CORRIGES

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SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

- Série S -

Madagascar - Juin 1998

Durée de líépreuve : 3 h 30

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



PARTIE I : (8 points)

Mécanismes de l'immunité

Expliquez les mécanismes de la phase effectrice de la réponse immunitaire spécifique.

Votre exposé sera illustré de schémas.



Avant de commencer

Bien se limiter à la phase effectrice et distinguer les mécanismes mis en jeu lors de la réponse cellulaire (lymphocytes cytotoxiques) et lors de la réponse humorale (anticorps et complément).


CORRIGE

Introduction

Lorsqu'une réponse immunitaire spécifique se déclenche, elle aboutit à l'élimination de l'antigène responsable lors de la phase effectrice. Selon la nature de l'antigène, la phase effectrice met en jeu des cellules spécialisées (lymphocytes cytotoxiques) qui détruisent directement les cibles antigéniques ou des molécules spécialisées (anticorps et complément) dont la combinaison provoque la lyse des cibles antigéniques. Nous examinerons successivement ces deux cas qui correspondent respectivement à l'immunité à médiation cellulaire et à l'immunité à médiation humorale.

Médiation cellulaire

Ce type de réaction, adaptée à l'élimination du soi modifié et de virus ou de bactéries à développement intracellulaire inaccessibles aux anticorps, met en jeu des lymphocytes cytotoxiques (LTc). Ces cellules, de la classe des lymphocytes T8 car elles portent le marqueur CD8 en plus du récepteur T, résultent de la transformation de lymphocytes pré Tc lors de la phase d'induction et prolifèrent sous l'action de cytokines émises par les LT auxiliaires.

Elles sont alors en mesure de se lier aux cellules cibles. La reconnaissance des cellules cibles se fait par l'intermédiaire du récepteur T et du marqueur CD8 qui se lient au complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de la cellule cible associé à l'antigène responsable de l'induction de la réponse. L'efficacité des LTc est renforcée par les cytokines émises par les LT auxiliaires. Sous leur action, des granules cytoplasmiques libèrent par exocytose des protéines cytolytiques. Celles-ci sont responsables de la cytolyse de la cellule cible.

Le schéma suivant présente ce mécanisme :

Médiation humorale

Anticorps et complément sont les molécules effectrices de la réponse humorale. Les anticorps sont sécrétés par les plasmocytes qui résultent de la transformation de lymphocytes B, sous l'influence de cytokines sécrétées par les lymphocytes auxiliaires, lors des phases d'induction et d'amplification. Les anticorps sont des molécules d'immunoglobulines capables de reconnaître spécifiquement un antigène par deux sites de reconnaissance identiques. L'existence de deux sites de liaison sur les molécules d'anticorps conduit à l'agglutination des antigènes sous forme de complexes immuns qui immobilisent les antigènes (bactéries extracellulaires notamment). Toutefois, la formation de complexes immuns n'est pas suffisante pour que les antigènes soient détruits. Il faut en outre l'action du complément, un ensemble de protéines non spécifiques, présentes dans le sérum sous une forme inactive. La fixation des molécules d'immunoglobulines aux molécules antigéniques active le complément : il se forme alors un complexe lytique qui se fixe simultanément aux molécules d'anticorps par un site spécifique (récepteur du complément) et à la membrane de la cellule cible, ce qui provoque la lyse de cette dernière (schéma 2). Les complexes immuns et les débris cellulaires résultant de la lyse sont éliminés par les cellules phagocytaires.

Conclusion

Les réponses immunitaires spécifiques diffèrent donc par les mécanismes de leur phase effectrice. Lors d'une réponse cellulaire, des cellules effectrices spécialisées, les LTc, détruisent les cellules cibles lors d'un contact tandis qu'une réponse humorale nécessite la coopération de deux types de molécules différentes : des immunoglobulines produites spécifiquement par les plasmocytes et le complément, ensemble de protéines non spécifiques présentes en permanence dans le sérum et activées par la liaison antigène-anticorps.


PARTIE II : (7 points)

Fonctionnement d'un système de régulation

A partir de l'exploitation des documents et de vos connaissances, expliquez les interactions ovaires-hypophyse au cours d'un cycle chez les Mammifères.

NB : Les modalités de la régulation sont semblables chez la Souris et la Guenon, comme chez tous les Mammifères.

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Avant de commencer

Analyser les documents pour montrer une stimulation - par voie hormonale - de l'ovaire par l'hypophyse (document 1) et une rétroaction négative puis positive de l'ovaire sur l'hypophyse par l'intermédiaire des hormones ovariennes (document 2). Les connaissances seront utilisées pour compléter les données expérimentales.



CORRIGE

Introduction

Les cycles sexuels résultent d'interactions précises entre hypophyse et ovaires par l'intermédiaire d'hormones.

