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Correction Bac Blanc 2010
Sujet type 1 : restitution organisée des connaissances
Montrez comment, chez les organismes à reproduction sexuée, méiose et fécondation contribuent à la fois à la stabilité du caryotype de l'espèce et à la diversité des génomes individuels. Chaque étape essentielle sera illustrée par un schéma. Votre réponse, structurée, se limitera au cas d'une cellule à 2n = 4 chromosomes et deux gènes indépendants. Chaque gène a et b est à considérer sous la forme d’un couple d’allèles respectivement ( a a+) et ( b b+).
Correction :
La reproduction des individus a pour objectif de donner naissance à de
nouveaux individus qui assurent au fil du temps la perpétuation de l’espèce. La
reproduction sexuée impose que soit conservé au cours des générations le
bagage chromosomique spécifique de l’espèce. Par contre chaque individu qui
nait par reproduction sexuée est unique génétiquement
Nous allons au travers de cet exposé détailler les 2 aspects complémentaires
de la reproduction sexuée qui assurent à la fois la stabilité du caryotype de
l’espèce et la diversité génétique des individus.
A – Reproduction sexuée et stabilité du caryotype de l’espèce
Le cycle de développement
Tous les organismes à reproduction sexuée alternent lors de leur
développement entre une phase haploïde et diploïde.
Les différences entre les organismes diploïdes et haploïdes résident dans la
durée respective de ces deux phases.
L’organisme diploïde réduit au maximum la durée de sa phase haploïde qu’il
limite à la mise en place (méiose) des gamètes à la durée de vie très courte. La
phase diploïde domine en nombre de cellules utilisées et en durée, on parle de
cycle diplophasique. Cette alternance entre les phases haploïde et diploïde
repose sur 2 processus compensatoires, la méiose qui assure l'haploïdie et la
fécondation qui rétablie la diploïde. La reproduction sexuée peut-être
schématisée sous forme d'un cycle de développement :
Comment la méiose et la fécondation assurent-ils une stabilité du caryotype ?
La méiose assure le passage de l’état diploïde vers l’état haploïde
La reproduction sexuée implique la mise en place de gamètes. Cette étape est
réalisée par une division particulière, la méiose.
Lors de la méiose, l'anaphase I ou anaphase réductionnelle est une étape clé
de la méiose puisqu’ ‘elle permet en séparant les paires de chromosomes
homologues, de passer d’une cellule diploïde (2n) où chaque chromosome est
présent en 2 exemplaires à 2 cellules haploïdes (n) possédant l’ensemble des
chromosomes de l’espèce mais en un seul exemplaire chacun.
La fin de la méiose conduit à 4 cellules haploïdes. Dans le cas ou 2n = 4, la
méiose permet d'obtenir 4 cellules ne possédant plus qu’un lot unique de
chromosomes, c’est à dire à n = 2 chromosomes.
Méiose
Gamètes haploïdes
n = 2
Gamètes haploïdes n =2
Fécondation
Zygote 2n = 4
2n=4
Cycle de développement
d’une cellule à 2n=4
Schéma de la méiose d'une cellule à 2n = 4 chromosomes :
La méiose est une étape nécessaire de la reproduction sexuée car en
permettant la mise en place de cellules sexuelles haploïdes ou gamètes,
elle rend possible l’étape suivante, la fécondation sans pour autant
multiplier par 2 la quantité de chromosome d’une espèce.
La fécondation rétablit la diploïde et le bagage chromosomique de
l’espèce.
Lors de la fécondation on observe la présence de 2 noyaux à l’intérieur d’une
cellule. Il s’agit des noyaux haploïdes des gamètes males et femelles qui vont
fusionner pour donner naissance à une cellule unique, la cellule œuf ou zygote
diploïde.
Chaque noyau haploïde apporte son lot de chromosomes présents chacun en un
seul exemplaire, représentant le programme génétique des 2 parents.
La fusion de ces 2 lots de chromosomes (fécondation) conduit à une cellule qui
comprend 2 lots de chromosomes, cellule diploïde.
Méiose I Méiose II
4 cellules sexuelles ou
gamètes haploïdes à
n = 2 chromosomes Cellule diploïde
à 2n = 4
La fécondation rétablie le bagage chromosomique de l’espèce.
On peut schématiser les événements de la fécondation :
La reproduction sexuée assure donc le maintien du nombre de chromosomes
par l’intermédiaire de 2 phénomènes qui alternent aux cours des
générations ; La fécondation et la méiose
Fusion des
noyaux =
Fécondation
Cellule œuf ou zygote
à 2n = 4.
Phase diploïde
rétablie.
Cellule sexuelle
à n =2 Cellule sexuelle
à n =2
B – Reproduction est diversité génétique des individus
Le brassage interchromosomique lors de la méiose
On considère deux couples d’allèles (a+a et b+b), Les deux gènes sont indépendants.
Deux distributions
possibles pour les
chromosomes
homologues en
raison du brassage
interchromosomique,
séparation aléatoire
des chromosomes
homologues en
anaphase 1.
