er 851 – 852 – 853 Lundi 1 février 2016 DEVOIR SURVEILLE n°4 BIOLOGIE ET GEOLOGIE EPREUVE SUR SUPPORT DE DOCUMENTS durée 3 h Le devoir comporte deux parties indépendantes : une partie de géologie et une partie de biologie. Chacune d’entre elle doit être traitée en 1 h 30 au maximum, en commençant par la géologie : les copies de géologie seront ramassées 1 h 30 après le début de l’épreuve. Il sera tenu compte de la qualité de la présentation et de la rédaction (orthographe, grammaire, précision de l’expression). L’usage d’abaques, de tables, de calculatrice et de tout instrument électronique susceptible de permettre au candidat d’accéder à des données et de les traiter par les moyens autres que ceux fournis dans le sujet est interdit. Le sujet comporte 8 pages _________________________ 1 Partie 1 : Géologie (durée 1 h 30) Exercice 1 : La structure de la Lune La Lune est observée depuis très longtemps et a fait l’objet d’études pétrographiques et géophysiques en particulier grâce aux missions Apollo (1961 – 1975), missions au cours desquelles l’Homme a marché sur la Lune (le 21 juillet 1969 pour la première fois). Les missions Apollo ont permis de faire des expériences de sismique. Document 1. vitesse des ondes P et S à l’intérieur de la Lune 1. Rappelez quelles sont les propriétés des ondes P et S. 2. Expliquez quelles caractéristiques de ces ondes permettent de nous renseigner sur la structure du globe terrestre et les propriétés des milieux traversés. 3. Analysez les vitesses des ondes P et S obtenues (document 1) et, en tenant compte de vos connaissances de la structure de la Terre, proposez sous la forme d’un schéma un modèle de la structure de la Lune. On précise que : - Le rayon moyen de la Lune est de 1738 km. - Selon l’un des modèles actuels, la Lune aurait un noyau solide de 300 km de rayon. Plus de 380 kg de roches lunaires ont été ramenées sur Terre et étudiées. La composition chimique des roches crustales de la Lune a été déterminée et comparée à celle du manteau terrestre (document 2). SiO2 Composition moyenne des Composition moyenne du Rapport quantitatif de la teneur en éléments roches crustales de la Lune (%) manteau terrestre (%) chimiques majeurs entre roches de la croûte lunaire et roches de la croûte terrestre 45,5 45 0,7 Al2O3 22,2 3 1,3 CaO 15,0 4 2,1 MgO 7,8 40 2,0 FeO 7,5 7 2,1 TiO2 1,3 Na2O 0 0,5 0,21 K2O 0,07 0,5 0,03 3,2 Document 2. Composition chimique des roches crustales de la Lune et comparaison avec le manteau et la croûte terrestre. 2 4. Comparez les caractéristiques des roches de la croûte lunaire à celles des roches terrestres (croûte et manteau), proposez une interprétation aux différences observées. L’activité sismique a été enregistrée sur la face visible de la Lune par les stations Apollo 12, 14, 15 et 16 entre le 21 avril 1972 et le 21 mai 1974 (document 3). Document 3. Enregistrements des séismes lunaires. En abscisse (verticale ici) : temps En ordonnée (horizontale) : nombre de séismes / jour pour chacune des 4 stations. Ce document n’a pas à être exploité pour lui-même. Un traitement mathématique des données met en évidence une périodicité de l’activité sismique de 28 jours a été observée. 5. Compte tenu de ces observations, proposez une hypothèse sur l’origine de cette activité sismique. On précise que la durée du mois lunaire est de 28 jours environ. Un mois lunaire correspond au temps mis par la Lune pour effectuer une révolution complète autour de la Terre. Il s'agit également de sa période de rotation sur ellemême. 3 Exercice 2 : Datation isotopique d’un granite du Massif Central Quatre échantillons de granite ont été récoltés au Nord-Ouest de Clermont-Ferrand. Les rapports isotopiques 87 86 Rb/ Sr et 87 86 Sr/ Sr de ces échantillons sont présentés dans le tableau ci-dessous. Echantillons 1 2 3 4 87 86 87 Rb/ Sr 1,90 2,90 4,08 4,69 86 Sr/ Sr 0,717 0,721 0,726 0,729 1. Montrer que l’utilisation de ces rapports isotopiques permet de déterminer l’âge de la roche. 