Bac blanc 2003-2004 n° 2 SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE - Série S ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE L’usage des calculatrices n’est pas autorisé. Durée de l’épreuve : 3h30 Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu’il est complet. Ce sujet comporte 3 pages numérotées de 1/3 à 3/3. PARTIE I (10 points) La procréation Au cours du cycle menstruel, l’ovaire passe d’un organe produisant surtout de l’œstradiol à un organe sécrétant de l’œstradiol et de la progestérone. Expliquez les modifications cellulaires et hormonales qui sont responsables de cette dynamique. Une illustration pertinente du sujet est attendue (croquis de structures, courbes de concentration hormonale, schéma de régulation...). PARTIE II - Exercice 1 (4 points) La mesure du temps dans l’histoire de la Terre et de la vie CHRONOLOGIE D’EVENEMENTS GEOLOGIQUES DANS LA REGION DE CLERMONT-FERRAND Extraire du document les informations permettant de dater relativement : le granite, les formations sédimentaires, les failles F1 et F2 ainsi que la coulée de basalte. PARTIE II - Exercice 2 (6 points) Parenté entre êtres vivants actuels et fossile - Phylogenèse - Évolution En exploitant les informations fournies dans les documents et en utilisant vos connaissances, montrez comment des liens de parenté entre espèces peuvent être établis. PARTIE II - Exercice 1 Document : coupe détaillée du rebord Ouest de la Limagne Le granite est une roche plutonique, le basalte est d’origine volcanique, les marnes et les sables sont des formations sédimentaires. PARTIE II - Exercice 2 Document 1 : squelette du membre antérieur de quatre Vertébrés Document 2 : séquence d’acides aminés de l’insuline de quatre Vertébrés NB : la Myxine est un Vertébré aquatique primitif. Document 3 : annexes embryonnaires de quatre Vertébrés (d’après Hatier Ts-02,25) Partie I / 10 COHERENCE DU PLAN ET EXPRESSION [2 points] Présence d’un plan titré, intro et conclusion pertinentes, pas de hors-sujet, cohérence du devoir ILLUSTRATIONS [2 points] Qualité, pertinence par rapport au propos (au moins 3 illustrations) CONNAISSANCES [6 points] définition de cycle menstruel variation du taux plasmatique de l’œstradiol et de la progestérone œstradiol produit par les cellules folliculaires et les cellules lutéales progestérone produite par les cellules lutéales contrôle hypophysaire : rôle de la FSH et de la LH sur la production hormonale contrôle des hormones hypophysaires par les GnRH rétrocontrôle négatif puis positif en phase folliculaire rétrocontrôle négatif en phase lutéale Partie II-1 / 4 explication du principe de superposition explication du principe de recoupement ordre des roches ordre des failles chronologie d’ensemble Partie II-2 / 6 CONNAISSANCES Notion de caractère homologue Notion d’état dérivé du caractère Notion d’arbre phylogénétique ou de groupe avec un ancêtre commun EXPLOITATION DE DOCUMENTS Document 1 Mêmes os du membre antérieur Même plan d’organisation, même groupe Document 2 Insuline, molécule homologue partagée par tous les vertébrés proposés Relation inverse entre le nombre de différences et le degré de parenté Document 3 Mêmes annexes embryonnaires chez les 3 amniotes Bilan : ½ point Éléments de correction du bac blanc avril 2004 partie I Chez le Mammifères femelles, l’activité ovarienne est cyclique : on parle de cycle menstruel (règles = menstruation) qui dure généralement de 24 à 31 jours dans l’espèce humaine. L’ovaire, tout comme le testicule, a une double fonction : la production de gamètes et la synthèse d’hormones sexuelles. Mais, contrairement aux gonades mâles qui élaborent une hormone (testostérone) de façon continue, les ovaires produisent deux hormones (œstrogènes et progestérone) et de façon cyclique. Dans la première partie du cycle, celle qui précède l’ovulation, l’ovaire produit essentiellement des œstrogènes alors que dans la seconde partie, la glande ovarienne synthétise également de la progestérone. NB : L’œstradiol est la principale hormone de la famille