Métropole, groupements 1 &4. 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

En frappant le tendon d’Achille, on provoque une extension du pied sur la jambe. Ce mouvement involontaire met en jeu deux muscles antagonistes.

Expliquez comment les différentes structures nerveuses interviennent dans ce réflexe. Un schéma fonctionnel est attendu

L'évaluation prendra en compte l'organisation et l'illustration de la réponse.



Avant de commencer
Construisez votre réponse sous forme d’un plan apparent comportant introduction et conclusion. Montrez l’intervention successive des différentes structures nerveuses impliquées et les mécanismes mis en jeu au niveau synaptique. Soignez le schéma demandé qui est classique.

CORRIGE

Introduction

Le réflexe achilléen décrit correspond à la contraction d’un muscle en réponse à son propre étirement tandis que le muscle antagoniste est relâché. C’est un réflexe myotatique. L’activité des muscles impliqués dans le réflexe myotatique est commandée par des circuits nerveux formant une boucle de régulation. Nous examinerons comment les différentes structures nerveuses impliquées permettent de rendre compte de ce type de réflexe. Pour cela, nous verrons d’abord quels sont les circuits nerveux impliqués avant de nous intéresser plus précisément aux mécanismes d’intégration rendant possible la coordination des muscles antagonistes.

I- Le trajet des messages nerveux

Tout réflexe met en jeu cinq éléments : un récepteur, un conducteur sensitif, un centre intégrateur, un conducteur moteur et des effecteurs.

1) Récepteurs

Dans le réflexe achilléen, le muscle extenseur répond à son propre étirement car les récepteurs à l’origine du réflexe, les fuseaux neuromusculaires, sont situés dans le muscle lui-même. Lorsque le muscle est artificiellement étiré par le choc sur son tendon, ces récepteurs donnent naissance à des messages nerveux conduits vers la moelle épinière.

2) Conduction du message vers la moelle épinière

Les fuseaux neuromusculaires se prolongent par les dendrites de neurones en T constituant les fibres afférentes d’un nerf sensitif. Les corps cellulaires de ces neurones sont situés dans un ganglion rachidien annexé à la racine dorsale de la moelle épinière. Les axones de ces neurones se terminent dans la moelle épinière.

3) Traitement des informations par la moelle épinière

Dans la moelle épinière, les messages afférents vont déterminer deux types de réponses selon qu’ils atteignent les motoneurones de l’extenseur, à l’origine du message, ou ceux du muscle fléchisseur antagoniste : dans le premier cas, ils provoquent la contraction et donc la réponse réflexe, dans le second le relâchement, empêchant ainsi le muscle antagoniste de s’opposer au mouvement. Les mécanismes expliquant cette coordination doivent être analysés au niveau synaptique et seront examinés plus en détails au II.

4) Conduction des messages efférents

Les fibres constituant le nerf moteur de l’extenseur sont constituées par les axones des motoneurones de ce muscle. Ces axones conduisent des messages moteurs vers le muscle dont ils déclenchent la contraction. En revanche, les axones des motoneurones du fléchisseur antagoniste sont mis au repos et le muscle reste donc relâché.

5) Réaction des effecteurs

La contraction de l’extenseur provoque un raccourcissement du muscle ce qui corrige la perturbation à l’origine de la mise en jeu du système : le muscle reprend sa longueur initiale. Il s’agit donc d’une boucle de rétroaction. Il s’y ajoute un mécanisme de coordination puisque le muscle antagoniste en étant mis au repos permet au mouvement de l’extenseur d’avoir lieu.

C’est au niveau du centre nerveux, la moelle épinière, que se réalise l’intégration des messages rendant possible la réalisation du réflexe, plus précisément au niveau des synapses entre les divers neurones impliqués.

