Préparation au bac 2003

SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE
- Série S -

Corrigé sujet 5 

(En raison de l'absence de sujet des années précédentes due au changement de programme en SVT intervenu à la rentrée 2002, les sujets ci-dessous destinés à la préparation du bac 2003 ont été reconstitués arbitrairement à partir de sujets des années précédentes ou de sujets inédits. L'équilibre des thèmes et des questions est en accord avec les instructions officielles.

Partie 1 (10 points) Exposé organisé de connaissances (obligatoire et spécialité)

Histoire de la Terre 
D’après sujet national, septembre 2001, I

À partir de l’exemple de la crise Crétacé-Paléocène, donnez les caractéristiques et les conséquences des crises biologiques et indiquez comment elles ont été utilisées par les géologues.

Corrigé

Introduction
L'histoire de la vie sur la Terre a toujours été marquée par la disparition et l’apparition d’espèces mais, à différentes périodes, courtes à l’échelle des temps géologiques, se sont produites des extinctions massives. Ces extinctions sont interprétées comme le résultat de crises biologiques majeures dont nous mettrons en évidence les caractéristiques et les conséquences à partir de l’étude de la crise Crétacé-Paléocène. Nous verrons ensuite que ces caractéristiques, communes aux grandes crises, ont servi aux géologues pour marquer des repères dans l’histoire de la planète.

Les caractéristiques de la crise Crétacé-Paléocène
On parle de crise biologique si des espèces nombreuses occupant des milieux différents en différents points de la planète disparaissent à la même époque révélant ainsi des modifications écologiques majeures. Diverses observations, notamment sur les fossiles, montrent que la fin du Crétacé, qui est aussi la fin de l’ère secondaire, a été marquée il y a 65 millions d’années par l’extinction de nombreuses espèces tant dans le milieu marin que dans le milieu continental.
En milieu marin
Une grande partie des organismes planctoniques disparaissent à la fin du Crétacé comme l’atteste la forte diminution de la sédimentation carbonatée due à l’accumulation des tests calcaires dans les fonds marins. Ainsi, la craie, déposée en quantités considérables au Crétacé, s’est formée par l’accumulation d’algues calcaires unicellulaires, les Coccolithophoridés, qui disparaissent à la fin du Secondaire. Un très grand nombre d’espèces de Foraminifères, protozoaires planctoniques, disparaissent également, leurs fossiles étant absents des dépôts postérieurs au Crétacé. En outre, la diminution du rapport isotopique 13C/12C dans les carbonates est caractéristique d’une diminution de l’activité de photosynthèse. 
Les disparitions massives ne touchent pas seulement le plancton mais aussi les invertébrés et vertébrés marins. Ainsi, les Ammonites, mollusques céphalopodes très abondants pendant l’ère secondaire, sont totalement absentes des terrains tertiaires. Il en est de même d’autres invertébrés marins comme certains bivalves (Rudistes et Inocérames). De nombreux vertébrés marins disparaissent également notamment les reptiles Mosasaures et Plésiosaures. 
En milieu continental
Même si les archives paléontologiques sont généralement moins riches en milieu continental qu’en milieu marin, des disparitions massives d’espèces végétales et animales sont repérables. En ce qui concerne la flore, on constate que plus de 30 % des plantes à fleurs qui s’étaient largement imposées au Crétacé s’éteignent et sont transitoirement remplacées par des Fougères comme le montre le remplacement des pollens de plantes à fleurs par des spores de Fougères dans les terrains du début du Paléocène. 
Chez les grands animaux, la disparition des Dinosaures est la plus spectaculaire. Ces reptiles, qui ont dominé l’ère secondaire en colonisant la plupart des milieux de la planète, disparaissent totalement à la fin du Crétacé. En revanche divers autres reptiles et de nombreux mammifères ne disparaissent pas tandis que les marsupiaux disparaissent presque partout mais se maintiennent en Australie. 
Ces extinctions massives mais sélectives, touchant des espèces très diverses appartenant à différents milieux, révèlent une crise biologique majeure. Mais la limite Secondaire-Tertiaire n’est pas la seule période marquée par une telle crise. On a retrouvé des signes similaires plusieurs fois au cours des ères primaire et secondaire avec des conséquences comparables sur l’évolution du monde vivant.

Conséquences
Les crises biologiques bouleversent les équilibres de la biosphère et réduisent la biodiversité. Mais on observe ensuite un nouveau développement de la biodiversité rendu possible, notamment, par la libération de nombreuses niches écologiques. Ainsi, dès le début du Tertiaire, les Mammifères, dont l’importance quantitative et la diversité étaient faibles au Secondaire, montrent une diversification considérable appelée radiation adaptative. Comme les Dinosaures au Secondaire, ils vont occuper des milieux variés avec des représentants marins, terrestres, volants, etc. Ainsi, une crise biologique permet aux espèces survivantes de se diversifier en occupant les milieux rendus libres. De nouvelles espèces en dérivent, rétablissant une nouvelle biodiversité et de nouveaux équilibres biologiques.

