Antilles - Guyane. Série S - Juin 1997

Durée de l’épreuve : 3 h 30

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


CORRIGES

PARTIE I : (8 points)

Aspects du fonctionnement des centres nerveux


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En vous limitant à un neurone récepteur, exposez les caractéristiques de ces potentiels en soulignant leurs analogies, leurs différences et leurs relations.

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Avant de commencer

La limitation du propos à un neurone récepteur impose de n’évoquer que le potentiel de récepteur et le potentiel d’action. Il s’agit donc de conduire une comparaison entre ces deux types de potentiels.


CORRIGE

Introduction

La communication nerveuse repose sur la naissance, la propagation et la transmission de messages au sein de réseaux de neurones. Les messages qui naissent dans un neurone récepteur puis sont propagés le long des fibres nerveuses correspondent à des variations du potentiel transmembranaire de ces cellules. Aussi, après avoir défini le potentiel transmembranaire, nous examinerons les caractéristiques des potentiels de récepteur et des potentiels d’action, les seuls potentiels dont les neurones récepteurs peuvent être le siège.

Le potentiel transmembranaire

Il existe chez toute cellule vivante une différence de potentiel entre les faces extra et intracellulaire de la membrane plasmique. Pour les cellules nerveuses, cette différence de potentiel transmembranaire est de l’ordre de - 50 à -70 mV, la face extracellulaire étant chargée positivement et la face intracellulaire négativement. En outre, chez les cellules nerveuses, ce potentiel est susceptible de subir des variations dans différentes conditions. Ainsi, un neurone récepteur subit une modification de son potentiel de membrane, appelée potentiel de récepteur, lorsqu’il est soumis à un stimulus spécifique, modification pouvant conduire dans certaines conditions à l’émission d’un message nerveux constitué de potentiels d’action. Pour comparer les caractéristiques du potentiel de récepteur et du potentiel d’action, nous prendrons l’exemple du neurone en T du ganglion spinal dont la terminaison annulo-spiralée constitue le récepteur d’étirement du fuseau neuromusculaire.

Le potentiel de récepteur

Lorsque le fuseau neuromusculaire est soumis à un étirement, on constate une dépolarisation de la membrane. On appelle transduction cette transformation du stimulus, ici mécanique, en un phénomène électrique. De plus, pour des étirements croissants, on constate une dépolarisation proportionnelle de la membrane : le potentiel de récepteur est graduable. Pour des étirements faibles, la dépolarisation s’atténue rapidement le long de la fibre afférente : le potentiel de récepteur est un potentiel local, non propageable. Enfin, 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. On peut donc résumer les caractéristiques du potentiel de récepteur : il s’agit d’une dépolarisation membranaire non propageable, graduable, modulée en amplitude, sommable. Cependant, lorsque l’étirement atteint une valeur critique, on constate l’émission de potentiels d’action le long de la fibre afférente du fuseau neuromusculaire. Quelles en sont les caractéristiques ?

Le potentiel d’action

Des potentiels d’action sont émis lorsque la dépolarisation correspondant au potentiel de récepteur atteint une valeur seuil. C’est donc la dépolarisation locale correspondant au potentiel de récepteur qui donne naissance, lorsque sa valeur atteint ou dépasse un seuil, aux potentiels d’action constituant les messages nerveux émis par le neurone récepteur. 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 de l’étirement se fait donc ici en modulation de fréquence. On peut donc résumer les caractéristiques des potentiels d’action : il s’agit de potentiels propageables d’amplitude constante donc non graduables et non sommables assurant le codage de l’information par modulation de fréquence. Ils n’apparaissent dans un neurone récepteur que si le potentiel de récepteur atteint une valeur seuil et présentent une fréquence d’autant plus élevée que le potentiel de récepteur est important.

Conclusion

Bien que les deux types de potentiels étudiés correspondent à des variations du potentiel de membrane, leurs caractéristiques sont différentes. Le potentiel de récepteur assure la transduction du stimulus avec un codage en amplitude et donne naissance, dès que le seuil de dépolarisation est atteint, à un message nerveux constitué de potentiels d’action avec un codage en fréquence.


PARTIE II : (7 points)

Mécanismes de l’immunité

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Expliquez les résultats obtenus dans les diverses situations expérimentales du document 1, en utilisant vos connaissances sur les mécanismes de la réponse immunitaire.

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Avant de commencer

Analysez la situation témoin à l’aide de vos connaissances puis montrez la nécessité d’une coopération entre les différents acteurs cellulaires et moléculaires de la réponse immunitaire à médiation humorale à partir de l’analyse des autres situations.


CORRIGE

Introduction

La réaction immunitaire à médiation humorale met en jeu diverses cellules et molécules. Lorsqu’elles sont réunies in vitro dans des conditions adéquates, leur coopération aboutit à la destruction des antigènes introduits dans le milieu comme, par exemple, des globules rouges de mouton (GRM), ce qui se traduit par l’apparition de plages d’hémolyse.