II- Mécanismes synaptiques

1) Les neurones impliqués

Dans la moelle épinière, les axones des neurones sensoriels (neurones en T du ganglion spinal) établissent des synapses dans la substance grise, d’une part, avec les motoneurones commandant le muscle extenseur et, d’autre part, par une branche collatérale, avec des interneurones (synapses neuro-neuroniques). Les axones de ces derniers forment des synapses avec les motoneurones commandant le muscle fléchisseur antagoniste. Enfin, les axones des motoneurones forment des synapses neuro-musculaires, excitatrices, avec les muscles qu’ils innervent.

2) Les mécanismes synaptiques

La synapse entre neurone en T et motoneurone est excitatrice : le motoneurone répond à la libération du neurotransmetteur par une augmentation de son activité. La synapse entre le neurone en T et l’interneurone est également excitatrice mais la mise en activité de l’interneurone a un effet opposé sur le fléchisseur. En effet, la synapse entre la terminaison axonale de l’interneurone et le motoneurone du fléchisseur est inhibitrice provoquant une diminution d’activité du motoneurone. Il en résulte un relâchement du fléchisseur. Ainsi, c’est le fonctionnement des synapses médullaires entre axones des neurones en T et motoneurones de l’extenseur, d’une part, et axones des interneurones et motoneurones du fléchisseur, d’autre part, qui explique le comportement des muscles antagonistes.

Le schéma fonctionnel suivant résume l’ensemble de ces informations.


PARTIE II : (8 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants : la notion de crise en géologie

A partir des informations tirées des documents 1 et 2 et de vos connaissances, expliquez ce qu’est une crise, ses conséquences et son utilisation en géologie.

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Avant de commencer
Il y a ici trois problèmes distincts mais liés : identification des crises, conséquences pour l’évolution de la biosphère, utilité pratique pour les géologues. Il faut donc exploiter les documents en fonction de ces trois problèmes et, comme indiqué, compléter par vos connaissances ce qui n’apparaît pas suffisamment dans les documents.

CORRIGE

Introduction

L’histoire de la biosphère a été marqué par la succession d’espèces diverses. A tout moment, certaines espèces ont disparu tandis que d’autres sont apparues. Toutefois, certaines périodes ont été caractérisées par des phénomènes beaucoup plus brutaux permettant de les considérer comme des crises. Quelles sont les caractéristiques de ces crises, leurs conséquences sur l’évolution de la biosphère et quelle utilisation peut-on en faire en géologie ?

Caractéristiques d’une crise

Des disparitions massives

Le document 2 montre que si les disparitions et les apparitions de taxons varient en permanence, à diverses périodes de l’histoire de la Terre, un grand nombre de taxons ont disparu très rapidement, à l’échelle des temps géologiques, à certaines périodes. Ce fut le cas, par exemple, à la fin du Dévonien, à la fin du Permien et à la fin du Crétacé pour ne citer que les plus importantes périodes d’extinction massive. On constate également qu’à la suite de ces disparitions massives le nombre de nouveaux taxons a augmenté rapidement. Ces disparitions massives touchant un grand nombre de taxons différents (près de 90 pour la crise permo-triassique, la plus importante) sont attribuées à des crises écologiques ayant touché la plupart des milieux de la planète. L’analyse du document 2 permet de préciser ce point de vue.

Des crises affectant tous les milieux mais néanmoins sélectives

La crise Crétacé-Paléocène (C/P) qui s’est produite il y a 65 millions d’années a affecté aussi bien le milieu marin que le milieu terrestre (document 1). En effet, le document montre que les Foraminifères, protozoaires marins, ont été largement affectés, quoique de façon sélective. Dans le milieu terrestre, les Dinosaures ont été totalement éliminés de façon brusque. En revanche, si de nombreux mammifères ont également disparu, des groupes se sont maintenus, certains se diversifiant largement à la suite de la crise. On peut y ajouter, concernant la crise C/P, que la plupart des plantes à fleurs ont été éliminées du milieu terrestre et remplacées par des fougères. Ainsi, les extinctions ont été sélectives : les différentes espèces sont inégalement touchées même si la crise touche tous les milieux.

