Préparation au bac 2003

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

Corrigé sujet 8 

(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)

Procréation
D’après centres étrangers 3, juin 2002, I

Expliquez comment, chez la femme, les relations hormonales entre le complexe hypothalamo-hypophysaire et l’ovaire aboutissent à l’ovulation.
Votre exposé sera illustré par un schéma fonctionnel présentant ces relations.

Corrigé

Introduction
L’évolution cyclique du tractus génital chez la femme, qui conditionne l’ovulation et la nidation éventuelle d’un embryon, est contrôlée par les interactions hormonales entre l’axe hypothalamo-hypophysaire et l’ovaire. Nous montrerons que l’ovulation est provoquée à la fin de la phase folliculaire par un pic de sécrétion de la gonadostimuline LH qui résulte des interactions hormonales entre l’axe hypothalamo-hypophysaire et l’ovaire.

Le déclenchement de l’ovulation
Au cours de la phase folliculaire du cycle, un follicule ovarien termine sa maturation sous l’action des gonadostimulines FSH et LH sécrétées par l’hypophyse et transportées par le sang jusqu’à l’ovaire. Les cellules folliculaires sécrétrices d’œstrogènes se multiplient et le dosage des œstrogènes chez les femmes montre que la concentration sanguine en œstradiol augmente lentement. Le follicule devient cavitaire et atteint la maturité vers le milieu du cycle. À ce moment, l’activité de l’axe hypothalamo-hypophysaire augmente brusquement et on observe notamment un pic sécrétoire de LH qui a pour effet de déclencher l’ovulation, c’est à dire l’ouverture du follicule mûr, l’expulsion de l’ovocyte et son réveil (reprise de méiose). On appelle ce pic sécrétoire, décharge ovulante. Toutefois, la communication hormonale entre axe hypothalamo-hypophysaire et ovaire est bidirectionnelle car les hormones ovariennes agissent en retour sur la sécrétion des gonadostimulines. C’est de ce « dialogue moléculaire » que dépend l’apparition du pic de LH et donc l’ovulation.

Les interactions hormonales
 Au début du cycle, les œstrogènes en faible concentration exercent une rétroaction négative sur l’axe hypothalamo-hypophysaire ce qui aboutit à de faibles variations de la concentration sanguine en gonadostimulines FSH et LH. Cette rétroaction négative se poursuit pendant le début de la phase folliculaire tandis que la concentration d’œstradiol augmente progressivement. Lorsque la concentration en œstrogènes dépasse un certain seuil, ce qui arrive un peu avant le milieu du cycle, la réponse de l’axe hypothalamo-hypophysaire à l’œstradiol s’inverse et son activité augmente donc très rapidement. La rétroaction devenue positive produit un autorenforcement du système : la sécrétion de LH qui augmente stimule les cellules folliculaires qui sécrètent de plus en plus d’œstradiol, ce qui aboutit à une amplification considérable de la production des gonadostimulines, et finalement à la décharge ovulante de LH.

Conclusion.
Le pic sécrétoire de LH qui déclenche l’ovulation résulte des interactions hormonales entre axe hypothalamo-hypophysaire et ovaire. Il s’agit d’un véritable dialogue moléculaire assuré par l’action réciproque des gonadostimulines hypophysaires sur les récepteurs de l’ovaire et des hormones ovariennes sur les récepteurs de l’axe hypothalamo-hypophysaire. Le schéma ci-dessous résume ces interactions.

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

Stabilité et variabilité des génomes 
D’après centres étrangers 1, juin 2002, II

Pour élucider certains aspects du brassage allélique qui a lieu au cours de la reproduction sexuée, on réalise une expérience de croisement avec des organismes haploïdes. 
Montrez, en vous aidant de schémas à l’échelle chromosomique, comment les résultats expérimentaux permettent de comprendre l’un de ces mécanismes.

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Corrigé

Introduction
Chez les champignons haploïdes comme Sordaria, les zygotes formés lors d’un croisement subissent la méiose et donnent naissance à 4 cellules haploïdes qui subissent immédiatement une mitose. Il se forme ainsi des asques contenant chacun 8 spores.