2. Indiquer quelles sont les conditions et limites d’utilisation des méthodes de datation absolue. 3. Tracer l’isochrone à partir des données fournies sur papier millimétré. 4. Calculer l’âge de la roche étudiée. L’application numérique sera approximée car réalisée sans calculatrice. Vous utiliserez pour cela l’approximation suivante : (et-1) t On donne : λ = 1,42 10 -11 -1 -11 an . Cette valeur pourra être arrondie à 1,5 10 Exercice 3 : Etude d’un extrait de la carte d’Alès au 1/50 000 -1 an . e Attention : la petite formation verte au Sud-Ouest de Brouzet-les-Alès appartient à C2-3 comme l’indique l’indice situé juste en dessous, qui la pointe avec une flèche peu visible. Informations complémentaires à la légende : Les formations sédimentaires du Trias, non présentes sur l’extrait de carte, présentent des fossiles de faciès attestant d’un milieu lagunaire pour le Trias inférieur et moyen, et d’un milieu littoral pour le Trias supérieur (Keuper et Rhétien). Les formations du Lias et du Jurassique sont riches en fossiles d’espèces proches des moules et des huîtres actuelles. On y trouve également de nombreuses ammonites. Les formations du Crétacé contiennent de nombreux rudistes et autres fossiles récifaux. Les formations de l’éocène et de l’oligocène contiennent de nombreux gisements fossiles de mammifères (ex : Hyracotherium, mammifère qui vivait dans les forêts de l'hémisphère nord pendant l'Éocène ; approximativement de la taille d'un chien, il pourrait être le premier membre de la lignée évolutive du cheval) ainsi que des algues d’eau douce (Characées). 1. A partir de l’analyse de l’extrait de carte proposé, indiquer : - la nature des roches présentes, - la nature des structures géologiques observées (plis, discordances, failles) : pour chacune d’entre elles vous indiquerez les critères d’identification, sa localisation, ses caractéristiques (orientation, âge si vous pouvez la dater…) 2. Récapituler les grandes lignes de l’histoire géologique de la région sous la forme d’une frise chronologique. 4 Partie 2 : Biologie (durée 1 h 30) - Vous répondrez aux questions posées en construisant méthodiquement votre argumentation sur l’analyse des documents proposés et sur vos connaissances. - Vous ne rédigerez ni introduction, ni conclusion générales. - Les documents pourront être découpés et intégrés à la copie, à condition d’être exploités. - Les numéros des documents étudiés seront clairement indiqués. - Un schéma bilan récapitulant les interprétations devra être réalisé. Thème : La résistance du riz « non flottant » à une inondation rapide Extrait du sujet de l’épreuve B du concours Agro-Véto 2013 Certains cultivars (= variétés cultivées) O de riz Oryza sativa sont incapables de résister à une inondation lente et prolongée. Ils peuvent cependant supporter une inondation brutale et de courte durée des rizières : ils sont dits tolérants. Vous expliquerez comment le contrôle de l’expression de quelques gènes aboutit à la résistance des cultivars tolérants à des inondations de courte durée. Le bilan sera réalisé sous forme d’un schéma récapitulatif. 1 : Tolérance du riz à une immersion rapide Le cultivar. sativa ssp japonica Nipponbare est intolérant. Le cultivar O. sativa ssp indica FR13A est tolérant et survit quelques jours en immersion totale. Cette résistance est héréditaire. Ces deux cultivars réagissent à l’immersion en produisant de l’éthylène, une hormone végétale ayant un rôle dans la croissance des plantes. En recherchant les gènes activés en présence d’éthylène, un ensemble de gènes impliqués dans la résistance à l’immersion a été identifié près du centromère du chromosome 9 : ce locus a été nommé Sub1 (pour submergence 1). Document 1.A : Organisation du locus Sub1 pour le riz tolérant FR13A et intolérant Nipponbare. Les flèches indiquent la direction de la transcription. Les rectangles grisés schématisent les zones transcrites non traduites, les rectangles blancs les régions codantes, les lignes fines les introns, les lignes épaisses les régions intergéniques. 