la Station Marine Russe, l’actuel Observatoire Océanologique de Villefranche, sera fondée à proximité. Fol, personnage quelque peu problématique, démissionne en 1886 de son poste à l’Université et se retire définitivement pour poursuivre ses recherches à Villefranche.
La dernière recherche microscopique importante de Fol, publiée en 1891, était centrée sur la fonction du rôle et les caractéristiques du centrosome lors de la fécondation. Là, il a soutenu que chez les oursins, chaque gamète apportait deux centrosomes, ou un centrosome qui se divisait immédiatement après la fécondation. Fol avait bien sûr tort cette fois. Peu de temps après, il a initié un voyage d’échantillonnage en Méditerranée pour étudier la répartition des éponges sur la côte tunisienne. Lui-même, et son équipage de deux hommes, ont initié un voyage dans un nouveau yacht, l’Aster (un aster est la structure en forme d’étoile caractéristique, formée dans une cellule animale par un centrosome et ses microtubules associés au début de la mitose). C’est comme lancer une expédition à bord de votre dernière pièce de recherche. Les trois hommes et l’Aster ont disparu en mer en mars 1892, et rien d’autre n’était connu à leur sujet. Attention, les cigognes évitent toujours la Méditerranée dans leur migration de l’Europe vers l’Afrique !
Oskar Hertwig (1849-1922)
Oskar (Wilhelm August) Hertwig était un embryologiste et cytologiste allemand qui a effectué des travaux approfondis sur la transmission nucléaire de l’hérédité. Il fut le premier à reconnaître que l’événement essentiel de la fécondation est la fusion des noyaux du spermatozoïde et de l’ovule. En 1875, il observe toutes les étapes de la fécondation, y compris l’union des chromosomes de l’ovule et du sperme chez les oursins. Ces animaux sont particulièrement adaptés aux études microscopiques en raison de leur transparence. Il a vu qu’il y avait un seul noyau avant la fécondation et deux noyaux immédiatement après. Il s’est rendu compte que le deuxième noyau était venu du spermatozoïde, et donc un seul spermatozoïde peut féconder un ovule. Il a également étudié les malformations des embryons de vertébrés.