La notion de crise en géologie recouvre ainsi des extinctions massives quantitativement, largement répandues dans l’espace (à l’échelle planétaire), brèves à l’échelle des temps géologiques, touchant tous les milieux mais affectant sélectivement les espèces. Ceci a des conséquences sur l’évolution ultérieure de la biosphère.

Conséquences d’une crise

La disparition de nombreuses espèces a pour effet de faire disparaître de nombreux écosystèmes (interruption des chaînes alimentaires). Une grande variété de niches écologiques sont donc libérées. La multiplication des taxons après une crise est visible sur le document 2. Après chaque disparition massive (crises Dévonien - Carbonifère, Permien - Trias, Trias - jurassique, Crétacé - Tertiaire), parfois parallèlement (Ordovicien, début du Dévonien) on observe une augmentation rapide de la diversification. Le document 1 montre plus précisément que les mammifères se sont diversifiés tout au long de l’ère Tertiaire après la crise C/P. On interprète cette diversification comme ayant été favorisée par l’occupation des diverses niches écologiques occupées précédemment par les Dinosaures.

Ces crises sont mises à profit par les géologues.

Utilisation pratique

Le caractère mondial des crises et leur brièveté à l’échelle des temps géologiques en font un outil de datation relative. En effet, le repérage des signes géologiques et paléontologiques de la crise permet d’établir des corrélations entre régions éloignées du globe. On a ainsi divisé les couches sédimentaires et les temps géologiques dont elles sont le témoin, en périodes successives. Les ères sont séparées sur la base des crises majeures (Permien - Trias correspond à la coupure ère primaire - ère secondaire, Crétacé - Paléocène à la coupure ère secondaire - ère tertiaire). Les intervalles plus courts le sont sur des crises moins violentes conduisant le plus souvent à des transgressions ou régressions marines.

Ainsi, les crises qui se sont produites au cours de l’histoire de la Terre permettent de jalonner l’histoire de la Terre. Leur analyse permet de mieux la reconstituer.


PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)

Mécanismes de l’immunité

Reliez, par un raisonnement logique, les différents résultats présentés dans les documents 1 à 4, pour formuler une hypothèse permettant de comprendre comment le ver parasite survit dans l’organisme de son hôte.

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Avant de commencer

S’agissant d’un cas que vous n’avez probablement pas étudié en classe, limitez-vous strictement à l’analyse des résultats proposés dont la mise en relation doit vous permettre d’imaginer la façon dont le parasite échappe aux défenses immunitaires. Aucun développement ne doit concerner le document 1.


CORRIGE

Introduction

Les parasites internes échappent aux défenses immunitaires de l’hôte puisqu’ils se maintiennent à l’intérieur de leur organisme. Les documents montrent que le système immunitaire de l’hôte ne reste cependant pas inactif.

Document 2

Le sérum des personnes atteintes de bilharziose est capable de détruire des schitosomules. Il contient donc une substance toxique pour les jeunes vers puisque le sérum est dépourvu de cellules. La figure 2 confirme ce point de vue puisque la dilution du sérum diminue l’effet toxique. La figure 1 montre que cette substance est présente en plus grande quantité dans le sérum des personnes malades. Toutefois, l’efficacité de cette substance est limitée : seuls 50 % des schistosomules sont détruits.

Document 3

L’expérience montre que la substance capable de détruire les schistosomules est spécifique : spécifique du stade de développement (les schistosomes adultes n’y sont pas sensibles) et spécifique de l’espèce (seul le sérum des malades infectés par X est efficace contre les schistosomules X).

Les résultats de ces deux expériences correspondent aux caractéristiques d’une réponse immunitaire à médiation humorale. Ils évoquent donc la sécrétion d’anticorps anti-schistosomules induite par la présence des jeunes vers dans l’organisme.