des œstrogènes. À notre niveau, nous considèrerons les deux termes comme synonymes. On peut donc se demander quels sont les mécanismes qui sont responsables de cette dynamique. Le plan choisi sera chronologique et, pour les deux phases tentera de montrer en quoi les modifications cellulaires et hormonales peuvent expliquer ce cycle physiologique. I. PRODUCTION D'ŒSTROGENES PENDANT LA PHASE FOLLICULAIRE A. Synthèse hormonale et développement folliculaire courbe de production d’œstrogènes pendant les 14 premiers jours Erreur ! Signet non défini.Pendant la 1e semaine du cycle, une dizaine de petits follicules cavitaires se développent par multiplication des cellules folliculaires. Mais, vers le 6e jour tous ces follicules dégénèrent à l’exception d’un seul qui poursuit son développement : la granulosa* se développe, tandis qu'autour, le tissu ovarien s'ordonne et forme une thèque* très vascularisée. Au 14e jour, le follicule dominant atteint 1,5 à 3 cm de diamètre : c’est un follicule mûr ou follicule de De Graaf*. Or ce sont les cellules folliculaires qui produisent les œstrogènes. croquis de follicules à différents stades ou, au moins, d’un follicule mûr BILAN : PLUS LES CELLULES FOLLICULAIRES SONT NOMBREUSES, PLUS LE TAUX PLASMATIQUE D’ŒSTROGENES AUGMENTE. B. Le contrôle hypothalamo-hypophysaire Erreur ! Signet non défini.En fait, ce développement folliculaire est sous le contrôle d’une autre hormone, la FSH (ou hormone folliculo-stimulante) elle même sous le contrôle d’une neurohormone hypothalamique : la GnRH (ou gonadolibérine). BILAN : LA PRODUCTION D’ŒSTROGENES EST SOUS LE CONTROLE INDIRECT DES HORMONES DE L’AXE HYPOTHALAMO-HYPOPHYSAIRE. C. Un rétrocontrôle sur les gonadostimulines Mais, en retour l'œstradiol à un taux moyen, freine la production de gonadostimulines. Il y a rétrocontrôle négatif sur le complexe hypothalamo-hypophysaire, ce qui entraîne notamment une chute de production de FSH [ce qui explique que tous les follicules en cours de maturation dégénèrent à l'exception d'un seul, le follicule dominant]. La croissance du follicule dominant n'est alors plus dépendante de la stimulation hypophysaire mais résulte d'une autostimulation. L'œstradiol qu'il produit entraîne la multiplication et l'activité endocrine de ses propres cellules. En revanche, lorsque le taux plasmatique d'œstradiol est maximal (au 12e jour du cycle environ), Cette hormone exerce un rétrocontrôle positif sur le complexe hypothalamo-hypophysaire qui réagit par un pic sécrétoire de gonadostimulines au 13e jour du cycle. [Rappel (hors sujet ici) : le pic de LH provoque l'ovulation, au 14e jour]. BILAN : LA QUANTITE D’ŒSTROGENES PRODUITE EXERCE UN RETROCONTROLE SUR L’AXE HYPOTHALAMOHYPOPHYSAIRE. II. DOUBLE PRODUCTION HORMONALE PENDANT LA PHASE LUTEALE* courbe de production hormonale du cycle complet (ou pendant les 14 derniers jours) A. Transformation du follicule en corps jaune Après l’ovulation, les cellules folliculaires qui restent dans l’ovaire se transforment en corps jaune. C’est la Erreur ! Signet non défini.LH (hormone lutéinisante) qui provoque la transformation des cellules folliculaires en cellules lutéales qui synthétisent à la fois de la progestérone et des œstrogènes. Les cellules issues de la granulosa grossissent, se chargent de lutéine et occupent peu à peu ce qui reste de la cavité folliculaire, ce sont maintenant des cellules lutéales. Les cellules issues de la thèque, s'insinuent entre les cellules lutéales, mais continuent à sécréter de l'œstradiol, ce qui explique la persistance de cette hormone. BILAN : LA LH TRANSFORME LES CELLULES FOLLICULAIRES EN CELLULES PRODUCTRICES DE PROGESTERONE ET D’ŒSTROGENES B. Le rétrocontrôle des œstrogènes et de la progestérone La progestérone, associée à l'œstradiol, exerce maintenant un rétrocontrôle négatif puissant sur le complexe hypothalamo-hypophysaire qui produit très peu de FSH et de LH. S’il n’y a pas de fécondation, du fait de cette stimulation faible, le corps jaune régresse à partir du 22e jour pour cesser complètement