Résultats du croisement
Le document montre quelques asques qui contiennent tous 8 spores, 4 noires et quatre jaunes, mais qui peuvent être disposées différemment. Chez Sordaria, la disposition des spores dans l’asque reflète la position des divisions dans l’espace lors de la méiose car les cellules ne peuvent changer de place après les divisions. C’est pourquoi le croisement réalisé entre souches à spores noires et à spores jaunes permet d’illustrer la dynamique des chromosomes lors de la méiose. La couleur des spores est un caractère simple gouverné par un couple d’allèles que nous appellerons N et J. Comme les spores sont haploïdes, leur couleur indique directement leur génotype. La cellule-œuf issue de la fécondation comporte chacun des deux allèles apportés par les gamètes parentaux. Cette cellule diploïde subit ensuite la méiose, ensemble de deux divisions précédées d'une seule synthèse d'ADN et aboutissant à 4 cellules haploïdes. Chaque allèle a été dupliqué une fois et se retrouve dans l'une des 4 cellules filles. La formation des asques s'accompagne d'une mitose supplémentaire des cellules haploïdes, précédée d'une duplication du matériel génétique comme n'importe quelle mitose : chacun des deux allèles se retrouve ainsi à 4 exemplaires dans l'asque qui comporte huit spores.
On remarque que la disposition des spores dans l'asque peut se ramener à deux types en fonction de l'emplacement des spores N et J : 2/2/2/2 ou 4/4. Nous nous limiterons à l’exemple des asques 4/4 qui illustrent la brassage interchromosomique.

Interprétation
Les spores restent ordonnées chez cette espèce comme l'étaient les fuseaux mitotiques lors des divisions et les spores vont par paires identiques en raison de la mitose qui suit la méiose. L’arrangement des spores dans les asques dépend de la première division de la méiose. En effet, lorsque les asques comportent deux groupes de 4 spores, c’est que les allèles parentaux dupliqués ont été séparés dès la première division de la méiose avant d’être transmis lors des divisions suivantes respectivement à 2 groupes de 4 spores. Le schéma ci-dessous résume le comportement des chromosomes lors de la méiose qui aboutit à cette répartition, 4 spores noires et 4 spores jaunes superposées. 


Brassage interchromosomique

Conclusion
Les champignons haploïdes fournissent un modèle simple qui illustre concrètement les mécanismes du brassage allélique se produisant lors de la méiose. Lorsque les allèles parentaux sont séparés dès la première division de la méiose (ségrégation indépendante des chromosomes), on parle de brassage interchromosomique et les asques formés sont de type 4/4. Au contraire, lorsque les asques comportent quatre groupes de 2 spores, c’est à la seconde division que les allèles parentaux se séparent illustrant le brassage intrachromosomique résultant des crossing over.

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

Parenté entre les êtres vivants actuels et fossiles
D’après centres étrangers 1, juin 2002, III

L’un des problèmes scientifiques les plus passionnants mais aussi les plus difficiles à résoudre est la reconstitution de la lignée évolutive humaine.
Utilisez les témoins présentés dans l’ensemble documentaire (documents 1 à 4) pour situer les Australopithèques dans cette lignée.

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Corrigé

Introduction
La lignée humaine descend d’un ancêtre commun avec les grands singes daté d’il y a quelque 7 à 10 millions d’années (Ma) et ses principales caractéristiques anatomiques et comportementales ont été acquises progressivement depuis cette date. Quelle est la place de l’australopithèque dans cette lignée ?

Les caractéristiques anatomiques et comportementales des australopithèques
Le document 4 montre des traces de pas attribuées à Australopithecus afarensis qui évoquent une locomotion bipède puisque seules des empreintes de pieds sont visibles. En outre, leur forme individuelle montre une étroite ressemblance avec les empreintes de l’homme actuel ce qui renforce l’idée que ce primate qui vivait il y a 3,75 Ma était bipède. La comparaison de son bassin avec ceux du chimpanzé et de l’homme confirme ce point de vue. En effet, le document 2 montre que le bassin et l’articulation du fémur chez l’australopithèque se rapprochent beaucoup plus de ceux de l’homme, bipède, que de ceux du chimpanzé qui se déplace sur ses quatre membres. Ainsi, les australopithèques avaient acquis la bipédie.
Le document 1 donne les capacité crâniennes de différents primates. On observe que les quatre espèces d’australopithèques mentionnées ont des capacités crâniennes proches de celles des grands singes, entre 300 et 550 cm3, et nettement inférieures à celles de tous les représentants du genre Homo qui vont de 600 à 1 600 cm3. Chez A. afarensis, cette faible capacité crânienne est corrélée à l’absence d’industrie lithique. Les premières industries, celles du Hadar sont vieilles de 2,5 Ma et sont donc apparues 1 Ma après A. afarensis, peu de temps avant l’apparition de Homo habilis. En revanche, tous les représentants du genre Homo fabriquaient des outils.

