Métropole. Série S - Septembre 1995

Durée de l’épreuve : 3 h 30

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

CORRIGE


PARTIE I : (8 points)

Fonctionnement d’un système de régulation

Montrer que les connaissances acquises dans le domaine de la régulation du taux des hormones sexuelles femelles ont rendu possible la mise au point de méthodes permettant d’assurer la maîtrise de la reproduction humaine.


Avant de commencer

Réfléchissez aux termes " maîtrise de la reproduction humaine ". N’oubliez pas que cette maîtrise concerne aussi bien les moyens d’empêcher une grossesse non désirée que ceux permettant d’obtenir une grossesse lorsqu’existent des obstacles physiologiques.

Faites une liste de ces méthodes, éliminez celles qui sont sans rapport avec les connaissances sur les hormones sexuelles femelles et réfléchissez ensuite à la construction du plan.


CORRIGE
Introduction

Pendant très longtemps, la reproduction de l’espèce humaine a obéi à des facteurs sur lesquels l’Homme n’avait guère de prise en raison de la méconnaissance du déterminisme de la reproduction.

Il n’en est plus de même aujourd’hui : chacun peut désormais disposer de méthodes diverses permettant d’avoir le nombre d’enfants désiré au moment choisi.

On peut distinguer d’abord les méthodes permettant d’éviter une grossesse non désirée de celles destinées au contraire à rendre possible une grossesse malgré des obstacles physiologiques (procréation médicalement assistée). Dans le premier cas, on distinguera la contraception, qui prévient la rencontre des gamètes, de la contragestion, qui empêche la nidation de l’oeuf.

Toutefois, nous nous limiterons aux méthodes mises au point à la suite de la découverte des principaux mécanismes régissant la régulation des hormones sexuelles femelles. Aussi, nous examinerons d’abord les connaissances acquises en endocrinologie de la reproduction qui ont conduit à leur mise au point.

I- Bases hormonales de la maîtrise de la reproduction

Le schéma suivant résume les régulations hormonales de la reproduction dans l’espèce humaine.



 Trois événements apparaissent essentiels: l’ovulation, la fécondation et la nidation.

L’ovulation est déclenchée par l’action conjointe de FSH et de LH sur le follicule mûr et dépend du taux des hormones ovariennes circulantes. La fécondation, rencontre des gamètes dans l’oviducte, dépend aussi partiellement de l’état hormonal puisque les hormones ovariennes conditionnent en partie l’accès des spermatozoïdes à l’oviducte par leur action sur la glaire cervicale. Elles contrôlent également la réceptivité de l’utérus à la nidation par leur action sur le myomètre et l’endomètre.

Enfin, les hormones ovariennes exerçent un rétrocontrôle sur l’axe hypothalamo-hypophysaire.

Comment ces événements peuvent-ils être perturbés pour empêcher la grossesse en agissant sur les hormones qui les conditionnent ?
II- Utilisation d’hormones de synthèse pour prévenir la grossesse

Contraception orale

Pilules combinées
Le système le plus anciennement mis au point est la contraception orale par administration d’hormones ovariennes de synthèse (oestrogènes et progestatifs). Ces dernières ont pour effet de freiner la sécrétion des gonadostimulines hypophysaires en raison du rétrocontrôle négatif exercé par les hormones ovariennes sur l’axe hypothalamo-hypophysaire. Il en résulte une absence d’ovulation et donc un cycle stérile. En utilisant des doses convenables de ces hormones de synthèse et en cessant leur administration quelques jours avant la fin du cycle, on obtient un pseudo-cycle avec des règles à la fin. De plus ces hormones synthétiques ont aussi une action sur la glaire cervicale et l’endomètre rendant la nidation très difficile. Selon le dosage hormonal, on distingue des pilules normodosées et des minipilules.

Micropilules
Constituées de progestérone, elles agissent principalement sur l’endomètre dont elles freinent le développement et sur la glaire cervicale. Elles s’opposent donc à la fois à la rencontre des gamètes et à la nidation mais n’empêchent pas l’ovulation.

