CORRIGES

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SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

- Série S -

Centres étrangers, groupe 1 - Juin 1998

Durée de l’épreuve : 3 h 30

Coefficient : 6 (enseignement obligatoire) ou 8 (enseignement de spécialité en SVT)



PARTIE I : (8 points)

Aspects du fonctionnement des centres nerveux

Expliquez, à partir de l'exemple du réflexe myotatique, les formes de codage successives du message nerveux depuis sa naissance au niveau du récepteur jusqu'à sa transmission (incluse) au motoneurone.

(Un schéma de synthèse est attendu).



Avant de commencer

Le plan découle logiquement de l'intitulé de la question : potentiel de récepteur au niveau du fuseau neuromusculaire (codage en amplitude), potentiel d'action et propagation au niveau d'un neurone en T (codage en fréquence) puis transmission synaptique au motoneurone (codage chimique).


CORRIGE

Introduction

La communication nerveuse implique un codage de l'information qui circule dans le système nerveux. Le réflexe myotatique est un mécanisme neuro-musculaire qui ajuste en permanence la tension des muscles squelettiques en fonction de leur étirement. Les messages naissent au niveau de récepteurs musculaires lors de l'étirement (transduction) et sont de nature bioélectrique. Il en est de même des signaux propagés vers la moelle épinière par les neurones en T du ganglion spinal bien que leur codage soit différent. Enfin, au niveau des motoneurones, ce sont des messages chimiques qui sont transmis et donnent naissance à des messages bioélectriques. Nous examinerons ces trois points successivement.

Codage au niveau du récepteur

Lorsque le fuseau neuromusculaire est soumis à un étirement, on constate une dépolarisation de sa membrane. On appelle transduction cette transformation du stimulus, ici mécanique, en un phénomène électrique, le potentiel de récepteur. Pour des étirements croissants, on constate une dépolarisation proportionnelle de la membrane : le potentiel de récepteur est graduable et est donc codé en amplitude. Pour des étirements faibles, la dépolarisation s’atténue rapidement le long de la fibre sensitive car le potentiel de récepteur est un potentiel local, non propageable. Si un deuxième stimulus intervient, soit alors que le premier n’a pas cessé, soit juste après la fin du premier, on constate que le potentiel de récepteur est plus élevé : les potentiels de récepteur sont donc sommables.

Le message nerveux est donc d'abord codé au niveau du récepteur sous forme d'un potentiel de récepteur, dépolarisation membranaire non propageable, graduable (modulée en amplitude) et sommable.

Cependant, lorsque l'étirement est suffisamment important, on constate l’émission de messages nerveux sous forme de potentiels d’action qui circulent le long de la fibre afférente du fuseau neuromusculaire (dendrite d'un neurone ganglionnaire en T). Quelles sont les caractéristiques du codage de ces messages nerveux ?

Le potentiel d’action

Des potentiels d’action sont émis lorsque l'amplitude du potentiel de récepteur atteint une valeur seuil. Chaque potentiel d’action est constitué d’une brève phase de dépolarisation suivie d’une repolarisation un peu moins rapide. Contrairement au potentiel de récepteur, l’amplitude de la dépolarisation du potentiel d’action est constante pour un neurone donné dès que le seuil de dépolarisation est atteint (loi du tout ou rien). En outre, les potentiels d’action générés au niveau du fuseau neuromusculaire se propagent sans atténuation de leur amplitude jusqu'à la moelle épinière. Enfin, on constate que pour des potentiels de récepteur d’amplitude croissante au dessus du seuil, c’est la fréquence des potentiels d’action émis qui augmente. Le codage du message nerveux se fait donc ici en modulation de fréquence.

Le codage du message nerveux lors de sa propagation vers la moelle épinière est assuré par la modulation de la fréquence des potentiels d'action qui présentent une fréquence d’autant plus élevée que l'étirement est plus important.

Transmission au motoneurone

Les axones des neurones en T se terminent dans la moelle épinière où ils établissent des synapses avec les motoneurones commandant les muscles et avec des interneurones. La transmission des messages nerveux au niveau des synapses se fait par voie chimique : le motoneurone postsynaptique répond par une modification de son activité proportionnelle à la quantité de neurotransmetteur libéré par la terminaison présynaptique de l'axone du neurone ganglionnaire. En effet, les molécules de neurotransmetteur libérées dans la fente synaptique vont se lier à des récepteurs spécifiques de la membrane postsynaptique ce qui a pour effet de modifier le potentiel membranaire du neurone postsynaptique. Il s'agit donc d'un codage chimique. A ce niveau, les caractéristiques du codage sont similaires à celles décrites au niveau du récepteur car la dépolarisation membranaire postsynaptique est non propageable, graduable (modulée en amplitude) et sommable. En outre, selon le type de récepteurs portés par les neurones postsynaptiques, la réponse peut être différente. Ainsi, les interneurones qui contrôlent les motoneurones du muscle antagoniste répondent par une hyperpolarisation qui freine l'activité des motoneurones correspondant tandis que les motoneurone du muscle à l'origine des messages moteurs répondent par une dépolarisation. La naissance des potentiels d'action dans le motoneurone n'a lieu que lorsque le seuil est atteint comme au niveau du récepteur.

