SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE
- Série S -
Sportifs de haut niveau, Octobre 1999

Corrigés


Partie 1 (8 points)

Sujet

Fonctionnement d'un système de régulation

Exposez la cause du pic de LH enregistré durant le cycle hormonal féminin et ses conséquences directes et indirectes sur l'ensemble de l'organisme féminin.
Un schéma fonctionnel est attendu.


Avant de commencer
Le plan et l'illustration nécessaire sont explicitement indiqués : cause du pic, conséquences directes, conséquences indirectes le tout illustré par un schéma fonctionnel.

Corrigé

Introduction
Le fonctionnement de l'appareil reproducteur des Mammifères est cyclique et il a, chez la femme, une durée moyenne de 28 jours. On distingue deux phases d'une durée moyenne de 14 jours séparées par l'ovulation. L'ovulation est déclenchée par un pic de sécrétion des gonadostimulines, FSH et LH. Mais ces gonadostimulines, elles-mêmes contrôlées par l'hypothalamus, contrôlent également la sécrétion des hormones sexuelles, ústrogènes et progestérone, qui préparent l'organisme à recevoir un éventuel embryon en agissant sur les cibles périphériques. Après une présentation des causes du pic de LH, nous examinerons ses conséquences directes, principalement sur l'ovaire et indirectes sur l'ensemble de l'organisme.

Le pic de LH et ses causes
Le profil de sécrétion cyclique des gonadostimulines hypophysaires, FSH et LH est caractérisé par un pic qui se produit en moyenne au quatorzième jour du cycle. À ce moment, la sécrétion de l'hormone lutéinisante (LH) est considérablement augmentée pendant une courte durée. Comme ce pic est responsable du déclenchement de l'ovulation, on le qualifie également de décharge ovulante. La sécrétion de LH par les cellules de l'hypophyse antérieure est contrôlée par une hormone d'origine hypothalamique, la gonadolibérine ou Gn-RH. La Gn-RH est produite par des neurones hypothalamiques du noyau arqué. Les terminaisons axonales de ces neurones libèrent leurs neurosécrétions sur un mode pulsatile, qui traduit leurs variations d'activité électrique, au niveau des vaisseaux du système porte hypophysaire par où elles gagnent l'hypophyse antérieure. Au moment de l'ovulation, la fréquence et l'amplitude des décharges pulsatiles de Gn-RH augmente ce qui provoque une augmentation de la fréquence et de l'amplitude des décharges pulsatiles de LH aboutissant au pic de la décharge ovulante. L'augmentation d'activité des neurones hypothalamiques à GN-RH et donc le pic de LH ont pour origine un rétrocontrôle positif exercé par les ústrogènes sur l'axe hypothalamo-hypophysaire. La concentration croissante d'ústrogènes qui exerce le reste du temps un rétrocontrôle négatif devient activatrice pour l'axe hypothalamo-hypophysaire aboutissant alors à une augmentation considérable de la sécrétion de Gn-RH et de LH. Quelles en sont les conséquences directes ?

Conséquences directes
Le pic de LH est d'abord à l'origine de l'ovulation qui se produit environ 24 h plus tard. L'ovulation correspond à la rupture d'un follicule ovarien arrivé à maturité et à l'émission de l'ovocyte qu'il contient, rendant ainsi possible la fécondation. À ce moment, l'ovocyte qui était bloqué en première division de prophase de la méiose reprend son activité méiotique ce qui se traduit par l'émission du premier globule polaire. La LH provoque également la transformation des restes du follicule en corps jaune, véritable glande endocrine temporaire nécessaire à l'établissement d'une grossesse. Sous l'action de la LH, le corps jaune produit de la progestérone. Les conséquences indirectes du pic de LH sont principalement liées à cette action.

Conséquences indirectes
Les conséquences indirectes du pic de LH sont liées à la transformation des restes du follicule en corps jaune sécréteur d'hormones sexuelles, notamment de progestérone qui a des actions sur divers organes de la sphère sexuelle où elle favorise la grossesse. Elle agit en particulier sur la muqueuse utérine où elle induit la phase sécrétoire caractérisée par le développement des glandes utérines et des vaisseaux spiralés conduisant à la formation de la dentelle utérine. Elle exerce parallèlement une action sur le myomètre dont les contractions sont inhibées, ce qui favorise la nidation éventuelle de l'embryon, et sur les sécrétions du col utérin qui deviennent difficilement perméables aux spermatozoïdes. Son action se traduit aussi par une élévation de la température centrale d'environ 0,5 °C. Enfin, la progestérone exerce un rétrocontrôle négatif sur l'axe hypothalamo-hypophysaire qui inhibe la production des gonadostimulines.
Le schéma suivant résume la cause et les conséquences du pic de LH.