5 Document 1.B : Niveau d’expression des gènes Sub1A, Sub1B, Sub1C et du gène codant l’actine. On réalise une RT-PCR semi-quantitative à partir d'ARNm totaux, issus des tiges des deux cultivars (FR13A et Nipponbare) immergées pendant 0 à 10 jours puis cultivées à l’air libre pendant 1 et 3 jours (noté 1R, 3R). Cette technique permet de quantifier les ARN présents dans l’échantillon en réalisant une transcription inverse (RT) puis une PCR sur l’ADNc issu de la transcription inverse. Le mélange issu de chaque réaction de PCR est analysé par une électrophorèse en gel. Les bandes d’ADN sont révélées par la fluorescence du bromure d’éthidium. 2 : Introduction d’un gène de résistance à l’immersion dans un cultivar intolérant Par croisements successifs, on a introduit le locus Sub1 de FR13A dans le génome d’un cultivar intolérant O.sativa ssp japonica M202. On obtient un nouveau cultivar : M202(Sub1). Par Northern Blot, on a pu vérifier l’expression de Sub1A par le cultivar M202(Sub1) lors d’une immersion. Les plants de riz ont été immergés pendant 7 jours (à gauche) ou 14 jours (à droite) puis sortis de l’eau et photographiés 7 jours après. Document 2. Résultats obtenus. 3 : Tolérance à l’immersion chez le riz non flottant et expression des gènes SLR Document 3.A : On s’intéresse à l’expression des gènes SLR1 (Slender Rice) et SLRL1 (Slender Rice Like) dans des plants de riz M202 et M202(Sub1) immergés pendant une durée variable. Ces gènes codent des facteurs de transcription inhibiteurs de gènes dont les produits sont impliqués dans la voie de synthèse de l’acide gibbérellique (hormone végétale qui stimule la croissance du riz par allongement des entrenœuds). 6 A l’issue de cette immersion, 5 μg de protéines isolées des tiges ont migré dans un gel SDS-PAGE 10%, ce gel a été transféré sur une feuille de nitrocellulose, qui a été hybridée avec des anticorps reconnaissant spécifiquement les protéines SLR1, SLRL1 et actine (analyse par western blot). Document 3.B : Des plants M202 et M202(Sub1) de 14 jours ont été traités (ou non) avec de l’éthylène (1 ou 100 ppm*) pendant 6 h. Les taux d’ARNm, extraits des entrenœuds, codant Sub1A, SLR1 et SLRL1 sont quantifiés pour chaque condition. La quantité d’ARNm Sub1A extraits des plants M202(Sub1) non traités est standardisée à la valeur arbitraire 1. De même, les quantités d’ARNm SLR1 et SLRL1 extraits des plants M202 non traités sont standardisés à la valeur arbitraire 1,0. *ppm : partie par million Document 3.C : L’allongement global de la tige est mesuré chez M202 et M202(Sub1). Des plants sont cultivés à l’air libre et soumis à l’action de ACC* (0 ou 10 μM) et/ou acide gibbérellique (0, 0,1, ou 1 μM) pendant 5 jours. *ACC = acide 1-aminocyclopropane-1-carboxylique est un des intermédiaires de la voie de biosynthèse de l’éthylène. Les données sont la moyenne de 3 expériences indépendantes (n = 45), l’astérisque indique les différences significatives en présence et absence d’ACC pour chaque phénotype. 7 4 : Extension des cellules et immersion Des plants de riz M202 et M202(Sub1) ont été immergés pendant 14 jours, et les tissus foliaires ont été recueillis à des moments spécifiques (jours 0, 1, 3, 6, 10 et 14). Les ARNm codant l’expansine 5 (ExpA5) ou celui codant l’actine sont analysés par Northern Blot. Les expansines sont des protéines agissant sur l’extension des parois des cellules végétales en rompant les liaisons hydrogènes entre les hémicelluloses et les microfibrilles de cellulose. 8