Antilles - Guyane - Série S - Septembre 1995

Durée de l’épreuve : 3 h 30

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


CORRIGES

PARTIE I : Mécanismes de l’immunité (8 points)

La reconnaissance de l’antigène joue un rôle important dans une réponse immunitaire spécifique, tant pour la phase d’induction que pour la phase effectrice de cette réponse.

Présenter, pour chaque phase, les molécules et les cellules impliquées dans cette reconnaissance. Illustrer les mécanismes correspondants de schémas illustrés.

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Avant de commencer
La reconnaissance de l’antigène est à la base du fonctionnement du système immunitaire. Toutes les notions concernant les molécules et les cellules qui y participent sont essentielles à la compréhension de l’immunologie.
Faites une liste des molécules capables de reconnaître un antigène spécifique puis retrouvez les cellules qui les portent ou qui les produisent.
Le plan proposé n’est en rien impératif : concevez votre propre plan comme vous préférez mais en gardant à l’esprit qu’il doit suivre une démarche explicative et un ordre logique.

CORRIGE (schémas non disponibles)

Introduction

Le système immunitaire a pour fonction de maintenir l’intégrité du soi. Il met en jeu deux types de réponses lorsqu’il est confronté à du non soi : des réactions non spécifiques et des réactions spécifiques.

Les réactions spécifiques sont celles dirigées contre un antigène déterminé appartenant au non soi ou au soi modifié. Elles supposent l’existence de structures moléculaires de reconnaissance aussi diversifiées que les antigènes.

On distingue une réponse immunitaire à médiation humorale, dont les effecteurs sont des anticorps circulants, et une réponse à médiation cellulaire, dont les effecteurs sont des lymphocytes cytotoxiques (LTc). Nous les envisagerons successivement.

Ces deux types de réactions comportent une phase d’induction, une phase d’amplification et une phase effectrice. Nous nous limiterons à la première et à la dernière, celles où la reconnaissance spécifique de l’antigène a un rôle majeur.

I- Réponse à médiation humorale.

Les lymphocytes B (LB) sont capables de reconnaître un antigène par les récepteurs membranaires dont ils sont pourvus, les récepteurs B, anticorps de surface enchâssés dans la membrane cytoplasmique du lymphocyte. Schéma 1

Ces anticorps ont la même structure générale que celle des anticorps circulants chargés de la destruction des antigènes, les immunoglobulines (Ig).

La structure d’une IgG est représentative de la structure moléculaire des anticorps. Schéma 2.

C’est la partie variable de la molécule dont la forme est complémentaire d’un antigène donné qui permet sa reconnaissance spécifique et sa fixation. Cette fixation déclenche l’activation du LB qui se transforme alors en cellules effectrices, les plasmocytes producteurs d’anticorps de même spécificité que le récepteur B à l’origine de l’activation. Les immunoglobulines circulantes vont alors lier les antigènes correspondants par leur site spécifique, les neutralisant et permettant leur destruction soit par le complément soit par phagocytose des complexes immuns formés.

Mais, en règle générale, la réponse immunitaire spécifique résulte d’une coopération cellulaire y compris dans le cas des lymphocytes B ci-dessus.

II- La coopération cellulaire. Exemple de la réponse à médiation cellulaire

Seuls les lymphocytes B sont capables de reconnaître et de lier un antigène sans le secours d’autres cellules immunocompétentes. Les autres lymphocytes ne peuvent le faire que si l’antigène est présenté par une cellule présentatrice d’antigène (CPA) comme le macrophage. Les LT possèdent des récepteurs T, protéines comportant également deux régions variables comme les anticorps et capables comme eux de reconnaître un antigène donné. (schéma 3)

Toutefois, un LT ne peut reconnaître la CPA que s’ils partagent la même spécificité HLA (schéma 4). Ce système permet la sélection de clones de LT4 auxiliaires chargés de stimuler, par des interleukines, les effecteurs de la réponse spécifique à médiation cellulaire. Ces effecteurs, les LT8, reconnaissent l’antigène présenté par une CPA par un mécanisme similaire à celui étudié ci-dessus pour le LT4. De même, sous l’action des interleukines sécrétées par la CPA et les LT4, les LT8 acquièrent leurs propriétés effectrices : ils deviennent des LT cytotoxiques (schéma 4) capables de détruire les cellules comportant l’antigène à l’origine de l’induction..