Conclusion
Le pic de LH, qui résulte des conséquences de l'élévation de la concentration en ústrogènes dans le sang, déclenche l'ovulation en milieu de cycle chez la femme. Il a pour conséquence directe la formation d'une glande endocrine temporaire, le corps jaune, dont les principales sécrétions constituées de progestérone, achèvent la préparation de la sphère génitale à l'implantation et au développement d'un embryon. Si aucune grossesse ne se produit, le corps jaune involue, ce qui provoque indirectement les règles, et un nouveau cycle démarre.



Partie 2 (7 points)

Sujet

Unicité génétique des individus et polymorphisme des espèces

À partir d'une exploitation méthodique des documents fournis et à l'aide de vos connaissances, expliquez l'origine du phénotype surprenant de l'individu 9 de la famille C.

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Avant de commencer
Commencer par montrer, à partir de l'analyse des familles A et B, le mode de transmission des allèles impliqués (récessifs et liés au sexe). Retrouver alors les génotypes des membres de la famille C.

Corrigé

Introduction
L'analyse des arbres généalogiques permet souvent d'établir le génotype des individus selon leur phénotype. Après avoir identifié le mode de transmission des allèles d et g, nous établirons le génotype de l'individu C-9.

Mode de transmission des allèles
L'arbre généalogique de la famille A montre que des individus atteints de daltonisme comme 3, 4 et 12 ont des parents non atteints. Ceci montre que l'allèle d, responsable du daltonisme, est récessif par rapport à G, car s'il était dominant, il s'exprimerait chez l'un des parents. Il en est de même de l'allèle g : la déficience en G6PD se manifeste chez des individus (12, 18, 20, 21) dont les parents ne sont pas atteints. Ils sont donc homozygotes pour l'allèle récessif g qu'ils ont reçu de chacun de leurs parents. Ces anomalies rares atteignent essentiellement des garçons, suggérant une liaison au chromosome X. Si les allèles d et g étaient portés par un autosome, cela signifierait que les individus 1, 2, 4, 7 de la famille A et 1, 2, 3 de la famille C sont porteurs de l'allèle d et que les individus 1, 2, 6, 15, 17 de la famille A et 1, 2, 3 de la famille C sont porteurs de l'allèle g. Ceci est en contradiction avec la rareté de ces allèles. En outre, le modèle de liaison au chromosome X des deux allèles n'est pas contradictoire avec les données de l'arbre généalogique : les garçons atteints de daltonisme sont hémizygotes Xd/Y, les garçons atteints de déficience en G6PD sont hémizygotes Xg/Y et les femmes porteuses sont Xd/XD ou Xg/XG.

Phénotype de C-9
Les parents de C-9, qui a un phénotype normal, ont également un phénotype normal. Cependant, ses deux frères présentent chacun une anomalie génétique, le daltonisme pour C-7 et la déficience en G6PD pour C-8. Si le mode de transmission est bien une liaison au sexe, cela signifie que les génotypes des deux frères 7 et 8 sont respectivement XgG/Y et XdG/Y. Comme le père C-3 n'exprime aucune des deux anomalies, son génotype est XDG/Y. Dans ce cas, c'est la mère C-4 qui a transmis les deux allèles d et g. Elle doit donc être hétérozygote XGd/XDg. Ceci n'est en contradiction ni avec les faits, ni avec les hypothèses formulées.
Son père C-1, daltonien lui a transmis l'allèle d, et sa mère, qui portait l'allèle g qu'elle a transmis à C-5, a dû lui transmettre l'allèle g. C-4 est donc effectivement hétérozygote pour les deux gènes. Cependant, elle porte les deux allèles d et g sur les deux chromosomes X homologues qui portent aussi G et D. Si elle a pu transmettre G et D ensemble à son fils 9 qui est hémizygote pour ces deux allèles puisqu'il n'est pas atteint, c'est qu'un échange de segment chromosomique, un crossing-over, a dû se produire lors de la méiose, redistribuant les allèles sur les chromatides homologues. Ainsi, elle a pu former des gamètes dG, Dg, (unis à Y ils ont donné les phénotypes des frères 7 et 8) DG (à l'origine de C-9) et dg (pas d'enfant correspondant qui serait doublement atteint).