Groupe témoin et système révélateur

Les plages d’hémolyse apparaissent lorsqu’un plasmocyte sécrète des anticorps anti-GRM et que du complément est présent dans le milieu. Les anticorps se fixent aux GRM et activent le complément contenu dans le sérum frais (non spécifique) qui provoque la lyse des GRM en détruisant leur membrane. Lorsque l’on n’observe pas de plages d’hémolyse, cela signifie qu’il n’y a pas de plasmocytes sécréteurs d’anticorps puisque des GRM et du sérum frais contenant du complément sont ajoutés dans chaque expérience.

Groupes expérimentaux avec souris normale

On observe des plages d’hémolyse uniquement lorsque des lymphocytes et des macrophages ont été réunis avec l’antigène. Les lymphocytes seuls ou les macrophages seuls mis en présence de l’antigène ne conduisent pas à la formation de plasmocytes sécréteurs d’anticorps. Ceci montre que l’activation des lymphocytes B et leur transformation en plasmocytes nécessite une coopération cellulaire au cours de laquelle interviennent des macrophages. Toutefois, la présence des macrophages et des seuls lymphocytes B n’est pas suffisante comme le montre l’expérience avec les souris sans thymus.

Groupe expérimental avec souris sans thymus

Les souris sans thymus ne produisent que des lymphocytes B. En effet, les lymphocytes B acquièrent leur immunocompétence dans la moelle osseuse où ils sont produits alors que les lymphocytes T, produits aussi dans la moelle osseuse acquièrent leur immunocompétence dans le thymus. Une souris sans thymus ne possède pas de lymphocytes T. L’expérience montre qu’en l’absence de lymphocytes T, il ne se forme pas de plasmocytes sécréteurs d’anticorps anti-GRM. En effet, la coopération cellulaire à l’origine de leur formation implique non seulement les macrophages et les lymphocytes B mais aussi des lymphocytes T4. Les antigènes sont présentés par les macrophages à des lymphocytes T4 (dits auxiliaires) qui réagissent en sécrétant des cytokines capables de stimuler la transformation des lymphocytes B spécifiques en plasmocytes sécréteurs d’anticorps anti-GRM.

Conclusion

Les expériences présentées confirment donc la nécessité d’une coopération cellulaire entre macrophages, lymphocytes T et lymphocytes B pour aboutir à la sécrétion d’anticorps anti-GRM permettant, après liaison à l’antigène, sa destruction sous l’action du complément.


PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

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Exploitez les informations fournies par les documents 2 et 3 afin d’argumenter quant à l’existence d’une crise biologique à la limite Crétacé - Paléocène et d’en dégager les effets sur l’évolution ultérieure des êtres vivants.
 


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Avant de commencer

Montrez que les documents permettent d’envisager une crise ayant touché tous les milieux (océans, continents) et des groupes d’êtres vivants très différents (microorganismes, vertébrés, végétaux) suivie d’une phase de diversification (foraminifères, mammifères).



CORRIGE

Introduction

L’histoire de la planète a été marquée par des extinctions et des apparitions d’espèces depuis que la vie est apparue, mais à certaines périodes, de véritables crises ont conduit à la disparition d’un grand nombre d’espèces en un temps bref à l’échelle géologique, suivies de phases de diversification des espèces survivantes et d’apparition d’espèces nouvelles.

En géologie, on parle de crise lorsque les archives paléontologiques montrent des disparitions massives d’espèces touchant des groupes variés dans différents milieux. Les documents proposés permettent de reconnaître les caractéristiques d’une telle crise à la limite Crétacé - Paléocène.

Les extinctions

Le document 2 montre que de nombreux microorganismes marins ont disparu à la fin du Crétacé terminal. Ces extinctions affectent le plancton végétal (Coccolithophoridés) comme le plancton animal (Foraminifères) et aboutissent à une diminution considérable de la sédimentation carbonatée. Parmi les Foraminifères planctoniques, une trentaine d’espèces appartenant à divers genres, soit les 2/3 des espèces présentes sur le site de El Kef disparaissent brusquement juste avant ou au moment du passage Crétacé - Tertiaire alors qu’une quinzaine d’espèces se maintiennent après cette période. Le document 3 montre que des changements importants ont aussi affecté le milieu continental. Sur le site de Hell Creek, la colonne stratigraphique montre une sédimentation de type continental à la fin du Crétacé avec des sédiments détritiques contenant des racines et la présence de pollen. Un niveau d’argile à la limite Crétacé - Tertiaire révèle une transgression contemporaine de la disparition des pollens, des dinosaures et des mammifères du Crétacé. Malgré une régression dès le début du Tertiaire marquée par la formation de lignite puis de silt, on ne retrouve ni les pollens ni les dinosaures qui ont donc disparu définitivement. Ainsi, les extinctions de la limite Crétacé - Tertiaire touchent non seulement des groupes variés, des animaux comme des végétaux, des microorganismes comme des vertébrés, mais aussi des milieux différents, marin et continental. Il s’agit donc d’un phénomène de grande envergure, bref à l’échelle géologique qui répond à la définition d’une crise biologique donnée en introduction.

