SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

- Série S -

Amérique du Nord - Juin 1999

Durée de l’épreuve : 3 h 30

Coefficient : 6 ou 8
 
 


Corrigés

Partie 1
Sujet
Unicité génétique des individus

Sous forme d'un exposé clair, organisé et illustré, expliquez les mécanismes créateurs de la diversité génétique au cours de la reproduction sexuée.

NB : les mutations ne sont pas à considérer comme des mécanismes de reproduction sexuée. On limitera les illustrations aux phases essentielles.



Avant de commencer
La création de la diversité génétique consiste à produire de nouveaux génotypes avec les allèles existant dans une population. C'est la méiose qui assure la redistribution des allèles et la fécondation qui amène à la constitution des génotypes.


Corrigé

Introduction
Les espèces sont caractérisées par un pool génique pour lequel le polymorphisme est la règle. Chaque individu possède un sous ensemble d'allèles particulier du même pool et est, en outre, hétérozygote pour de nombreux gènes. Chez les espèces à reproduction sexuée, ce sont la méiose et la fécondation qui assurent la maintien du polymorphisme génétique. Au cours de la méiose, les allèles homologues sont redistribués ce qui conduit à nouvelles combinaisons alléliques de certains gènes. À la fécondation ces nouvelles combinaisons peuvent conduire à de nouveaux génotypes parfois responsables de phénotypes nouveaux. Nous examinerons successivement les mécanismes mis en œuvre au niveau cellulaire en partant de l'étude d'un cas précis chez un animal de laboratoire, la Drosophile.

Deux mécanismes de brassage génétique se produisent à la méiose : le brassage interchromosomique et le brassage intrachromosomique.

Brassage interchromosomique

Considérons deux souches de Drosophiles homozygotes différant par les allèles de deux gènes situés sur des chromosomes différents (gène indépendants), par exemple les gènes vestigial (vg+, vg) et ebony (eb+, eb). Si l'on croise ces deux souches entre elles, l'une [Vg+, Eb+], l'autre [Vg, Eb], puisqu'elles ne forment qu'un type de gamètes, les descendants seront hétérozygotes pour les deux gènes. Au moment de la méiose, ensemble de deux divisions précédées d'une seule synthèse d'ADN qui conduit typiquement à la formation de quatre cellules haploïdes à partir d'une cellule diploïde, quatre combinaisons équiprobables d'allèles sont possibles puisque les chromosomes homologues se répartissent au hasard entre les cellules filles dès la première division de méiose comme le montre le schéma 1.

À la suite de ce processus de brassage interchromosomique, quatre gamètes différents peuvent être produits en proportions égales.

Il s'y ajoute un mécanisme de brassage intrachromosomique.

Brassage interchromosomique

Lorsque deux gènes sont portés par le même chromosome (gène liés), ils ont tendance à être répartis dans la même cellule fille puisqu'il y a un exemplaire de chaque chromosome par gamète comme on l'a vu ci-dessus. Toutefois, un mécanisme spécifique rend possible les recombinaisons entre gènes liés. Il s'agit des crossing-over, échanges de segments chromosomiques et donc de gènes entre chromosomes homologues. Ces échanges ont lieu lors de la prophase de la première division de méiose au cours de laquelle des enjambements se produisent entre les quatre chromatides homologues qui forment des bivalents. Lors de la séparation des centromères à la fin de cette phase, des gènes ont pu être échangés entre chromatides homologues conduisant à de nouvelles combinaisons. La probabilité de recombinaison entre gènes liés est d'autant plus élevée que les gènes sont plus éloignés sur le chromosome ce qui permet de dresser la carte physique des chromosomes. Le schéma 2 présente ce mécanisme à l'origine lui aussi de la formation de combinaisons génétiques variées lors de la méiose.

Fécondation

Les gamètes variés formés lors de la méiose se rencontrent au moment de la fécondation. Celle-ci intervient aussi dans le brassage génétique car les gamètes se rencontrent au hasard. Ainsi, la formation de nouveaux génotypes dépend des allèles portés par les gamètes et de la probabilité de leur rencontre.

