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 : 2n=4 Méiose Gamètes haploïdes n=2 Fécondation Zygote 2n = 4 Gamètes haploïdes n =2 Cycle de développement d’une cellule à 2n=4 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. Schéma de la méiose d'une cellule à 2n = 4 chromosomes : Méiose I Méiose II 4 cellules sexuelles ou gamètes haploïdes à Cellule diploïde n = 2 chromosomes à 2n = 4 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. La fécondation rétablie le bagage chromosomique de l’espèce. On peut schématiser les événements de la fécondation : Cellule sexuelle à n =2 Cellule sexuelle à n =2 Fusion des noyaux = Fécondation Cellule œuf ou zygote à 2n = 4. Phase diploïde rétablie. 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 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. a+ a b a+ a+ b+ Cellule de F1 avant la duplication a a b b b+ b+ Début de la méiose, prophase 1 des chromatides Anaphase1 a+ a+ b Deux distributions b a+ a+ b+ b+ possibles pour les chromosomes homologues en Ou raison du brassage interchromosomique, séparation aléatoire des chromosomes homologues en a a b + b b + a a b anaphase 1. Anaphase2 a+ X2 b a b+ X2 a+ X2 b+ a b X2 4 types de gamètes produits en fin de télophase II, dans des proportions de 25%.Diversité génétique des gamètes. 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. 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 1 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 1.5 Gamètes à n =2 Fécondation des gamètes (schéma attendu) Gamètes à n = 2 Cellule œuf à 2n=4 (Diploïdie rétablie) 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) 2 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) Conclusion 1 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 1 : écailles sèches Aigle oui Archéoptéryx Crocodile Grenouille Lézard Tortue 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 Archéoptéryx 6 5 Réponses attendues Les 6 animaux possèdent tous le caractère dérivé « membre chiridien » ce qui 0.75 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. (Sans justif.0.25) Seuls l’Aigle et l’Archéoptéryx ont des plumes ce qui signifie que leur ancêtre 0.75 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. (Sans justif.0.25) 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. 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) 0.5 1 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 2 roches métamorphiques différentes présentes dans les alpes. 0,5 On peut supposer des conditions l’association minéralogique suivante : différentes (pression et Actinote, Plagioclase et température) pour leur formation glaucophane (en auréole) Pour le métagabbro (B) : il renferme l’association minéralogique suivante : Grenat, jadéite et glaucophane. Document 2 : Ce document nous présente les domaines de stabilité des différentes associations minéralogiques. 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 L’association minéralogique du Métamorphisme BT/HP métagabbro (A) avec notamment le D’après les quelques réactions minéral glaucophane est stable à 10 /15 Km de profondeur et une température comprise entre 200 et 300 °C 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 Pour le métagabbro B (Mont Viso) Gabbro entrainé à plus grande profondeur 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. Métamorphisme BT/HP D’après les réactions de 1 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 0 ,5 déshydratation). Hypothèse : Subduction d’une croute océanique ? 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 (pillowlavas), 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