On peut noter également que des LT4 peuvent stimuler, par des interleukines, des LB ayant reconnu le même antigène qu’eux pourvu qu’une CPA leur présente le même antigène. La liaison CPA-LT4 déclenche l’activation des LT4 et la sécrétion des interleukines. Toutefois, la phase effectrice reste, dans ce cas, à médiation humorale (voir I).

Les molécules et les cellules chargées de reconnaître l’antigène sont donc les principaux acteurs du système immunitaire et participent aussi bien à la phase d’induction qu’à la phase effectrice.


PARTIE II : (7 points)

Unicité génétique des individus et polymorphisme des espèces





A) Le document ci-dessous a été obtenu à partir d’une préparation microscopique de cellules de criquet sud-américain et représente une étape de la reproduction sexuée. cet animal est diploïde et le mâle est hétérogamétique.
 
 

Voir document du sujet





Après avoir déterminé le sexe de l’animal qui a fourni la cellule étudiée et l’organe dans lequel a été réalisée la préparation microscopique, identifier le type et la phase de division représentée. (Toutes les réponses doivent être justifiées).

B) On cherche maintenant à mettre en évidence le brassage de l’information génétique. pour cela on effectue chez un autre animal, la drosophile, les croisements ci-dessous proposés.

1) Le croisement de deux lignées pures de drosophiles, l’une à ailes longues et aux yeux rouges (type sauvage), l’autre aux ailes vestigiales et aux yeux bruns, fournit une descendance (F1) constituée uniquement d’individus aux ailes longues et aux yeux rouges.

On croise alors des femelles de (F1) avec des mâles aux ailes vestigiales et aux yeux bruns, on obtient les résultats suivants :

- 716 drosophiles de type sauvage,

- 296 drosophiles aux ailes longues et aux yeux bruns,

- 238 drosophiles aux ailes vestigiales et aux yeux rouges,

- 702 drosophiles aux ailes vestigiales et aux yeux bruns.

Formuler les hypothèses explicatives nécessaires à la compréhension de ces résultats.

2) Présenter le comportement des chromosomes qui permet d’obtenir les résultats du croisement B1. La réponse sera accompagnée de schémas légendés.

3) Le chromosome n°2 de la drosophile porte les deux allèles récessifs suivants : corps noir et ailes vestigiales.

Décrire une expérience permettant de vérifier que ces deux allèles sont portés par le même chromosome.

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Avant de commencer
Comptez le nombre de chromosomes du document et comparez au nombre diploïde indiqué.
Ne récitez surtout pas la méiose mais faites une analyse des croisements avec des tableaux de croisements après avoir déterminé les génotypes.
Faites un schéma d’une méiose montrant un crossing-over.


CORRIGE
A)
Le mâle est hétérogamétique. Or, la cellule présentée contient un chromosome X et un chromosome Y.

Puisqu’il s’agit d’un mâle et que la cellule présentée ne contient que 4 éléments alors que 2n = 8, il ne peut s’agir que d’une préparation de testicule. On ne trouve, en effet, de cellules haploïdes que dans les gonades où elles se différencient en gamètes, en spermatozoïdes chez les mâles.

Sur le document, on observe que les quatre chromosomes sont constitués chacun de deux sous-unités enchevêtrées. Il doit donc s’agir de figures de chiasmas caractéristiques de la prophase de la première division de méiose sans que l’on puisse distinguer les chromatides constituant chaque sous unité des tétrades. Les cellules correspondantes sont donc celles subissant la première division de méiose, des spermatocytes de premier ordre.

Il s’agit donc d’une préparation microscopique de testicule de criquet montrant la prophase I de la méiose avec des figures de " crossing-over ".