Action de l'hypophyse sur l'ovaire

Le document 1 montre qu'à la suite de l'ablation de l'hypophyse antérieure, l'activité cyclique des ovaires s'arrête et les ovaires s'atrophient. Cette expérience montre que le maintien d'ovaires normalement développés présentant un fonctionnement cyclique nécessite leur stimulation par l'hypophyse. Cette action se fait par voie hormonale puisqu'une greffe de l'antéhypophyse permet de rétablir un fonctionnement normal. On sait, en effet, que l'antéhypophyse sécrète deux hormones (gonadotrophines encore appelées gonadostimulines), l'hormone folliculostimulante (FSH) et l'hormone lutéinisante (LH) qui contrôlent le fonctionnement de l'ovaire. Dans la première moitié du cycle, ces hormones stimulent le développement folliculaire qui s'accompagne d'une production d'oestrogènes, notamment d'oestradiol.

Action de l'ovaire sur l'hypophyse

Rétrocontrôle négatif

À la suite de la castration, la sécrétion de LH augmente régulièrement comme le montre le document 2. En revanche, lorsque l'on établit une perfusion d'oestradiol qui assure une faible concentration en cette hormone, on observe une diminution de 24 ng.L-1 à 2 ng.L-1 de la sécrétion de LH par l'antéhypophyse. Cet effet montre que l'ovaire exerce un rétrocontrôle négatif sur l'hypophyse par l'intermédiaire de l'oestradiol à faible concentration. C'est pourquoi, après castration, la sécrétion de LH par l'hypophyse augmente du fait de la disparition de l'inhibition par l'oestradiol. Au contraire, la perfusion d'oestradiol assure une concentration faible qui freine la sécrétion de LH.

Rétrocontrôle positif

L'injection d'une forte dose d'oestradiol au temps t1 a un effet opposé puisqu'à la suite de l'injection, on observe un pic de sécrétion de LH qui atteint 36 ng.L-1 et correspond à un rétrocontrôle positif. Ceci montre que la réaction de l'hypophyse à l'oestradiol peut présenter deux modalités différentes : en présence de faibles concentrations en oestradiol comme celles observées au début de la phase folliculaire, la sécrétion de LH est freinée tandis qu'en présence d'une forte concentration en oestradiol comme celle observée à la fin de la phase folliculaire au moment de l'ovulation, la sécrétion de LH est activée. Dans les conditions physiologiques, le pic sécrétoire de LH déclenche l'ovulation.

Progestérone

L'injection simultanée d'une forte dose d'oestradiol et de progestérone ne se traduit pas par un pic sécrétoire de LH contrairement à l'injection d'oestradiol seul. Ceci montre que la progestérone exerce elle aussi une rétroaction négative sur l'hypophyse comme c'est le cas lors de la phase lutéinique du cycle.

Conclusion

Le bon déroulement des cycles sexuels résultent donc des interactions hormonales entre hypophyse et ovaires qui revêtent différentes modalités. L'hypophyse, par ses gonadostimulines, stimule les fonctions endocrine (hormones sexuelles) et exocrine (ovulation) de l'ovaire tandis qu'en retour, les gonades peuvent inhiber ou stimuler l'hypophyse en fonction de la concentration en oestrogènes tout au long du cycle ce qui permet de synchroniser le fonctionnement de l'ensemble de la sphère génitale.



PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

A partir des documents proposés, donnez, en argumentant, les grandes tendances évolutives des Proboscidiens et complétez l'arbre évolutif possible de ce groupe sur la feuille annexe que vous rendrez avec votre copie.

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Avant de commencer

Un sujet plutôt original qui oblige à la réflexion et nécessite surtout une exploitation rigoureuse des documents. Partez des faits, la succession des espèces au cours du temps, et soyez prudents dans votre proposition d'arbre évolutif.


CORRIGE

Introduction

La succession au cours des temps géologiques d'espèces qui diffèrent d'autant plus qu'elles sont plus éloignées dans le temps témoigne du fait évolutif. L'étude des fossiles permet de reconnaître des tendances évolutives au sein des lignées et de proposer des arbres évolutifs comme dans l'exemple des Proboscidiens étudié ici.

Tendances évolutives

Taille

On observe une tendance à l'augmentation de taille qui culmine avec E.antiquus et Deinotherium avant de régresser quelque peu chez les éléphants actuels qui restent néanmoins les plus gros animaux terrestres contemporains.

Tête et trompe

La trompe, peut-être inexistante chez le plus ancien représentant, Meritherium, devient de plus en plus importante chez les formes successives et préhensile chez les formes actuelles. Son évolution traduit une spécialisation croissante du régime alimentaire.

La tête osseuse s'allonge au fur et à mesure que les défenses se développent puis la mâchoire inférieure régresse avec la disparition des défenses inférieures chez les formes apparues après le Pliocène moyen.