Conclusion

Les messages nerveux présentent donc des formes de codage différentes illustrées par l'exemple du réflexe myotatique (voir schéma). Au niveau des récepteurs, où ils sont sous une forme bioélectrique, le codage se fait par modulation d'amplitude. Le long des fibres nerveuses qui assurent leur propagation, il s'agit d'un codage en modulation de fréquence de signaux bioélectriques d'amplitude constante. Au niveau des synapses, ces signaux déterminent un codage chimique décodé par le neurone postsynaptique en signaux électrique modulés en amplitude qui donnent de nouveau naissance à des signaux codés en fréquence.

Schéma récapitulatif



PARTIE II : (7 points)

Mécanismes de l'immunité

Expliquez les résultats obtenus dans les tubes B et C du document 1 à partir d’une étude détaillée des documents 1 et 2 et de vos connaissances sur le déroulement de la réponse immunitaire.

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Avant de commencer

Mettre en évidence les deux phénomènes importants identifiables ici : agglutination des GRM (anticorps) et hémolyse immune (anticorps + complément).



CORRIGE

Introduction

Certaines réactions immunitaires peuvent être réalisées in vitro ce qui a permis d'identifier les éléments nécessaires à leur bon déroulement. C'est notamment le cas de l'hémolyse immune décrite dans le document 1.

Résultats expérimentaux

Le document 1a indique que le tube B contient des globules rouges de mouton (GRM), du sérum de souris immunisée contre les GRM et un tampon. Dans ce tube, on observe après incubation une agglutination des GRM qui se traduit par la formation d'un culot homogène au fond du tube.

Le tube C contient les mêmes solutions mais comporte en plus du complément. Dans ce cas, après incubation, aucun GRM n'est visible ce qui signifie que les GRM ont été détruits par hémolyse. Ainsi, l'addition de complément au contenu du tube B permet d'obtenir l'hémolyse des GRM

Electrophorèse

L'electrophorèse permet de séparer les protéines d'un mélange. Lorsque le sérum est soumis à l'électrophorèse, les différentes protéines qu'il contient se séparent en fonction de leur charge électrique globale. On observe sur le document 2 que le sérum des deux souris comporte 4 fractions principales, l'albumine et les globulines a , b , g . Toutefois, le sérum de la souris immunisée contre les GRM comporte une quantité beaucoup plus importante de g -globulines qui correspondent aux anticorps. Il s'agit donc d'anticorps anti-GRM (immunoglobulines) produits spécifiquement en réponse à l'immunisation par les GRM.

Explication

Dans le tube B, la présence d'anticorps dans le sérum de souris immunisée rend compte de l'agglutination des GRM : les molécules d'anticorps comportant deux sites de reconnaissance d'un même antigène agglutinent les GRM en les liant les uns aux autres. Les complexes immuns ainsi formés sédimentent au fond du tube en formant un dépôt homogène comme le montre le document 1b.

Dans le tube C, la présence de complément aboutit à l'hémolyse des GRM engagés dans les complexes immuns. En effet, le complément est un ensemble de protéines du sérum qui a pour propriété de provoquer la lyse des antigènes lorsqu'il se lie simultanément aux anticorps et aux antigènes des complexes immuns.

Conclusion

Ces expériences illustrent les rôles respectifs des anticorps et du complément lors de la phase effectrice d'une réaction immunitaire à médiation humorale : les anticorps, formés spécifiquement en réponse à l'introduction d'un antigène, immobilisent les antigènes au sein des complexes immuns par agglutination. Le complément, non spécifique, intervient alors pour provoquer la lyse des GRM.



PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

La coupure Crétacé-Paléocène apparaît comme une crise biologique générale qui a affecté tous les milieux et tous les groupes d'êtres vivants.

A partir de l'ensemble des documents, argumentez cette idée.

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Avant de commencer

Ne perdez pas de vue que votre argumentation doit illustrer deux points différents : le fait que la crise a touché tous les milieux (aquatique et continental) et tous les groupes d'animaux (animaux invertébrés et vertébrés) montrant ainsi qu'il s'agit d'une crise globale.


CORRIGE

Introduction

L'histoire de la Terre a été marquée par de nombreuses crises biologiques à l'issue desquelles diverses espèces ont disparu tandis que de nouvelles prenaient leur place en se diversifiant à partir des espèces survivantes. La crise utilisée pour marquer la coupure entre ères secondaire et tertiaire ne fait pas exception. Comme l'analyse des documents permet de le montrer, elle a affecté des groupes divers d'organismes vivant dans des milieux différents car elle a eu un impact mondial.