Conclusion

Les mécanismes examinés portent en fait sur des milliers de gènes comportant souvent de nombreux allèles. Aussi, la méiose et la fécondation sont à l'origine d'une diversité génétique considérable qui rend compte à la fois du maintien du polymorphisme et de l'unicité de l'individu.



Partie 2

Sujet

Mécanismes de l'immunité

Les mécanismes de l'immunité font intervenir plusieurs types de réponses immunitaires, comportant chacune différentes étapes.

Utilisez les apports des documents 1 et 2, complétés par vos connaissances, pour préciser les étapes du déroulement de la réponse immunitaire mise en évidence par les expériences et observations réalisées.

Vous terminerez par un schéma traduisant l'observation de l'électronographie du document 2.

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Avant de commencer

Se limiter à la production d'anticorps par un clone immunocompétent sélectionné puis stimulé. Faire apparaître la structure d'un complexe immun sur le schéma demandé.



Corrigé

Introduction

Parmi les réactions immunitaires spécifiques, les réactions à médiation humorale sont celles dont la phase effectrice met en jeu des anticorps. Les documents présentés permettent de préciser les étapes de ce type de réponse.

Induction

L'induction d'une réponse immunitaire spécifique nécessite la détection d'un antigène par des cellules immunocompétentes spécifiques. Le document 1 montre qu'il existe dans la population lymphocytaire d'une souris non immunisée une petite fraction de lymphocytes capables de reconnaître un antigène donné. En effet, lorsqu'un antigène Ag1 est fixé sur la gélatine, 0.01 % des lymphocytes se fixent sur la gélatine et ne sont pas éliminés par le rinçage car ils se lient par leurs anticorps de membrane à Ag1. Dans une réponse immunitaire à médiation humorale, ce sont des lymphocytes B (LB) qui présentent la propriété de fixer un antigène par des anticorps de membrane, permettant ainsi la sélection des clones immunocompétents.

Stimulation et production d'anticorps

À la suite de la sélection des clones spécifiques de LB, la réponse humorale se poursuit si des lymphocytes T auxiliaires (LTaux) produisent des interleukines qui provoquent l'expansion clonale et la transformation des LB sélectionnés en plasmocytes sécréteurs d'anticorps. Dans l'expérience du document 1, les LB sélectionnés et cultivés en présence d'interleukines ont donné naissance à de très nombreuses cellules uniquement dans la chambre où Ag1 a été introduit. Ceci correspond à l'expansion clonale produite in vivo par les interleukines des LTaux. Les antigènes 2 et 3 ne sont pas reconnus par le clone spécifique de Ag1.

Phase effectrice

Lors de la phase effectrice in vivo, les plasmocytes issus de la population de LB sélectionnés produisent les anticorps nécessaires à la neutralisation des antigènes. Ils vont former avec ces derniers des complexes immuns au sein desquels les antigènes sont immobilisés en réseau par les molécules d'anticorps en raison de l'existence de deux sites de liaison spécifique du même antigène sur chaque molécule d'immunoglobuline. Le document 2 présente une photographie prise au microscope électronique d'un complexe immun avec un grossissement de x 600 000. En effet, le filtrat doit contenir des anticorps anti-Ag1 puisque des LB sélectionnés cultivés en présence de l'antigène et d'interleukines devraient avoir donné naissance à des plasmocytes sécréteurs d'anticorps anti-Ag1. D'autre part, l'aspect de réseau reliant les molécules d'antigènes évoque l'action d'agglutination produite par les anticorps.

In vivo, ces complexes immuns seraient ingérés par des cellules phagocytaires.

Le schéma ci-dessous est une interprétation de ce cliché.

Conclusion

Ainsi, les documents présentés illustrent quelques aspects de la réponse immunitaire à médiation humorale : sélection de clones immunocompétents spécifiques d'un antigène, actions de stimulation et de différenciation exercées par des interleukines, formation de complexes immuns entre anticorps et antigènes.



Partie 3 (enseignement obligatoire)

Sujet

Histoire de la Terre et des êtres vivants

L'Homme peut se définir comme un Primate qui a acquis la station bipède et la capacité de fabriquer des outils.

Par l'exploitation méthodique des documents fournis, argumentez cette affirmation.