son activité au 28e jour. C'est cette chute de l'activité endocrine de l'ovaire qui provoque les règles marquant le début du cycle suivant. BILAN : LES HORMONES OVARIENNES ASSOCIEES EXERCENT UN RETROCONTROLE RESPONSABLE DE LA REGRESSION DU CORPS JAUNE, PRODUCTEUR DE CES MEMES HORMONES CONCLUSION Alors que chez le Primate mâle l'activité endocrine continue du testicule est liée à une population permanente de cellules (les cellules interstitielles), chez la femelle l'activité endocrine cyclique de l'ovaire est liée à deux populations cellulaires temporaires et successives : le follicule et le corps jaune. Le jeu des rétroactions positives et négatives des hormones ovariennes conduit à une activité cyclique de l'appareil génital féminin. schéma récapitulatif de la régulation du taux des hormones femelles. * Ces termes ne sont pas imposés, mais l’idée doit être présente. QUELQUES DONNEES RECENTES COMPLEMENTAIRES (supplément gratuit) La durée de la phase folliculaire dépend du temps que met le follicule dominant à s'autostimuler suffisamment pour élever le taux plasmatique d'œstradiol, au dessus du seuil nécessaire à la formation du pic de LH. La durée d'activité du corps jaune est une propriété intrinsèque, non déterminée par l'arrêt des sécrétions hypothalamiques, même si elles sont déclinantes. La durée du cycle ovarien n'est donc pas régie par système de commande hypothalamo-hypophysaire mais par l'ovaire lui même. On parle parfois d'horloge ovarienne. Bac Blanc n° 2 2004 Idées de correction de la partie II 1 Sur la coupe détaillée du rebord ouest de la Limagne on observe différents types de roches et des déformations. L’analyse de leurs relations et l’application de principes géométriques [tu parles de principes géométriques ?] permet de reconstituer la chronologie des évènements dont ils témoignent. LES DIFFERENTS TYPES DE ROCHES Le socle de la région est constitué par une roche plutonique, c’est-à-dire une roche qui se forme en profondeur à partir du refroidissement d’un magma, le granite. Il est recouvert par deux autres types de roches, volcaniques et sédimentaires. Compte tenu du mode de mise en place de ces roches (effusion ou sédimentation), on peut en déduire qu’elles se sont formées après le granite qu’elles recouvrent. En ce qui concerne les roches sédimentaires et volcaniques, on peut appliquer le principe de superposition qui dit que toute couche ou coulée est plus récente que celle qu’elle recouvre. Les sables grossiers se sont déposés en premier sur le socle, puis les marnes et enfin la coulée de basalte. LES DIFFERENTES DEFORMATIONS La région est parcourue de failles, c’est-à-dire de déformations cassantes. Elles sont accompagnées d’un affaissement des couches côté Est de chaque faille et sont de type normal : elles témoignent d’une tectonique en extension résultant de mouvements divergents1. - La faille F1 affecte toutes les roches précitées ; selon le principe de recoupement, qui dit que toute structure en recoupant une autre lui est postérieure, la faille F1 s’est donc formée après la coulée basaltique ; - La faille F2 recoupe le granite et les roches sédimentaires mais pas la coulée de basalte : selon le même principe elle est postérieure à la formation des marnes mais antérieure à l’épisode volcanique responsable de la coulée étudiée. L’âge différent des 2 failles montre qu’il y a eu dans la région plusieurs épisodes tectoniques (pour information). CONCLUSION Dans cette région de Limagne, le socle granitique s’est formé en premier. Les roches sédimentaires se sont ensuite déposées, d’abord les sables grossiers puis les marnes. Une phase d’extension a permis la formation de la faille F2. Une phase d’érosion a suivi (expliquant entre autres la disparition des formations sédimentaires à l’Ouest)1. Un épisode volcanique a ensuite permis l’épanchement de la coulée de basalte. Enfin, une autre phase tectonique est responsable de la mise en place de la faille F1. 1 Non exigible dans le sujet tel qu’il est énoncé mais facilement repérable sur le document.