Une crise mondiale

Des sites géographiquement différents comme le montre le document 3 sont révélateurs de changements écologiques majeurs à la limite Crétacé-Paléocène. Ainsi dans des régions éloignées, dans le Nord de l'Amérique et dans le Sud de l'Europe, dans la mer comme sur le continent, un changement de sédimentation intervient à la même période. En milieu marin une couche d'argile montre que la sédimentation d'origine biologique est remplacée par une sédimentation argileuse traduisant la disparition des micro-organismes marins comme les Foraminifères. La présence d'une couche de charbon, signe d'une importante végétation terrestre, au milieu de sédiments côtiers et épicontinentaux, atteste elle aussi d'un changement écologique important accompagnant une régression marine.

Les deux régions seront recouvertes par la même mer au début du Paléocène car une même espèce de Foraminifères, Globigerina pseudobulloïdes, a été fossilisée dans les deux sites. Peut-être s'agit-il de la seule espèce de Foraminifère qui a survécu à la crise parmi plusieurs dizaines d'espèces différentes identifiées dans le document 1.

Une crise affectant tous les milieux

Le document 3 montre que la crise a affecté à la fois le milieu continental et le milieu marin. En milieu continental les Triceratops du Dakota disparaissent après la limite Crétacé-Paléocène ce qui est confirmé par le document 2. De même, le milieu marin est affecté puisque de nombreux Foraminifères, animaux planctoniques, disparaissent à la même période comme on l'a vu plus haut. En outre, la sédimentation carbonatée cesse à la limite Crétacé-Tertiaire où elle est remplacée par des argiles, comme on l'a vu, avant de reprendre ultérieurement.

Le document 2 confirme ce point de vue. En effet, il montre que, parmi les Reptiles, des espèces de Dinosaures aussi bien aquatiques que terrestres ou aériennes ont disparu à cette période traduisant la crise dans les divers milieux. En revanche, si un groupe de Crocodiliens a lui aussi disparu à la même époque, d'autres groupes se sont maintenus jusqu'à nous.

Une crise affectant tous les groupes

Le document 1 montre que des Invertébrés marins comme les Foraminifères (protozoaires planctoniques) ont été largement touchés par la crise puisqu'une cinquantaine d'espèce disparaissent après la crise et qu'aucun Foraminifère du Secondaire n'a persisté jusqu'à l'époque actuelle.

Mais des Vertébrés sont également touchés, comme le montre le document 2, avec la disparition de groupes entiers de reptiles, notamment celle des Dinosaures, des Ichtyosaures et des Ptérosaures.

Conclusion

La crise Crétacé-Paléocène a donc été une crise globale. Affectant l'ensemble de la planète, aussi bien les milieux continentaux que les milieux marins, elle a fait disparaître de nombreuses espèces appartenant à différents groupes d'êtres vivants occupant les milieux les plus divers.



PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

Établissez à partir des documents fournis la chronologie relative des événements géologiques de la région étudiée, tout en définissant les conditions de mise en place des cornéennes.

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Avant de commencer

Double problème dont la résolution repose sur des méthodes différentes dont on croise les résultats : carte dans un cas, données minéralogiques dans l'autre.


CORRIGE

Introduction

Les relations géométriques entre les roches visibles sur les cartes géologiques donnent des informations sur la chronologie relative de leur mise en place. Lors des phases d'activité tectonique, des roches sont métamorphisées. Leur composition minéralogique nous informe sur les conditions de leur formation. La carte montre une succession roches sédimentaires - cornéennes - granite avec une auréole de métamorphisme caractéristique.

Les schistes sédimentaires ont pour origine des dépôts marins attestant de la présence d'une mer dans cette région au cours de son histoire. Après leur formation, ces terrains ont été affectés par la mise en place du massif granitique visible sur la carte. La mise en place des granites suppose des températures et des pressions élevées. Aussi, une auréole de métamorphisme s'est formée dans la zone de contact granites - schistes. Dans cette auréole, les schistes les plus proches des granites ont été transformés en cornéennes a et b.

Conditions de mise en place des cornéennes

L'intensité de la transformation a été plus forte pour a que pour b car elle dépend de la température et de la pression fonctions de la distance aux granites qui se mettent en place.

La composition minéralogique des cornéennes a et b(document 2) nous renseigne sur leurs conditions de formation car, connaissant les domaines de stabilité des minéraux du métamorphisme (document 3), la présence de minéraux repères permet de déterminer les conditions de température et de pression ayant conduit à leur formation. Le document montre la présence de sillimanite et d'orthose dans a mais pas dans b tandis que l'andalousite et la muscovite sont présentes dans b mais pas dans a. Ceci indique que la cornéenne a a subi des températures et des pressions plus élevées que la cornéenne b (700°C, 2 GPa contre 600°C, 1 GPa d'après le document 3).

Postérieurement à la formation des cornéennes, le massif a été le siège d'une activité tectonique marquée par une faille qui recoupe tous les terrains précédents et s'est donc formée après. Son coulissage horizontal est d'environ un kilomètre.

Les dépôts glaciaires, indiquant le caractère continental et froid de la zone se sont formés après les événements précédents car ils recouvrent les schistes, les cornéennes, les granites et la faille. Une partie en a été ensuite déblayée par l'érosion.