Interprétation
La lignée humaine est caractérisée par la bipédie, l’augmentation du volume crânien et la capacité à fabriquer des outils. Toutefois, ces caractéristiques ont été acquises progressivement et les australopithèques avaient un volume crânien similaire à celui des singes et ne fabriquaient sans doute pas d’outils. En revanche, ils avaient acquis la bipédie. Les australopithèques sont ainsi les plus anciens primates à avoir acquis cette caractéristique, A. afarensis est daté de – 3,75 Ma, et c’est pourquoi on les considère comme les plus anciens représentants de la lignée humaine. Les autres caractéristiques de l’hominisation, l’augmentation du volume crânien et la capacité à fabriquer des outils, se manifesteront plus tardivement, tout d’abord chez Homo habilis, le plus ancien représentant du genre Homo. Ainsi, les caractéristiques des australopithèques en font des formes intermédiaires entre l’ancêtre commun aux grands singes et à l’homme et le genre Homo.

Conclusion
Les caractéristiques des australopithèques, qui vivaient il y a 3 à 4 Ma, en font les plus anciens représentants de la lignée humaine en particulier parce qu’ils avaient acquis la bipédie. Toutefois, leurs autres caractères anatomiques sont encore proches de ceux des singes et leurs fossiles ne sont pas associés à une industrie. C’est pourquoi, contrairement aux autres hominidés fossiles, ils n’appartiennent pas au genre Homo.

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

Du passé géologique à l'évolution future de la planète 
D’après sportifs de haut niveau, septembre 1998

À partir de l'exploitation des documents 1 à 3, montrez que la transition Riss-Éemien peut être comparée, sur le plan climatique, au passage du Würm à l'Holocène.

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Corrigé

Introduction
Les paléoclimats ont laissé des traces d’origine biologique (pollens, certains foraminifères) et d’origine physicochimique (thermomètre isotopique des carbonates) que les géologues savent interpréter. Nous comparerons ici les deux transitions climatiques qui se sont produites respectivement il y a 120 000 ans (Riss-Éemien) et il y a 8 200 ans (Würm-Holocène).

Les températures au Riss final et au Würmien supérieur
Le document 1 montre que le Riss final était caractérisé par un paysage de steppes herbacées comportant également des épicéas et des pins sylvestres, caractéristiques d’un climat froid. L’absence de chêne et l'abondance des herbes confirment que le climat de cette période était froid, autour de 5 à 10°C en moyenne.
Le diagramme pollinique suggère que le climat du Würmien moyen n'était guère différent de celui du Riss final et qu’il s’est encore un peu refroidi au Würmien supérieur, les herbes s’étendant un peu plus qu’au Riss final au détriment des arbres.
Le document 2 montre que les Foraminifères présents dans les sédiments du Riss sont majoritairement représentés par Globigerina pachyderma et par des espèces subarctiques caractéristiques de régions froides. Les espèces de zones de transition et de zones chaudes y sont rares. Le profil à la fin du Würm en est proche malgré l'absence de représentants du groupe b disparus avant la transition avec l'Holocène. Ces données confirment donc que les températures qui régnaient au Riss final et au Würmien supérieur étaient froides.

Caractéristiques des deux transitions
L’ensemble des documents montre qu’à l'issue des deux périodes étudiées s’est produit un brusque changement de climat. Le diagramme pollinique montre une augmentation considérable de la chênaie mixte, caractéristique de températures moyennes beaucoup plus élevées (10 à 15°C), et la quasi disparition des végétaux caractéristiques de climat plus froid, notamment les herbes. Toutefois, le diagramme montre que la transition entre Würmien et Holocène s’est produite de façon moins brusque que celle entre Riss et Éemien puisque les arbres indiquant des températures intermédiaires abondent pendant la période de transition avant d’être remplacés par la chênaie mixte.
Les Foraminifères indiquent également une transition moins brusque entre Würm et Holocène qu'entre Riss et Éemien. En effet, on observe lors de la première transition des espèces tolérant des températures de 10 à 18°C en nombre beaucoup plus important que lors de la seconde transition, avant l’expansion des espèces de zones subtropicales et tropicales qui les caractérise toutes deux.
La mesure des variations du rapport isotopique 18O/16O dans une carotte de sédiments confirme que les deux périodes de transition se ressemblent mais ne sont pas identiques. On constate en effet que le réchauffement observé a été plus brusque lors de la première période et d'une amplitude supérieure bien que l'échelle de temps utilisée ne permettent pas plus de précision.

Conclusion
Ainsi, dans les deux cas, un changement climatique marqué par un net réchauffement du climat s’est produit. En milieu continental, ce sont les végétaux qui témoignent de ce réchauffement par leurs pollens tandis qu'en milieu marin, ce sont des microorganismes marins comme les Foraminifères dont la répartition témoigne également d'un changement brusque confirmé par le rapport isotopique de l’oxygène dans le carbonate de leurs tests. Toutefois, les données fournies montrent que les deux transitions n'ont pas été identiques, la période de transition ayant été beaucoup plus courte entre le Riss et l' Éemien.

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