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Avant de commencer
Les mots clés pour lesquels des arguments doivent être trouvés sont bipédie (document 1) et outils donc intelligence (documents 2 et 3). On peut analyser les documents dans l'ordre de leur présentation.


Corrigé

Introduction

Si l'on ne conteste plus aujourd'hui raisonnablement le fait que l'Homme puisse être considéré comme un Primate ayant acquis la bipédie et la capacité de fabriquer des outils, c'est parce que les arguments en ce sens sont très nombreux. Les documents proposés illustrent certains d'entre eux.

Document 1

Le document 1 présente le squelette du bassin et des membres chez trois Primates, deux actuels, le Chimpanzé et l'Homme et un fossile, l'Australopithèque. L'Australopithèque est considéré comme le premier primate à avoir acquis la bipédie. Contrairement au Chimpanzé dont le déplacement est essentiellement quadrupède, l'Homme est bipède. La station bipède est liée notamment à la structure du membre inférieur et du bassin qui doivent pouvoir supporter tout le poids du corps. Le cas de l'Australopithèque montre que la station bipède était acquise, même imparfaitement dès - 3.8 Ma.

Document 2

Le document 2 présente certaines caractéristiques de représentants fossiles de la lignée humaine. Les Australopithèques, malgré l'acquisition de la bipédie n'appartiennent pas au genre Homo. Aucun outil ne leur étant attribué dans le document 2, ils ne répondent pas entièrement à la définition donnée. En revanche, tous les représentants suivants fabriquaient des outils et répondent donc à la définition donnée. Toutefois, si la station bipède était fixée dès -1.5 Ma avec H. erectus, la capacité à fabriquer des outils s'est progressivement développée au cours de l'histoire humaine comme le montre l'évolution de l'outillage lithique, de plus en plus fin et élaboré ainsi que le recours à des matériaux de plus en plus diversifiés (pierre puis os). Parallèlement, le volume crânien, donc la taille du cerveau, se sont accrus depuis cette période. Alors que les Australopithèques avaient un volume crânien similaire à celui des grands singes, il est passé dans la lignée humaine de 650 cm3 (H. erectus) à 1 500 - 1 400 cm3 (H. neanderthalensis, H. sapiens).

Document 3

Ce document confirme l'augmentation continue du volume cérébral dans la lignée humaine. En l'indiquant en fonction du poids du corps, son augmentation à travers la lignée est rendue plus évidente. Contrairement aux grands singes dont le volume crânien ne diffère guère de celui des Australopithèques quel que soit leur poids, la lignée humaine montre une augmentation continue et considérable de ce volume au cours de son évolution pour un poids du corps qui a peu augmenté.

Conclusion

Ainsi, l'Homme peut être effectivement défini comme un Primate ayant acquis la station bipède et la capacité à fabriquer des outils. Toutefois, cette capacité s'est développée progressivement au cours de l'histoire de l'homme pour atteindre aujourd'hui une culture technique extrêmement diversifiée. D'autre part, l'homme ne peut être défini simplement par ces deux caractéristiques qui ne prennent en compte ni le langage articulé, ni les capacités de réflexion de l'espèce humaine absents chez les autres Primates.



Partie 3 (enseignement de spécialité)

Sujet

Histoire de la Terre et des êtres vivants

L'analyse des roches et des fossiles récoltés dans les séries sédimentaires permet, dans certains cas, de reconstituer l'histoire géologique d'une région à une époque passée.

Utilisez l'ensemble des documents fournis pour comparer la succession des événements géologiques des deux sites étudiés au cours du Valanginien.

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Avant de commencer
La comparaison des deux zones différentes, fosse et plate-forme peu profonde, nécessite de s'appuyer sur les différences lithologiques identifiables sur la série de Carajuan en établissant les corrélations temporelles avec les fossiles d'Ammonites.


Corrigé

Introduction

La reconstitution des événements géologiques passés peut souvent être réalisée en s'appuyant sur les informations tirées des roches sédimentaires, notamment sur leurs caractères lithologiques et sur les fossiles qu'elles contiennent, comme nous le montre l'exemple du Crétacé inférieur de Provence.