B)
1) Le premier croisement montre que les allèles sauvages sont dominants sur les allèles mutants que nous symboliserons vg+ > vg et bw+ > bw respectivement. Le croisement étant réalisé entre des lignées pures, les parents ne forment chacun qu’un seul type de gamètes, vg+, bw+ et vg, bw respectivement. Les descendants F1 sont donc hétérozygotes, vg+, bw+/vg, bw de phénotype [vg+, bw+] puisque les allèles sauvages sont dominants.

Le deuxième croisement est un croisement-test. Les mâles sont en effet [vg, bw] c’est à dire qu’ils présentent les caractères récessifs. Ils sont donc homozygotes et ne forment qu’un seul type de gamètes, vg, bw.

La proportion des phénotypes dans la descendance est donc identique à celle des différents gamètes femelles issus de la méiose. Comme il y a 27.3 % de descendants présentant des phénotypes recombinés par rapport aux parents (296 + 238 sur 1952 descendants), cela montre qu’au moins 27.3 % des gamètes femelles ont subi une recombinaison, phénomène observé sur les chromosomes du document 1. Les locus des gènes vg et bw devraient donc être distants de 27.3 unités de recombinaison (1 unité ou centimorgan correspond à 1 % de recombinaison).

2) Le schéma 1 montre le comportement des chromosomes lors des deux croisements présentés en B1. La deuxième partie présente le détail du comportement des chromosomes lors de la méiose et la redistribution des allèles qui en découle chez les gamètes F1. La fécondation avec des spermatozoïdes ne portant que les allèles récessifs donnera donc 4 types de descendants dont les phénotypes correspondent aux 4 génotypes différents des gamètes de l’hybride F1.

3) L’expérience proposée est identique à celle présentée au B) 1). On croise une souche F1 résultant du croisement de deux souches pures [bl, vg et] et [bl+, vg+] avec une souche [bl, vg]. Si l’on obtient quatre phénotypes différents en nombre égal, c’est que les deux locus sont sur des chromosomes différents. Si, au contraire, on obtient un plus petit nombre de phénotypes recombinés que de phénotypes parentaux, c’est que les deux gènes sont liés, portés par le même chromosome .



PARTIE III - Enseignement obligatoire (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

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Les groupes d’êtres vivants évoluent dans le cadre de l’histoire de la Terre. Certains de ces groupes ont pu la traverser sans disparaître depuis l’ère primaire jusqu’à nos jours. L’évolution porte la marque des grands changements lithosphériques.

L’exemple étudié, le lys de mer (document 1) est un représentant actuel du groupe des crinoïdes, échinodermes proches des étoiles de mer, qui vivent dans les océans jusqu’à 3000 mètres de profondeur. Leur squelette calcaire permet d’identifier un nombre important de formes fossiles et actuelles et de suivre leur évolution dans l’espace et dans le temps.

A la fin du jurassique, il y a 140 millions d’années, existait une faune de crinoïdes dans la Mésogée, mer chaude et intertropicale qui, à l’ère secondaire, s’est individualisée à partir de la Thétis et qui a été tronçonnée au Miocène en plusieurs bassins dont la Méditerranée.

A partir de - 100 millions d’années, on connaît beaucoup de crinoïdes fossiles qui, sur des critères morphologiques spécifiques, peuvent être répartis en ensembles différents occupant un des trois secteurs océaniques : atlantique, indonésien, pacifique.

Très récemment (depuis 1983), on a découvert sur les pentes sous-marines de l’île de la réunion (océan indien), des spécimens vivants d’une espèce déjà présente au Carbonifère (- 300 millions d’années) et on a pêché en Nouvelle Calédonie (Pacifique occidental) des spécimens vivants du genre Gymnocrinus apparu au Jurassique (- 150 millions d’années).

On découvre plus souvent des espèces appartenant à des genres fossiles datant de moins de 100 millions d’années et proches des formes actuelles.

1) A l’aide de ces données, de l’exploitation des documents 1 et 2 et des connaissances acquises sur l’évolution des espèces, proposer des explications à la diversification et à la répartition géographique actuelles des crinoïdes à partir de la faune jurassique

2) Quelle correspondance peut-on établir entre la répartition des océans (document 2) et le nombre de genres de crinoïdes (document 3) au cours du temps ?