Conclusion
Ainsi, le phénotype de l'individu C-9 résulte du brassage génétique qui s'effectue lors de la méiose. Alors que les frères 7 et 8 ont reçu chacun un des deux chromosomes X maternels que la mère avait elle-même reçu de chacun de ses parents, la réunion des deux allèles D et G sur un même chromosome ne peut s'expliquer que par un crossing-over qui s'est produit lors de la gamétogenèse chez C-4 puisque s'agissant de garçons, le père fournit le chromosome Y.



Partie 3 (enseignement obligatoire) (5 points)

Sujet

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

Concernant l'origine des Mammifères et des Oiseaux, il est actuellement admis que :
- les Mammifères et les Oiseaux actuels auraient des ancêtres de type reptilien ;
- les Mammifères se seraient individualisés de la lignée des Reptiles plus tôt que les Oiseaux.

Utilisez l'ensemble des documents proposés pour justifier ces hypothèses.

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Avant de commencer
Identifier les caractères des Oiseaux et des Mammifères issus d'ancêtres reptiliens puis les couches géologiques permettant de dater leur apparition. Utiliser l'échelle des temps géologiques pour une datation précise. Cette manière de faire impose d'analyser les documents dans un ordre qui n'est pas celui de leur présentation.


Corrigé

Introduction
On admet que les Oiseaux et les Reptiles dérivent d'ancêtres reptiliens. Toutefois, l'apparition de ces deux embranchements ne s'est pas produite à la même période de l'histoire géologique comme le montre la datation des fossiles de Reptiles présentant les premières caractéristiques d'Oiseaux ou de Mammifères. Ces derniers seraient ainsi apparus avant les Oiseaux. Nous examinerons successivement ces deux problèmes.

Une origine reptilienne pour les Oiseaux et les Mammifères
L'origine reptilienne des Oiseaux et des Mammifères se déduit tant des données de l'anatomie comparée que de celles de la paléontologie. Comme le montre le document 3, l'appareil circulatoire des Reptiles présente deux crosses aortiques, une droite et une gauche. En revanche, chez les Oiseaux comme chez les Mammifères, ne persiste qu'une seule crosse aortique, la droite chez les premiers, la gauche chez les seconds. L'existence d'une seule crosse aortique peut donc être considérée comme un caractère dérivé de l'appareil circulatoire à deux aortes des Reptiles, la crosse gauche ayant disparu chez les ancêtres des oiseaux et la crosse droite chez ceux des mammifères. Le document 1a confirme l'origine reptilienne des Oiseaux. L'Archæoptéryx qui vivait au Jurassique, il y a 150 millions d'années, est considéré comme le premier Oiseau actuellement connu car il possédait des ailes et des plumes comme les Oiseaux actuels mais il présentait encore divers caractères reptiliens comme des dents, des griffes et une longue queue. De la même façon, le document 2 confirme l'origine reptilienne des Mammifères. Dès le Permien, il y a 230 Ma, certains Reptiles présentaient des caractères de Mammifères comme les dents et le palais.

Dates d'apparition des deux lignées
Le document 1a montre que la séparation entre Reptiles et Oiseaux s'est produite avant - 150 millions d'années (Ma), âge de l'Archæoptéryx. En outre, au Jurassique, existaient encore des témoins de la séparation de ces deux lignées sous la forme de Dinosaures présentant des os creux, une réduction du nombre des doigts et une tendance au rapprochement des clavicules, préalable à leur fusion chez les Archæoptéryx et les Oiseaux actuels. En revanche, le document 2a montre que la séparation entre reptiles et Mammifères a commencé au Permien avec l'acquisition de nouveaux caractères par certains Reptiles. Cependant, d'autres caractères comme l'articulation de la mâchoire avec l'os squamosal n'ont été acquis qu'au Trias, il y 200 à 230 Ma. Ces données montrent que l'apparition des Mammifères s'est produite plus tôt que celle des Oiseaux puisqu'elle s'est produite entre le Permien et le Trias alors que les Oiseaux ne sont apparus qu'un peu avant le Jurassique, il y a 135 à 200 Ma.