Document 4

L’immunisation des singes contre des hématies déclenche la formation d’anticorps anti-globules rouges. Si les schistosomes adultes sont détruits chez les singes immunisés, c’est probablement que les schistosomes adultes sont reconnus par ces anticorps et détruits. Etant donné qu’ils se nourrissent de globules rouges ceci nous conduit à formuler l’hypothèse suivante.

Hypothèse

Les schistosomes adultes exprimeraient à leur surface des marqueurs antigéniques différents de ceux des schitosomules. Parmi eux se trouveraient des marqueurs des globules rouges de l’hôte provenant de leur ingestion. Ils seraient donc reconnus par le système immunitaire de l’hôte comme du soi et, à ce titre, tolérés. En revanche, les schistosomules exprimant des marqueurs propres seraient reconnus par le système immunitaire qui sécréterait des anticorps contre eux. Toutefois, l’efficacité partielle de ces anticorps permettrait la transformation d’une partie des jeunes en schistosomes adultes tolérés par le système immunitaire.


PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)

Diagnostic prénatal

...

En reliant par un raisonnement logique les informations apportées par l’étude des documents 1 à 4, précisez l’origine, le mode de transmission de la drépanocytose et dites si les techniques actuelles d’investigation permettent de répondre aux interrogations du couple.

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Avant de commencer

Il faut ici se limiter aux données proposées : identification de la mutation par comparaison des séquences nucléotidiques, analyse classique d’arbre généalogique permettant d’identifier le mode de transmission de cette affection héréditaire et étude des résultats de la technique de Southern blot permettant de prévoir le génotype du foetus.


CORRIGE

Introduction

Des consultations spécifiques de " conseil génétique " permettent aux familles touchées par une affection héréditaire d’être informées des risques d’apparition de la maladie chez un enfant à naître. C’est le cas pour la drépanocytose.

Origine de la maladie

La drépanocytose est une maladie génique. Le document 4 montre que l’allèle responsable diffère de l’allèle normal par un seul nucléotide. Il en résulte une modification d’un codon entraînant la mise en place d’un autre acide aminé au site correspondant de la chaîne b de l’hémoglobine. Cette simple substitution induit donc la synthèse d’une hémoglobine anormale. L’expression de la maladie dépend donc de la transmission des allèles de la b hémoglobine d’une génération à l’autre. Examinons leur mode de transmission.

Mode de transmission

L’étude de l’arbre généalogique (document 1) permet de préciser ce point.

Les individus IV-4 et IV-5 sont atteints et portent donc l’allèle bS alors que leurs parents qui leur ont transmis cet allèle ne sont pas atteints. L’allèle est donc récessif car sinon au moins un des parents serait atteint. Les individus atteints sont donc homozygotes. De plus , l’allèle est porté par un autosome car s’il était porté par X, le père III-10 serait atteint aussi.

La transmission de la drépanocytose est donc autosomique récessive et seuls les homozygotes présentent une anémie grave.

Prévisions

L’analyse de l’ADN par la technique de transfert de Southern ou Southern blot (document 2 et 3) permet de repérer les allèles du gène de la b globine présents chez les parents III-9 et III-10 ainsi que chez le foetus. Les résultats du Southern blot confirment le caractère hétérozygote des parents déjà révélé par l’arbre généalogique. En revanche, alors que l’arbre ne pouvait révéler qu’une probabilité de 1/4 que le foetus soit homozygote pour l’allèle bS, les résultats du blot montrent avec certitude que le foetus est homozygote pour l’allèle morbide puisque la sonde ne reconnaît chez lui que les fragments de 1.4 kb. En conséquence, les parents seront informés que l’enfant à naître sera certainement atteint de drépanocytose et ils pourront choisir la suite à donner à cette information.

Les techniques actuelles d’investigation permettent donc de répondre à ce type d’interrogation car elles explorent directement le génome de l’enfant à naître après quelques semaines de grossesse.