3) En conclusion à cette étude, montrer comment cet exemple permet d’illustrer un aspect des relations qui existent entre l’évolution de la lithosphère et celle de la biosphère.

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Avant de commencer
Lisez très attentivement le texte introductif car il contient autant d’informations que les documents.
N’oubliez pas que, bien que vivant fixés, les crinoïdes peuvent dériver et être entraînés par les courants;

CORRIGE

1) Au Jurassique, les crinoïdes ont gagné la Mésogée formée à partir de la Thétys. Ceci a été possible car ces animaux sont capables de dériver au gré des courants puis de se réancrer comme l’indique le document 1.

A partir du crétacé, la fragmentation des continents issus de l’ouverture de la pangée s’est poursuivie créant ainsi de nouveaux domaines marins : la Mésogée s’est ouverte d’un côté sur l’océan atlantique, de l’autre sur l’océan indien comme le montre la configuration des continents du Crétacé à l’Eocène (document 2). Ceci explique la répartition des crinoïdes dans ces secteurs il y a 100 millions d’années lorsque les nouveaux domaines marins se sont formés. Les crinoïdes ont pu gagner ces nouveaux domaines en dérivant et ils s’y sont fixés avant de se diversifier sur place. Quant aux crinoïdes du secteur pacifique ils peuvent avoir pour origine la population d’origine habitant la Thétys, repoussée vers le pacifique par la dislocation de la Pangée puis du Gondwana où celle ayant occupé le domaine indonésien. La diversification des crinoïdes pourrait être une conséquence de la séparation du groupe en plusieurs domaines géographiques différents, l’isolement géographique étant un premier pas vers la spéciation, source de diversification par des évolutions indépendantes.

L’espèce trouvée à la réunion pourrait être un " fossile vivant ", l’emplacement actuel de cette région correspondant à la position de la Thétis au Trias. Elle aurait donc traversé le temps sans transformation depuis le Carbonifère.

Quant au genre Gymnocrinus de Nouvelle Calédonie, il pourrait représenter un cas similaire au précédent mais l’arrêt de son évolution ne remonte qu’au Jurassique.

Il s’agit de phénomènes rares, la plupart des espèces poursuivant leur évolution ou disparaissant.

2) Les crinoïdes sont apparus à la fin du Cambrien alors que les continents étaient dispersés principalement dans l’hémisphère sud. Le nombre de genres, donc la diversité du groupe, a augmenté ensuite malgré de brèves périodes de diminution pendant toute l’ère primaire. Cette diversification peut être corrélée avec le regroupement des continents entre le Cambrien et le Trias (début de l’ère secondaire) qui a permis l’augmentation de la surface des océans favorable aux animaux marins. Les crinoïdes n’ont pas échappé à la grande crise de la fin du Permien et ont même failli disparaître. Leur diversification reprend au Trias avec l’ouverture, d’abord de nouveaux bassins comme la Mésogée, puis de véritables océans (océans atlantique et indien).

Il se produit une " explosion " du nombre de genres au tertiaire lorsque la séparation des continents se poursuivant, les différents domaines marins et océaniques se mettent à communiquer (de l’Eocène au présent, document 2).

Ce sont donc les modifications de la répartition des domaines marins qui a été la cause des variations du nombre de genres de crinoïdes au cours des temps géologiques.

3) L’évolution de la biosphère est étroitement liée à celle de la lithosphère. En effet, le déplacement des plaques lithosphériques et les divers phénomènes qui lui sont liés entraînent des modifications géographiques et écologiques, souvent majeures, dont les êtres vivants subissent les conséquences.

Ainsi, les éruptions volcaniques peuvent modifier considérablement le climat, les mouvements des plaques lithosphériques peuvent ouvrir de nouveaux domaines et donc de nouvelles niches écologiques favorables à la diversification, comme dans le cas des crinoïdes ou, au contraire, faire disparaître des niches avec les espèces qui les occupent.

La réunion et la séparation de grandes masses continentales et leurs déplacements se traduisent également par d’importantes modifications climatiques qui ont aussi des conséquences sur l’évolution de la biosphère.