Contragestion

Il s’agit ici d’empêcher la nidation éventuelle d’un embryon à la suite d’une fécondation. Le principe est d’utiliser un antagoniste de la progestérone : la liaison de cette molécule (RU 486) aux récepteurs de la progestérone empêche cette hormone d’exercer son action sur l’endomètre. L’absence de développement de la dentelle utérine qui en résulte empêche la nidation.

Les connaissances dans le domaine des hormones sexuelles sont également mises à profit pour favoriser une grossesse désirée.

III- Favoriser une grossesse

La procréation médicalement assistée consiste à mettre en présence artificiellement un ovocyte et des spermatozoïdes de façon à assurer la fécondation.

L’insémination artificielle est réalisée par injection de sperme dans les voies génitales au moment de l’ovulation. Des méthodes immunologiques permettent de repérer le pic de LH qui précède l’ovulation.

Dans la fécondation in vitro et transfert d’embryon, la fécondation est réalisée à l’extérieur de l’organisme avant de replacer l’oeuf dans la cavité utérine.

Le pourcentage de réussite restant assez faible, on induit alors une ovulation multiple par stimulation hormonale de l’ovaire par des gonadostimulines de synthèse de façon à disposer d’un nombre plus grand d’embryons.

Conclusion

Comme on vient de le voir, la connaissance des bases hormonales de la reproduction humaine a permis la mise au point de méthodes variées aussi bien pour prévenir la grossesse que pour la faciliter. A l’heure actuelle, au moins dans les pays développés, la reproduction est maîtrisée ce qui signifie que chacun peut choisir d’avoir ou non des enfants au moment désiré. Il s’agit d’un progrès important, mais la maîtrise de plus en poussée de la reproduction n’est pas sans poser des problèmes éthiques (mères " porteuses ", grossesse chez des femmes âgées, enfants susceptibles de naître après la mort du père etc.).


PARTIE II : (7 points)

La transmission synaptique

Au niveau de nombreuses synapses, la transmission du message nerveux se fait par l’intermédiaire de neurotransmetteurs qui se fixent sur des récepteurs membranaires et modifient la valeur du potentiel de la membrane postsynaptique, ce qui peut entraîner la genèse d’un potentiel d’action.

Montrer en quoi les documents 1 et 2 proposés apportent des arguments permettant de justifier le mécanisme décrit ci-dessus. Votre réponse devra comporter des schémas annotés réalisés à partir des documents.

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Avant de commencer
Il s’agit d’utiliser les informations tirées des documents pour justifier l’explication d’un mécanisme supposé connu.
Il faut donc commencer par analyser les documents pour en tirer le maximum d’informations puis confronter les données physiologiques (enregistrements) et les données de microscopie électronique (état de la synapse) pour établir leurs relations.
N’essayez pas de retrouver tous les détails des mécanismes synaptiques car vous devez vous limiter aux documents proposés.

CORRIGE

Introduction

Le dispositif expérimental permet de faire varier la fréquence des potentiels d’action propagés le long de la fibre afférente. Quelles en sont les conséquences au niveau de la synapse entre cette fibre et le motoneurone ?

En 1, la fibre comme le motoneurone présentent uniquement le potentiel transmembranaire de repos. L’étirement n’est pas suffisant pour que naisse un potentiel d’action dans la fibre sensorielle. On constate que la synapse présente les éléments caractéristiques habituels avec des vésicules synaptiques placées à proximité de la membrane présynaptique (schéma 1).

En 2, l’étirement provoque la genèse sur la fibre afférente de deux potentiels d’action en 5 ms. On constate que 5 ms après le premier potentiel, le neurone postsynaptique présente une dépolarisation faible qui apparaît comme la conséquence du message afférent. A ce stade, les vésicules synaptiques sont plus proches de la membrane présynaptique, certaines y sont même soudées et l’on observe des figures d’exocytose.

L’arrivée des potentiels d’action à l’extrémité de l’axone a donc entraîné la migration et l’ouverture de vésicules synaptiques dont le contenu s’est déversé dans l’espace synaptique et y a diffusé comme le suggère le temps de latence de la réponse postsynaptique (schéma 2).