Cellule de F1 avant la duplication
des chromatides Début de la méiose, prophase 1
b b
a+ a+
a a
b+ b+
Anaphase1
Ou
b b+ a a+ b+ b b b+ a+ a+ a a
b b
a a b+ b+
a+ a+
La fécondation amplifie la diversité génétique
En associant au hasard un spermatozoïde et un ovule, la fécondation augmente le
nombre d’assortiments possibles d’allèles.
La fécondation se faisant au hasard, toutes les unions peuvent être réalisées (voir
échiquier de croisement).
La méiose donne par brassage interchromosomique 4 combinaisons allèliques
différentes au niveau des gamètes. La fécondation amplifie ce brassage puisqu’elle
conduit à 16 combinaisons allèliques (42) possibles (avec 2 couples d'allèles).
Conclusion : La reproduction sexuée offre à la fois une stabilité du caryotype et
donc une stabilité des caractères de l’espèce, mais permet aussi via les
brassages génétiques de donner naissance à des individus uniques génétiquement.
a+ b
a b+ a+ b+
a b
X2 X2 X2 X2
4 types de gamètes produits en fin de
télophase II, dans des proportions de
25%.Diversité génétique des gamètes.
Anaphase2
Barème de correction
Introduction 0.5
Reproduction sexuée et stabilité du caryotype de l’espèce.
Notion de cycle de développement
Alternance de deux phases compensatoires, méiose et
fécondation.
Stabilité du nombre de chromosomes de l’espèce (caryotype,
définition attendue) (schéma possible)
Méiose d’une cellule à 2n = 4 (schéma attendu)
Représentation chromosomique correcte
Etapes de la méiose
Gamètes à n =2
Fécondation des gamètes (schéma attendu)
Gamètes à n = 2
Cellule œuf à 2n=4 (Diploïdie rétablie)
1
1.5
1.5
Reproduction est diversité génétique des individus.
Le brassage interchromosomique lors de la méiose. (schéma
attendu)
Ecriture correcte des allèles sur les deux paires de
chromosomes homologues.
Deux anaphases 1 possibles (2 solutions, diversité)
Méiose avec 4 types de gamètes différents. Diversité des
gamètes obtenus.
Définition du brassage interchromosomique.
La fécondation amplifie la diversité génétique puisqu’elle conduit à
16 combinaisons allèliques (42) possibles (avec 2 couples
d'allèles). (Echiquier de croisement possible)
2
1
Conclusion 0.5
2ème PARTIE - Exercice 1 - Pratique des raisonnements scientifiques - Exploitation d'un document (3 points).
PARENTÉ DES ÊTRES VIVANTS ACTUELS ET FOSSILES - PHYLOGENÈSE -
ÉVOLUTION
À partir des informations extraites du tableau (feuille annexe) et en justifiant vos réponses :
- placez les 2 innovations évolutives manquantes (n°5 et 6) sur l'arbre phylogénétique que vous aurez
recopié ;
- placez sur cet arbre le fossile Archéoptéryx ;
- indiquez les caractères de l'ancêtre commun D.
Document : Tableau des états de quelques caractères chez six vertébrés
Groupes
Caractères Aigle Archéoptéryx Crocodile Grenouille Lézard Tortue
1 : écailles
sèches oui oui oui non oui oui
2 : fenêtres
temporales oui oui oui non oui non
3 : fenêtre
mandibulaire oui oui oui non non non
4 : griffes oui oui oui non oui oui
5 : membre
chiridien oui oui oui oui oui oui
6 : plumes oui oui non non non non
Cases à fond blanc : état ancestral Cases à fond gris : état dérivé
Arbre phylogénétique
Les carrés noirs A à D représentent les derniers ancêtres communs hypothétiques.
Les disques numérotés 1 à 4 représentent l'apparition de l'état dérivé (innovations évolutives) d'un caractère présenté dans le tableau.
Correction
5
6
Archéoptéryx
Réponses attendues
Les 6 animaux possèdent tous le caractère dérivé « membre chiridien » ce qui
signifie que l’ancêtre hypothétique commun à tous ces animaux le possédait déjà :
on place donc ce caractère avant l’apparition de l’ancêtre commun A.
Seuls l’Aigle et l’Archéoptéryx ont des plumes ce qui signifie que leur ancêtre
commun exclusif en possédait déjà. Ce caractère est donc apparu après l’ancêtre
commun au crocodile et à l’aigle, c'est-à-dire après l’apparition de l’ancêtre
commun D.
Position de l’Archéoptéryx dans l’arbre.
L’ancêtre D avait tous les caractères dérivés apparus avant lui : un membre
chiridien, des écailles sèches, des griffes, des fenêtres temporales, une fenêtre
mandibulaire mais il n’avait pas de plumes car elles sont apparues après lui.
0.75
(Sans
justif.0.25)
0.75
(Sans
justif.0.25)
0.5
1
2ème PARTIE - Exercice 2 - (Enseignement Obligatoire). 5 points.