Effets sur l’évolution des êtres vivants

On constate qu’après la crise, la sédimentation carbonatée reprend en milieu marin comme le montre le document 2. La teneur en calcaire des marnes du Tertiaire inférieur augmente progressivement et finit par retrouver son niveau du Crétacé terminal. Toutefois, ce sont d’autres espèces qui en sont responsables. Le site d’El Kef montre que dès le début du Tertiaire de nouvelles espèces de Foraminifères apparaissent progressivement tandis que les espèces qui avaient échappé à la crise disparaissent. En milieu continental, la formation de lignite au début du Tertiaire montre que d’autres végétaux aériens, probablement des Fougères, ont remplacé les plantes à fleurs disparues. De plus, si les Dinosaures ont disparu définitivement, il n’en est pas de même des Mammifères. Toutefois, les espèces de Mammifères qui se développent au Paléocène ne sont pas les mêmes que celles du Crétacé : ces dernières ont été remplacées par de nouvelles espèces. Ainsi, après une crise, on constate un renouvellement des faunes et des flores. L’exemple des Mammifères montre en outre une phase de diversification après la crise puisque l’abondance des espèces augmente.

Conclusion

Les données stratigraphiques et paléontologiques permettent donc de reconnaître l’existence d’une crise à la limite Crétacé - Paléocène. A la suite de cette crise, on observe une diversification des espèces survivantes interprétée généralement comme une conséquence de la libération de nombreuses niches écologiques à la suite de la crise.


PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

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A partir de l’exploitation des documents 2 et 3, précisez la nature et la chronologie des événements géologiques ayant affecté la région des Alpilles, ainsi que l’époque et les conditions de la formation de la beauxite.

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CORRIGE

Introduction
Le sous-sol de cette région est formé uniquement de roches sédimentaires. Elles forment des couches dont la nature dépend des conditions de sédimentation et qui ont subi diverses déformations au cours des temps géologiques.

Nature et chronologie des événements

Les dépôts les plus anciens correspondent au Crétacé inférieur. Il s’agit de dépôts de calcaires marins (Ha) puis de calcaires récifaux à rudistes (Ur) montrant que le niveau de la mer est plus bas à la fin du Crétacé inférieur : la mer se retire à la fin de Ur. En effet, la formation de la bauxite aux dépens de l’érosion des calcaires du Crétacé inférieur (document 3) est un phénomène continental et confirme l’émersion de la région il y a 96 millions d’années (Ma). Dès le début du Crétacé supérieur (Va) la mer revient comme l’attestent les dépôts d’abord fluvio-lacustres puis marins qui se poursuivent pendant le Crétacé supérieur jusqu'à -65 Ma. Les couches sédimentaires déposées pendant le Crétacé subissent ensuite des contraintes importantes conduisant à des plissement et à des failles qui n’affectant pas les couches du Miocène ont dû se produire entre - 65 Ma et -23 Ma. Cette période correspond à une lacune de sédimentation au cours de laquelle les couches plissées du Crétacé ont été soumises à l’érosion. Enfin, le Miocène formé de calcaires marins est transgressif et en discordance sur le Rognacien ce qui montre un retour de la mer il y 23 Ma. Une partie de ces calcaires a disparu à la suite de l’érosion, ceux situés dans la région de St. Rémy donnant naissance à des alluvions.

La bauxite

La bauxite s’est formée aux dépens des calcaires du Crétacé inférieur et leur est donc postérieure. Etant donné que le Valdo-Fuvélien s’est déposé par dessus les bauxites, leur formation s’est produite à la limite Crétacé inférieur - Crétacé supérieur il y a 96 Ma.

La bauxite est un minerai riche en oxyde d’aluminium. On constate qu’elle se forme à partir de l’argile rouge résultant de l’érosion du calcaire. Etant donné les rapports entre calcaire, argile et bauxite indiqués sur le document 3, on peut supposer que l’altération du calcaire a pu conduire à la formation de l’argile rouge, par exemple par décalcification. Cet argile (silicate d’alumine) a pu alors se transformer en bauxite sous un climat chaud et humide par hydrolyse des silicates.

Conclusion

La région a été marquée par une alternance de transgressions et de régressions marines. A l'occasion de l'émersion des calcaires du Crétacé inférieur, la bauxite s'est formée par altération en milieu continental sous un climat tropical humide comme se forment actuellement les sols ferralitiques.