Dentition

Le plus ancien Proboscidien de l'Éocène, Meritherium, a une formule dentaire presque complète et très éloignée de celle des éléphants actuels et fossiles qui ne conservent que deux molaires par demi-mâchoire et une incisive supérieure. Cette tendance à la réduction du nombre de dents aboutit dès le Pliocène moyen, chez Stegodon, à la formule actuelle. Parallèlement, on constate un développement des incisives, d'abord sur chaque mâchoire (Paleomastodon, Mastodontes) puis sur la mâchoire supérieure seulement, à la notable exception de Deinotherium, seule espèce dont les incisives inférieures sont développées sans que les supérieures le soient. Il s'agit donc d'un rameau sans descendance de l'arbre car ce qui disparaît (incisive supérieure) ne réapparaît pas ultérieurement dans une lignée.

On constate également une tendance à la spécialisation des molaires avec formation de crêtes parallèles transversales de plus en plus nombreuses et fines adaptées au broyage des végétaux alors que les formes les plus anciennes présentent des molaires à tubercules arrondis peu spécialisées.

Arbre évolutif

Les deux formes de l'Éocène supérieur (Meritherium) puis de l'Oligocène (Paleomastodon) vivaient en Afrique (Égypte) et le second montre le début de la tendance évolutive des Proboscidiens. Au Miocène, il est remplacé par les Mastodontes chez lesquelles les mêmes tendances s'accentuent mais qui possèdent encore 4 défenses. Cette espèce colonise les autres continents. Comme les Stegodon, présents en Asie, possèdent seulement les défenses supérieures et les Deinotherium, présents en Afrique et en Europe, seulement les défenses inférieures, et que ces trois dernières espèces persistent jusqu'au Quaternaire inférieur, elles forment vraisemblablement trois branches différentes de l'arbre évolutif des Proboscidiens (voir figure ci-dessous). Elephas antiquus pourrait être un intermédiaire entre Stegodon et l'éléphant actuel mais cela reste hypothétique.



PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

Évolution humaine et environnement

En utilisant les résultats issus de différentes techniques d'étude et traduits par les documents joints, reconstituez les grandes variations climatiques du Quaternaire de - 135 000 ans à nos jours.

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Avant de commencer

Montrez que des données climatiques concordantes acquises par des méthodes différentes permettent de reconstituer les paléoclimats.


CORRIGE

Introduction

Trois séries de données concernant le milieu marin (abondance de Foraminifères dont le sens d'enroulement du test est un indicateur de la température) et le milieu terrestre (diagramme pollinique pour les végétaux, abondance de Mammifères ayant des exigences climatiques différentes, pour les animaux) apportent des indications sur les variations climatiques au cours des 135 000 dernières années (Quaternaire).

Foraminifères

On constate une succession de périodes qui diffèrent par la proportion relative des deux formes. Au Riss, le climat est plutôt froid puisque les formes gauches sont très majoritaires. A l'Éemien, la proportion s'inverse marquant une période nettement plus chaude. Au Würm, on distingue plusieurs épisodes froids entrecoupés d'épisodes de réchauffement d'importance et de durée inégales mais le plus souvent peu marqué : globalement, il s'agit d'une période froide. Le Würm est suivi d'une période de réchauffement à l'Holocène.

Palynologie

Le diagramme pollinique de la Grande Pile permet de suivre l'abondance de plantes dont on connaît les exigences climatiques. On constate que les pollens de plantes de milieu froid sont abondants au Riss mais sont remplacés à l'Éemien d'abord par une chênaie mixte indiquant un climat tempéré puis par des arbres de milieu plus froid montrant que le climat s'est refroidi au début du Würm et davantage encore au Würm moyen, période où la chênaie mixte a disparu, remplacée par des plantes de climat froid. Ces résultats sont en accord avec les données précédentes. À l'échelle des subdivisions la corrélation existe aussi puisque le Würm inférieur présente des périodes de réchauffement mais la méthode manque de précision car on ne peut entièrement mettre en parallèle les deux séries de données à petite échelle.

Mammifères

Le diagramme du document 4 montre des données qui ne contredisent pas les précédentes.

Au Riss, période froide, on constate l'abondance du Renne et du Mammouth, animaux des périodes froides tandis que le Cheval et le Cerf sont limités par le froid.

A l'Éemien, le réchauffement est suivi de la régression temporaire du Renne et du Mammouth tandis que le cerf devient abondant. Le Cheval en revanche reste marginal, mais la température n'est peut-être pas le seul facteur à intervenir.

Au Würm, les animaux de période froide deviennent plus abondants, notamment pendant la période la plus froide du Würm moyen, tandis que régresse le Cerf, limité par la température. Enfin, le réchauffement de l'Holocène rend possible le développement du Cheval alors qu'il freine le Mammouth et le Renne. Le Cerf reste désormais marginal.

Conclusion

On constate donc que les trois types de données convergent dans leurs grandes lignes pour montrer que le climat a subi d'importantes variations au cours des 135 000 dernières années du Quaternaire. Ces variations qui ont affecté à la fois la flore et la faune ont été enregistrées par certains êtres vivants dont les restes fossiles constituent ainsi des indicateurs des paléoclimats. Cependant, la vitesse de modification des faunes de Vertébrés montre une plus grande inertie vis à vis des changements de température que les autres marqueurs.