Utilisation par les géologues
Les caractéristiques communes des crises que nous venons de voir, extinctions massives suivies d’une nouvelle explosion de la biodiversité, ont amené les géologues à les utiliser comme marqueurs des temps géologiques. Les fossiles qui ont une extension planétaire, notamment ceux d’animaux marins, sont de bons marqueurs pour la datation relative. Par leur caractère global, les crises révèlent des modifications à l’échelle de la planète et la disparition simultanée de nombreuses espèces peut être repérée dans les vestiges sédimentaires. Elles sont en outre souvent accompagnées d’autres phénomènes repérables dans les archives géologiques (régression ou transgression, changements de sédimentation, etc.). C’est pourquoi on utilise les crises pour marquer de grandes coupures dans les temps géologiques. Ainsi, la crise Crétacé-Paléocène marque la coupure entre ères secondaire et tertiaire mais la coupure entre ères primaire et secondaire ou celle entre Silurien et Dévonien correspondent aussi à des crises biologiques majeures.

Conclusion
Ainsi, l’exemple de la crise Crétacé-Paléocène est représentatif d’événements qui, à plusieurs reprises au cours de l’histoire de la planète, ont bouleversé l’évolution biologique, d’abord en faisant disparaître de nombreuses espèces, puis en rendant possible une nouvelle explosion de biodiversité. Le caractère global de ces crises a conduit en outre les géologues à les utiliser en pratique pour marquer certaines grandes coupures des temps géologiques.

Retour à la page du sujet


Partie 2-1 (4 points) Exploitation de documents (obligatoire et spécialité)

Immunologie
D’après Amérique du Nord, juin 1999, II

Les mécanismes de l'immunité font intervenir plusieurs types de réponses immunitaires, comportant chacune différentes étapes. 
Utilisez les apports du document pour préciser les étapes du déroulement de la réponse immunitaire mise en évidence par les expériences réalisées.

Accès aux documents du sujet

Corrigé

Introduction
Parmi les réactions immunitaires acquises, les réactions à médiation humorale mettent en jeu des anticorps à la suite d’une succession d’étapes. Le document illustre certaines caractéristiques de la phase d’induction qui aboutit à la stimulation et à la multiplication des lymphocytes.

L'induction d'une réponse immunitaire nécessite la détection d'un antigène par des cellules immunocompétentes spécifiques. Le document montre qu'il existe dans la population lymphocytaire d'une souris non immunisée une petite fraction de lymphocytes capables de reconnaître un antigène donné. En effet, lorsqu'un antigène Ag1 est fixé sur la gélatine, seuls 0,01 % des lymphocytes se fixent sur la gélatine et ne sont pas éliminés par le rinçage car ils se lient par leurs anticorps de membrane à Ag1. De même, in vivo, les lymphocytes B (LB) fixent les antigènes par leurs anticorps de membrane, permettant ainsi la sélection des clones immunocompétents.
À la suite de la sélection des clones spécifiques de LB, la réponse humorale se poursuit si des lymphocytes T auxiliaires (LT CD4) produisent des interleukines qui provoquent l'expansion clonale et la différenciation des LB sélectionnés en plasmocytes sécréteurs d'anticorps. Dans l'expérience du document, les LB sélectionnés et cultivés en présence d'interleukines ont donné naissance à de très nombreuses cellules uniquement dans la chambre où Ag1 a été introduit. Ceci correspond à l'expansion clonale produite in vivo par les interleukines des LT CD4. 
En revanche, la multiplication des lymphocytes ne s’effectue pas en présence des antigènes 2 et 3 qui ne sont pas reconnus par le clone sélectionné car l’action des interleukines s’exerce sur des cellules immunitaires stimulées par un antigène. C’est pourquoi seuls les lymphocytes reconnaissant Ag1 se multiplient.

Conclusion
Le document présenté illustre certaines caractéristiques de la réponse immunitaire à médiation humorale : rareté et spécificité des différents clones de lymphocytes, sélection par liaison à un antigène déterminé, stimulation par les interleukines des clones sélectionnés. Les LB stimulés donneront ensuite naissance aux plasmocytes sécréteurs d’anticorps.

Retour à la page du sujet



Partie 2-2 (6 points) Exploitation de documents (enseignement obligatoire) 

Procréation
D’après Sportifs de haut niveau, octobre 1996, III

Au cours de la vie d'une femme, le fonctionnement de son appareil génital varie, si bien que sa fécondité évolue. 
En vous limitant aux informations que vous pourrez tirer de l’analyse des documents, dégagez certaines des causes de cette évolution.

Accès aux documents du sujet

Corrigé

Introduction
La période de fécondité d’une femme est limitée en moyenne à une trentaine d’années de sa vie. Elle est caractérisée par une évolution cyclique de l’appareil génital marquée par l’émission d’un ovocyte (ovulation) au milieu de chaque cycle. Nous allons essayer d’identifier certaines des causes responsables du démarrage, de la poursuite et de l’arrêt de la fécondité.