En 3, le nombre de potentiels d’action émis est plus important (5) et la réponse du neurone postsynaptique est aussi plus importante. On en déduit qu’il existe une relation entre membranes pré et postsynaptiques. De plus, si on observe encore des figures d’exocytose sur la membrane présynaptique, le nombre de vésicules est plus faible que précédemment comme si un grand nombre de vésicules s’était vidées à l’issue de l’arrivée d’un message nerveux comportant davantage de potentiels d’action (schéma 3). La quantité de neurotransmetteur libérée dans la synapse est donc proportionnelle au nombre de potentiels d’action présynaptiques.

Rien dans l’expérience ne permet de montrer directement l’existence de récepteurs postsynaptiques. Cependant, le fait que la réponse locale du neurone augmente proportionnellement à l’intensité de stimulation et est corrélée au nombre de vésicules vidées de leur contenu accrédite l’idée que le neurotransmetteur contenu dans les vésicules exerce une action sur la membrane postsynaptique. Ceci suppose qu’il existe des récepteurs pour le neurotransmetteur dans la membrane postsynaptique.

La réponse du neurone postsynaptique est une variation du potentiel transmembranaire. On peut supposer que si la stimulation avait été suffisante, ce potentiel aurait atteint le seuil et généré un potentiel d’action.


PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

Quels enseignements vous apportent les documents 1 à 4 sur la parenté et les différences entre l’Homme et les singes anthropomorphes ?

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Avant de commencer
Il faut saisir les informations permettant d’établir une parenté et d’identifier les différences en s’appuyant sur l’analyse des trois niveaux d’étude disponibles dans les documents (anatomiques, chromosomique et moléculaire) et en tirer une conclusion générale sur l’évolution des primates (ancêtre commun aux hommes et aux singes, divergence entre les différentes branches).
N’oubliez pas de justifier en quoi telle ou telle technique (proximité immunologique, comparaison de séquences d’ADN etc...) permet d’obtenir des informations sur une éventuelle parenté

CORRIGE

Introduction

Il est admis que le Chimpanzé et l’Homme ont eu un ancêtre commun ayant vécu il y a quelques millions d’années. Si c’est le cas, la comparaison des deux espèces à différents niveaux d’organisation doit nous permettre de retrouver aussi bien des caractères ancestraux partagés que des caractères ayant évolué différemment au cours du temps depuis la séparation des deux espèces.

Voyons les informations que nous pouvons tirer de ces documents.

Document 1

Ce document présente les crânes et les arcades dentaires des deux espèces.

Nous présenterons les résultats de leur analyse sous forme d’un tableau comparatif :
 





Les différences les plus importantes sont celles déduites des caractères anatomiques : station debout libérant la main, régime alimentaire, capacité cérébrale beaucoup plus importante chez l’Homme.

Seuls sont communs la tendance du crâne à augmenter de volume (si l’on compare aux autres mammifères), le nombre de dents et la forme de certaines d’entre elles.

La parenté apparaît plus marquée lorsqu’on observe les chromosomes.

Document 2

Le chromosome 2 humain semble résulter de la fusion des chromosomes 2q et 2p du Chimpanzé ce qui rendrait compte de la différence du nombre de chromosomes, 46 et 48 respectivement..

Quant au chromosome 4 humain, une inversion le sépare du chromosome 4 du Chimpanzé.

Ces différences sont compatibles avec des transformations chromosomiques postérieures à la séparation des deux espèces à partir d’un ancêtre commun.

Document 3

Le pourcentage d’agglutination traduit la proximité immunologique et donc biochimique entre des espèces et constitue une mesure du degré de parenté, l’évolution s’accompagnant d’une divergence au niveau moléculaire. A cet égard, l’Homme est beaucoup plus proche du Chimpanzé que de tous les autres mammifères y compris d’autres singes anthropomorphes.

Document 4

La comparaison des séquences d’ADN permet d’aborder encore plus finement la parenté des espèces puisqu’elle rend possible des comparaisons jusqu’au niveau d’un seul nucléotide au sein d’un codon.