PARTIE III - Enseignement de spécialité (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

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Les principaux événements géologiques qui ont affecté une région se lisent à travers les roches et les fossiles qu’elle recèle.

Les documents proposés (1, 2 et 3) concerne la région méditerranéenne à la fin du tertiaire.

A. D’après les données stratigraphiques et paléontologiques présentées dans le document 1, caractériser les milieux qui se sont succédés dans la région de la Sicile actuelle, à la fin du Tertiaire (Miocène et Pliocène). Dégager brièvement les originalités de la Méditerranée par rapport au domaine océanique.

B. D’un point de vue tectonique, la région subit au pliocène la fermeture, à l’Est de la mer ancienne (Mésogée) et la mise en place du détroit de Gibraltar qui relie la Mer Méditerranée à l’Océan Atlantique. La répartition des terres émergées et des domaines marins est modifiée comme le présente le document 2.

Quelle information essentielle est apportée par le document 2 concernant la période de crise étudiée ?

C. A partir de l’ensemble de cette étude, proposer des causes géologiques possibles de l’apparition, limitée dans le temps, des évaporites témoins de la crise messinienne et localisées sur le document 3.

ACCES AU SUJET


Avant de commencer
Mettez en relation les différents documents après les avoir analysés soigneusement. Comparez l’évolution des deux domaines étudiés.
Utilisez l’ensemble des documents pour comprendre l’évolution géologique de la région mais n’utilisez que les documents spécifiés dans vos réponses.

CORRIGE

A. A la fin du Tortonien et au début du Messinien, il y a environ 7 millions d’années (Ma), la Méditerranée est une mer assez profonde comme le montre la présence de Foraminifères pélagiques. Cette mer est ouverte sur l’Océan et présente probablement des milieux similaires comme l’atteste la présence d’une même espèce, G.Conomiozea.

Le milieu de sédimentation reste du même type jusqu’à la fin du Messinien il y a 5.7 Ma. On observe alors un changement brusque marqué par des calcaires bioclastiques caractéristiques d’une faible profondeur. Parallèlement, le niveau marin dans l’océan a baissé d’une cinquantaine de mètres. Cette régression marine pourrait expliquer la baisse de niveau du bassin méditerranéen et la disparition des foraminifères pélagiques.

Les épaisses couches d’évaporites déposées pendant les 500 000 ans suivants attestent que le niveau de la mer avait encore diminué, ces roches ne se formant que sous une faible couche d’eau. Ceci est confirmé par le niveau de l’océan resté au plus bas. De plus, le bassin méditerranéen devait être fermé car les évaporites se forment dans des zones fermées favorisant l’évaporation.

Le bassin a du s’ouvrir de nouveau mais progressivement tandis que le niveau de l’océan remontait à l’extrême fin du Miocène puisque l’on retrouve successivement de part et d’autre de la limite Miocène-Pliocène des roches caractéristiques d’une sédimentation d’abord de faible profondeur puis de profondeur moyenne parallèlement à l’augmentation du niveau marin dans le domaine océanique. Il y a donc eu une transgression à cette période.

Par rapport au domaine océanique, la Méditerranée se caractérise par des variations nettement plus rapides des conditions de sédimentation liées à sa profondeur plus faible. Les variations du niveau marin y ont des conséquences plus marquées.

B. On constate qu’à la fin du Messinien, lorsque les conditions de sédimentation ont changé, le bassin méditerranéen s’est retrouvé fermé par l’Arc de Gibraltar. On peut supposer que cette fermeture est à l’origine des variations observées dans la nature des sédiments déposés.

La disparition des Foraminifères pélagiques coïncide avec la fermeture de l’arc tandis que leur retour coïncide avec la réouverture de cet arc assurant de nouveau les échanges d’espèces entre les deux domaines marins (G.margaritae).

C. Dans ces conditions, on peut penser que la fermeture de l’arc de Gibraltar ayant permis l’évaporation du bassin méditerranéen a pu conduire à la formation d’évaporites. Etant donné l’épaisseur des dépôts, il est possible que l’évaporation ait alterné avec des périodes de communication avec les eaux océaniques assurant ainsi l’alimentation du bassin.