Document 1

La carte montre qu'au début du Crétacé, une mer se trouvait dans cette région. Une fosse profonde (500 m), la fosse vocontienne, était bordée au nord, à l'ouest et au sud par une plate-forme peu profonde d'une centaine de km de large. Dans ces zones, des dépôts sédimentaires se sont formés au cours de cette période. La plate-forme, beaucoup plus sensible aux mouvements de la mer qui ont modifié sa profondeur au cours du temps, a donc subi différents types de sédimentation tandis que la fosse, moins sensible à des modifications peu marquées du niveau de la mer a pu subir une sédimentation relativement homogène. C'est ce que confirme l'analyse des séries de Carajuan et d'Angles.

Document 2.

La série d'Angles montre une alternance de marnes et de calcaires. Il s'agit de sédimentation marine dans la fosse vocontienne qui s'est poursuivie pendant l'ensemble du Valanginien. Les alternances marnes et calcaires y résultent des apports plus (marnes) ou moins (calcaires) abondants en argile au cours de la période.

Le Valanginien, qui a une épaisseur d'environ 120 m, a été divisé en sept biozones caractérisées par des associations particulières d'Ammonites. Les Ammonites constituent en effet souvent de bons fossiles stratigraphiques lorsque leur distribution temporelle est courte et leur distribution spatiale large. Chaque biozone porte le nom d'une espèce caractéristique d'Ammonites qui représente en fait une association. Sur le site de Carajuan correspondant à la plate-forme, on remarque l'absence de deux biozones (Furcillata et Peregrinus) au sommet du Valanginien, une plus grande diversité de calcaires et une sédimentation beaucoup moins intense puisque la plupart des biozones de même âge sont nettement moins épaisses. Alors qu'elles sont épaisses en général d'une vingtaine de mètres sur le site correspondant à la fosse, elles ne sont épaisses que de quelques mètres sur le site de Carajuan. Ceci n'est pas surprenant, les sédiments s'accumulant plus aisément dans une fosse.

La série de Carajuan montre par les caractères lithologiques des couches des événements indétectables dans la série d'Angles. Bien qu'il s'agisse toujours de faciès marins, la profondeur de la plate-forme a varié au cours du temps. La mer semble avoir reculé quelque peu au cours de la période. La biozone à Verrucosum montre une alternance de calcaires et de marnes contenant quatre des cinq espèces d'Ammonites présentes également dans la biozone contemporaine du site d'Angles. Le niveau de la mer devait donc être au plus haut au début de la période. La biozone à Pronecostatum comporte dans sa deuxième partie des passages de calcaires bioclastiques caractéristiques d'une eau peu profonde riche en Mollusques. Le niveau de la mer a donc subi des mouvements d'avancée et de recul successifs à ce moment.

Pendant la période correspondant à la biozone à Peregrinus, un mouvement de recul de la mer s'est de nouveau produit finissant par former une surface durcie caractéristique d'une faible profondeur à la fin de cette période.

Les biozones à Nicklesi et à Furcillata manquent dans la série de la plate-forme car les espèces dont les combinaisons les définissent n'y sont pas présentes. Il peut s'agir d'une lacune liée à l'émersion de la plate-forme à ce moment mais il peut aussi s'agir du fait que des espèces d'eau profonde (pélagiques) peuvent être incapables de s'accommoder de la faible profondeur atteinte alors par la plate-forme.

Au cours de la période suivante correspondant à la biozone à Subheterocostata, le niveau de la mer est remonté sur la plate-forme puisque la sédimentation marno-calcaire a repris. On retrouve en effet sur la plate-forme deux espèces présentes également dans la fosse tandis que la sédimentation occupe une épaisseur de 3 m.

Enfin, au cours de la dernière période, celle à Callidiscus, un nouveau mouvement régressif a été entamé qui se poursuivra à l'Hauterivien.

Conclusion

Ces documents montrent que les conditions de sédimentations sont liées à la profondeur. Au niveau de la fosse, les variations du niveau de la mer modifient beaucoup moins ces conditions qu'au niveau de la plate-forme où le recul de la mer peut aller jusqu'à l'émersion. Les roches formées témoignent de ces différences de conditions au cours du temps.