La puberté
Le début de la période féconde est marqué par la puberté qui se produit pour 90 % des femmes entre 10 et 15 ans (document 1). Avant la puberté, le taux de FSH est faible et il augmente progressivement au cours de la puberté (document 4a). Bien que de nombreux ovocytes soient présents dans les ovaires (document 1), il n’y a pas de cycle ni d’ovulation. En effet, le fonctionnement de l’appareil génital est contrôlé par les hormones hypophysaires FSH et LH et l’ovulation ne peut se déclencher que si ces hormones stimulent suffisamment l’ovaire. Le taux de FSH nécessaire est atteint progressivement au cours de la puberté.

Le fonctionnement cyclique
Après la puberté, le fonctionnement cyclique est en place. La sécrétion de FSH qui stimule la croissance folliculaire présente un maximum au moment de l’ovulation chez la femme adulte (document 4b). Toutefois, l’appareil génital met quelques années à atteindre son fonctionnement optimal comme le montre le document 2 : il faut environ 15 ans pour que le pourcentage de cycles sans ovulation passe de 60 % à moins de 10 %. C’est aussi à cet âge (25/29 ans) que les femmes ont le plus d’enfants. Parallèlement, le taux de FSH avant l’ovulation augmente. Par son action sur les follicules, la FSH facilite l’ovulation. Cependant, la période féconde s’étend jusqu'à près de 50 ans comme le montre le document 3 et la majorité des femmes ont leur dernier enfant entre 40 et 44 ans. La tranche d’âge 25/29 ans montre une fécondité à peine supérieure à celles qui l’encadrent. La période féconde dure environ 30-35 ans.

La ménopause
Vers l’âge de 50 ans, on constate que le nombre d’ovocytes devient très faible (document 1), que le pourcentage de cycles anovulatoires augmente (document 2) et qu’il n’y a plus de naissance (document 3). Parallèlement, on observe une augmentation du taux de FSH au moment de l’ovulation (document 4). La disparition des ovocytes est peut-être à l’origine de cette augmentation : en absence d’ovocytes, il n’y a pas de follicules sécréteurs d’œstrogènes et donc pas de rétroaction négative sur la sécrétion de FSH qui peut s’emballer.

Conclusion
L’évolution de la fécondité chez la femme est donc en partie contrôlée par le fonctionnement hypophysaire mais elle dépend aussi d’autres facteurs comme le nombre d’ovocytes dans l’ovaire.

Retour à la page du sujet



Partie 2-2 (6 points) Exploitation de documents (enseignement de spécialité)

Des débuts de la génétique aux enjeux actuels des biotechnologies
D’après sujet national, septembre 1999

À partir de l'étude de l'arbre généalogique, justifiez le génotype ou les génotypes possibles de l'individu 11, puis montrez, en utilisant les résultats du test de Southern, que l'on peut prédire le génotype et le phénotype de l'enfant à naître portant le numéro 16.

Accès aux documents du sujet

Corrigé

Introduction
Les informations apportées par l'analyse d'un arbre généalogique précisées par une analyse de l'ADN permettent souvent d’établir le génotype des membres d’une famille et de prévoir dans certains cas le génotype d’un enfant à naître.

Document 1
Parmi les parents du garçon 11, on connaît le génotype du père 12, b//c (deux allèles codominants b et c du gène S qui s'expriment simultanément) correspondant au phénotype [bc] noté en gris. La mère, 3, de phénotype [b] peut être de génotype b//b ou b//a puisque b est dominant sur a (b>a) et s'exprime seul dans ce cas donnant le phénotype noté en noir. Il en est de même de ses parents 1 et 2. En conséquence, le fils 11 de phénotype [b] peut être homozygote b//b ou hétérozygote b//a sans que l'on puisse trancher par l'examen de l'arbre généalogique. La technique de Southern permet d'assigner précisément leur génotype aux différents membres de la famille à l'exception de la mère 15 qui est de phénotype [a] et donc de génotype homozygote a//a puisque a est récessif.

Document 2
Le test de Southern permet d'identifier des fragments d'ADN correspondant aux trois allèles a, b et c et donc de préciser le génotype des parents. Le profil de restriction de l'ADN du père 11 présente une seule bande correspondant à l'allèle b. L'étude de l'arbre généalogique avait montré que le père était soit de génotype b//a soit de génotype b//b. La présence d'un seul allèle b indique que le père 11 est homozygote b//b. Comme la mère 15 est homozygote a//a, l'enfant à naître 16 est nécessairement hétérozygote b//a et donc de phénotype [b] noté en noir puisque b est dominant sur a.

Conclusion
L'analyse de l'ADN permet d'établir directement les génotypes, sans ambiguïté. Elle confirme et complète les génotypes tirés de l'analyse de l'arbre généalogique et permet ici de prévoir le génotype du fœtus.

Retour à la page du sujet