Conclusion
Les documents proposés accréditent donc l'idée d'une origine des Oiseaux et des Mammifères à partir d'ancêtres reptiliens ayant vécu à des périodes différentes. Les Mammifères seraient apparus près d'une centaine de millions d'années avant les Oiseaux même si leur radiation ne s'est produite, comme celle des Oiseaux, qu'à l'ère tertiaire.



Partie 3 (enseignement de spécialité) (5 points)
 

Sujet

Les roches, produits et témoins du temps

À partir de l'exploitation méthodique des documents fournis, reconstituez l'histoire géologique de la région de Clermont-Ferrand depuis l'Oligocène.

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Avant de commencer
Utiliser la nature des roches pour reconstituer les milieux de sédimentation et les relations géométriques entre les couches ainsi que les déformations (failles) et les coulées volcaniques pour reconstituer la chronologie.

Corrigé

Introduction
La coupe géologique proposée montre une succession de couches, datées du début de l'Oligocène (- 37 Ma) jusqu'au Quaternaire, reposant sur un socle granitique dont l'étude permet de reconstituer les grands traits de l'histoire géologique de la région. Celle-ci est caractérisée par des épisodes sédimentaires puis par une activité d'origine interne à l'origine de failles et de volcans encore actifs au Quaternaire.

Les épisodes sédimentaires
Le socle granitique doit avoir pour origine un massif ancien érodé. L'Oligocène inférieur ou Sannoisien qui repose sur ce socle débute il y a - 37 Ma avec un niveau détritique constitué d'arkoses, indice de l'érosion granitique alimentant un bassin sédimentaire. Au Stampien qui correspond à l'Oligocène moyen, la sédimentation devient marno-gypseuse ce qui indique une influence marine entrecoupée d'épisodes d'évaporation lagunaire. Le Stampien supérieur avec des coquilles de Potamide, un Gastéropode d'eau douce, montre que la mer s'était retirée dès cette époque. Au Chattien, qui correspond à l'Oligocène supérieur, ce sont les calcaires lacustres qui dominent. Les fossiles que l'on y trouve confirment une sédimentation lacustre puisqu'il s'agit exclusivement d'invertébrés d'eau douce (Hydrobies et Phryganes). Les calcaires lacustres du Chattien constituent les dépôts sédimentaires les plus récents identifiables sur la coupe. Ils ont été érodés, notamment dans la vallée de l'Allier, et sont absents à l'ouest à proximité du volcan de Gravenoire. Il faut noter que l'accumulation de sédiments de faciès peu profonds (lagunaire et lacustre) sur une grande épaisseur, comme c'est le cas ici, est caractéristique d'un phénomène de subsidence, enfoncement du bassin, notamment sous le poids des sédiments accumulés ou d'événements tectoniques.

Les failles et l'activité volcanique
Toutes les couches sédimentaires précédentes sont recouvertes de coulées de basalte du Miocène permettant de dater cette activité volcanique entre - 25 Ma et - 5,3 Ma. Comme une des coulées de basalte miocène est recoupée par l'une des nombreuses failles qui découpent l'ensemble de l'Oligocène, on en déduit que l'activité tectonique qui a donné naissance à ces failles est postérieure au Miocène, peut-être pliocène. On constate que ces failles sont à l'origine d'un fossé d'effondrement puisque le socle granitique et les couches recouvertes de basalte miocène montrent des compartiments effondrés de plus en plus profondément vers le centre. Les sédiments tertiaires sont recouverts également de basalte miocène à l'Ouest montrant l'encadrement du fossé par des volcans. Au Quaternaire, d'autres éruptions volcaniques se sont produites. La structure de l'édifice du volcan de Gravenoire à cheval sur une faille montre qu'il s'agit d'un cône fait de projections volcaniques mais que la lave s'est infiltrée sous le cône à partir d'une faille avant de s'écouler sur le basalte miocène à l'est.

Conclusion
La coupe montre ainsi qu'après un long épisode de sédimentation d'abord marine puis essentiellement lagunaire et lacustre dans un bassin subsident jusqu'au Miocène, un fossé d'effondrement s'est formé au niveau du bassin de la Limagne. Cette activité tectonique s'est traduite aussi par la formation de volcans qui étaient encore actifs il y a seulement quelques milliers d'années.