La NAD déshydrogénase présente un nombre de différences si proche entre Homme et Chimpanzé d’une part et Homme et Gorille d’autre part (8 et 9) qu’il est impossible de déterminer de laquelle de ces deux espèces l’Homme est le plus proche surtout sur un aussi petit nombre de nucléotides. Chimpanzé et Gorille diffèrent par seulement 6 nucléotides ce qui semblerait indiquer une plus grande proximité entre eux. Cette idée est compatible avec un ancêtre commun aux trois espèces antérieur à la divergence Chimpanzé-Homme.

Conclusion

L’Homme et les grands singes semblent donc avoir un ancêtre commun relativement récent dont ils conservent tous des caractères communs. De cet ancêtre aurait dérivé deux groupes, singes et hominiens. Cette première séparation s’est accompagnée de remaniements chromosomiques. On ne peut dire si ces remaniements sont la cause des modifications anatomiques importantes qui ont eu lieu dans la branche humaine avec pour principales conséquences, la station debout, la libération de la main et le développement du cerveau.


PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

A partir d’une étude raisonnée, rigoureuse et critique des documents 2, 3 et 4, proposez une explication aux extinctions massives de la fin du Crétacé. Les magnétites nickelifères constituent-elles un argument décisif ?

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Avant de commencer
Recherchez d’abord les indices généraux indiquant des modifications environnementales de grande ampleur sur les documents. Recherchez ensuite les événements susceptibles de les provoquer par une analyse détaillée de chaque document.
N’oubliez pas que plusieurs événements ont pu se produire à peu près à la même époque et que l’on ne dispose pas encore d’une explication certaine.

CORRIGE

Introduction

Des extinctions massives d’espèces aussi bien marines que terrestres se sont produites à plusieurs reprises dans l’histoire de la Terre. Elles sont bien documentées et sont donc un fait (document 1). Il n’en est pas de même pour les causes qui ont pu produire de tels effets à l’échelle mondiale.

On recherchera dans les documents les indices de catastrophes écologiques de grande ampleur à la limite Crétacé-tertiaire en raison des effets globaux qu’elles auraient pu avoir sur la biosphère.

Des catastrophes différentes à la même période

Les documents montrent que plusieurs types événements se sont produits à la même période autour de - 65 Ma.

La chute de la sédimentation carbonatée (tests calcaires d’organismes planctoniques, algues, foraminifères etc...) révèle une diminution importante de la biomasse océanique peut-être due à une régression marine.

Un impact de météorite s’est produit dans le golfe du Mexique. Compte tenu de la taille du cratère, le météorite avait un diamètre supérieur à 10 km. Les effets environnementaux ont donc dû être très importants avec baisse de l’intensité lumineuse et de la température. Les traces de raz de marée persistent en effet à plus de 1000 km de la zone d’impact.

L’augmentation du taux d’iridium peut être liée à la chute du météorite (ils en sont riches) mais elle pourrait également être liée au volcanisme de point chaud comme celui du Deccan à la fin du Crétacé. En revanche, les magnétites nickelifères ne semblent pas pouvoir se former en dehors d’un impact météoritique.

Des éruptions volcaniques gigantesques, d’une ampleur jamais vue par l’Homme se sont produites à la limite K/T. Dans ces conditions, les effets environnementaux produits par la mise en place des Trapps du Deccan ont été très importants : une forte diminution de l’intensité lumineuse et de la température a dû faire disparaître de nombreuses espèces végétales et animales.

Conclusion

Il semble qu’au moins deux événements catastrophiques, simultanés ou rapprochés (à l’échelle géologique), la chute d’un météorite et le volcanisme du Deccan aient eu lieu autour de la limite K/T. L’effet de tels catastrophes sur l’environnement est majeur notamment en raison de la diminution d’intensité lumineuse et de température qui les accompagnent à l’échelle mondiale. Ils pourraient rendre compte des extinctions massives observées dans tous les milieux en raison de la disparition de chaînes alimentaires complètes.

La régression marine de cette période pourrait être due à la baisse de température provoquant une augmentation de l’extension des glaces polaires et des glaciers.

La présence des magnétites nickelifères ne semble pas un argument décisif : même si elle atteste un impact météoritique, cela ne prouve pas qu’il soit le seul responsable des extinctions massives.