LA CONVERGENCE LITHOSPHÉRIQUE ET SES EFFETS
La chaîne alpine est actuellement considérée comme résultant de la fermeture d'un domaine océanique à la suite de la convergence de deux plaques lithosphériques, la plaque africaine et la plaque européenne.
À partir des informations extraites des documents 1, 2, et 3 mises en relation avec vos connaissances, recherchez les indices de l'existence d'un ancien océan disparu par subduction. (Pour les documents voir feuille annexe)
Documents
Document 1 :
Document 1a : Observation microscopique d'un métagabbro A de la région du Queyras et son schéma interprétatif.
Document 1b : Observation microscopique d'un métagabbro B du Mont Viso et son schéma interprétatif.
Document 2 : diagramme pression-température présentant les champs de stabilité des différentes associations minérales.
Document 3 : Coupe schématique de la série ophiolitique du massif du Chenaillet
D’après Métamorphisme et roches métamorphiques Jacques Komprobst
Document de référence : (à ne pas exploiter)
Correction et barème
Faits Conclusions-interprétation barème
Document1 :
Ce document présente 2
métagabbros récoltés dans la chaîne
des alpes un dans le Queyras (A) et
un dans le Mont Viso (B) :
Dans le métagabbro (A) : nous
observons la présence de
l’association minéralogique suivante :
Actinote, Plagioclase et
glaucophane (en auréole)
Pour le métagabbro (B) : il renferme
l’association minéralogique suivante :
Grenat, jadéite et glaucophane.
2 roches métamorphiques
différentes présentes dans les alpes.
On peut supposer des conditions
différentes (pression et
température) pour leur formation
0,5
Document 2 : Ce document nous
présente les domaines de stabilité
des différentes associations
minéralogiques.
L’association minéralogique du
métagabbro (A) avec notamment le
minéral glaucophane est stable à 10
/15 Km de profondeur et une
température comprise entre 200 et
300 °C
Les informations tirées de ce document
confirment la proposition précédente à savoir que
ces 2 roches ne se sont pas formées dans les
mêmes conditions de pression (profondeur) et de
température.
Pour la roche A
Gabbro entrainé en profondeur
Métamorphisme BT/HP
D’après les quelques réactions
métamorphiques présentées dans
le document 2, il a pu se produire
la réaction suivante :
Actinote + Chlorite + Plagioclase glaucophane + eau
Il se produit donc dans cette réaction une
déshydratation de la roche originelle (Gabbro)
1
L’association minéralogique du
métagabbro (B) est stable à une
profondeur de 40 à 60 Km et à
une température de 300 à 400 °C.
Pour le métagabbro B (Mont Viso)
Gabbro entrainé à plus grande
profondeur
Métamorphisme BT/HP
D’après les réactions de
transformations métamorphiques
proposées, il a pu se produire la
réaction suivante
Plagioclase + glaucophane grenat + Jadéite + eau
On peut supposer que c’est la roche A qui
entrainée en profondeur s’est transformée par
métamorphisme BT/HP en roche B
(Transformation accompagnée d’une
déshydratation).
Hypothèse : Subduction d’une croute océanique ?
1
0 ,5
Document 3 :
Ce document présente une série
ophiolitique retrouvée dans le massif
du Chenaillet (Massif présent non
loin des massifs du Queyras et du
Mont Viso). Dans cette série nous
observons la présence de roches
sédimentaires, de basalte (pillow-
lavas), de basalte en filon, de gabbro
et de péridotite.
Or nous savons qu’une croûte océanique est
constituée de roches sédimentaires, de
basalte, de gabbros et de péridotite (en
faible épaisseur), donc cette série
ophiolitique est un indice de l’existence
d’une ancienne croûte océanique d’un
océan présent autrefois au niveau de la
chaîne alpine d’aujourd’hui.
1
Conclusion
Nous avons pu établir à partir du document 3 qu’il existait un océan à
l’emplacement de la chaîne alpine d’aujourd’hui comme l’atteste la présence de la
série ophiolitique. En effet nous savons que la présence de gabbro et de basalte à
la fois en filon et pillow- lava témoigne de l’activité d’une dorsale océanique qui
entraîne la formation d’une croûte océanique sur laquelle se déposent des
sédiments marins dans un contexte de divergence de plaques océaniques.
Au niveau des massifs du Queyras et du Mont Viso, nous avons pu établir la
présence de métagabbro c’est -à -dire des gabbros transformés par des réactions
métamorphiques de basse température, haute pression (BT/HP).
Or nous savons que cette association BT/HP correspond aux zones de subduction,
où une lithosphère froide plonge en profondeur
Donc les roches A et B sont des indices qui témoignent de la disparition d’une
lithosphère océanique (donc provenant d’un océan) par subduction c’est à dire par
enfoncement dans le manteau supérieur sous une autre plaque lithosphérique.
Ainsi la série ophiolitique du Chenaillet nous révèle l’existence d’un océan disparu
par subduction comme en témoignent les métagabbros A et B respectivement du
Queyras et du Mont Viso.
1