S. V. T. Classes de Terminale S Devoir commun de mars 2016 Durée : 3 heures 30 Sujet de spécialité Calculatrice interdite. Indiquez votre nom et prénom dans la zone à anonymer et rabattez en ne mettant qu’un seul POINT de colle. Dans la zone non-anonyme indiquez votre classe et le nom de votre professeur de SVT : (Mme Bassaglia ou Mme Pichard / M. Pichori ou Mme Chaby ou M. Bouchaud ou M. Veil) Le sujet comporte cinq pages numérotées de 1 à 5. La page 5 est à rendre avec la copie. 1ère PARTIE - Mobilisation des connaissances (10 points). Génétique et évolution Les plantes subissent les contraintes de la vie fixée, à l’interface entre deux milieux, l’atmosphère et le sol. Présenter les adaptations anatomiques en relation avec la vie fixée qui permettent à la plante de prélever les éléments indispensables à sa nutrition, et à les distribuer dans l’ensemble de son organisme. Les symbioses ne sont pas à traiter. Un schéma bilan fonctionnel est attendu (en plus de la réponse écrite). L’exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion. 16_spe_bacblanc2lwp.docx 1 2ème PARTIE - Exercice 1 - Pratique d’un raisonnement scientifique dans le cadre d’un problème donné (4 points). Génétique et évolution La dengue est une maladie virale transmise à l’Homme par des moustiques du genre Aedes. Initialement présente dans les zones tropicales et subtropicales, la dengue a désormais touché l’Europe où les premiers cas ont été recensés en 2010. L’une des principales méthodes de lutte consiste à mettre en place des campagnes de démoustication par utilisation d’insecticides organophosphorés, mais on constate une diminution progressive de leur efficacité du fait de l’apparition de résistances aux insecticides utilisés. Document : des moustiques résistants aux insecticides dans la région de Montpellier. On a décrit en 1993, dans la région de Montpellier, l’apparition d’une nouvelle souche de moustiques résistants aux insecticides organophosphorés. Cette résistance est liée à la production par ces moustiques, d’estérases, des enzymes capables de modifier chimiquement l’insecticide en en diminuant sa toxicité. Les individus de « phénotype résistant » ont la capacité de produire un taux important d’estérases, contrairement aux individus de « phénotype sensible ». Document 1a : fréquences des moustiques résistants en fonction de la distance à la mer. Document 1b : la variabilité des génomes rencontrés chez les moustiques. Il existe 2 gènes A et B situés sur la même paire de chromosomes, parfois en plusieurs exemplaires, qui codent chacun pour une estérase, respectivement pour l’estérase A et l’estérase B, toutes deux fonctionnelles. Document 1c : données complémentaires sur les phénotypes sensibles et résistants. Les données récentes ont fourni des précisions sur les facteurs susceptibles d’entraîner une sélection des moustiques sensibles en milieu sans insecticide : les moustiques résistants, en effet, auraient une survie hivernale bien plus faible que celle des moustiques sensibles et présenteraient une prédation larvaire plus forte. Par ailleurs, le tableau ci-dessous présente la densité des bactéries Wolbachia présentes chez les trois souches G, D et E (adultes mâles ou femelles ou larves). Cette bactérie provoque la mort des moustiques lorsqu’elle est présente en grande quantité. Souches Densité en bactéries en unités arbitraires G 0,1 D et E 1à5 On vous demande, pour cet exercice, de répondre au QCM en page 5. N’oubliez pas de le rendre avec votre copie. 16_spe_bacblanc2lwp.docx 2 2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d’une démarche scientifique ancrée dans des connaissances (6 points). Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l’avenir Les événements de Heinrich sont caractérisés par l’apparition en domaine océanique profond de sédiments glaciaires grossiers. Ces événements se sont répétés entre -60 000 et -10 000 ans. À partir des informations issues des documents et de vos connaissances, justifier le scénario proposé par les scientifiques dans le document de référence. Document de référence : les évènements de Heinrich. Les scientifiques ont construit la théorie suivante : les évènements de Heinrich correspondent à un réchauffement des zones nord-américaine et arctique (Groenland). Ce réchauffement entraîne une débâcle dans le nord de l’Atlantique, c’est-à-dire la libération en mer d’un grand nombre d’icebergs par les glaciers alors présents au Canada (inlandsis laurentidien notamment). Ces icebergs, entraînés par les courants océaniques traversant l’Atlantique, provoquent alors un refroidissement général au niveau de l’Europe. Extension maximale des inlandsis nord-américain lors de la dernière période glaciaire du Wisconsinien (-80 000 à -10 000 ans BP). Note. Les âges indiqués sur les documents sont des âges BP (before present = avant le présent). D’après Université Laval (Canada) Événements de Heinrich, notés H Âge en années BP H1 15 000 H2 23 000 H3 30 000 H4 39 000 H5 45 000 Document 1 : évolution du δ 18O dans les glaces de la station GIPS (Groenland) et courbe de référence. Note : Delta 18O = δ18O D'après P.M Grootes and M.Stuiver.1997, Journal of Geophysical Research Document 2 : débâcle d’icebergs. Lors de sa progression sur le socle, le glacier arrache et transporte des éléments rocheux grossiers. IRD = Ice Rafted Debris (sédiments provenant de la fonte des icebergs) D'après acces-lyon.fr 16_spe_bacblanc2lwp.docx 3 Document 3 : diagramme ε néodyme en fonction du rapport 206Pb/204Pb pour les sédiments de H2 et des éléments issus de différentes zones continentales. La géochimie, par l’étude de certains éléments chimiques, permet de retracer par exemple les roches mères à l’origine des sédiments suite au processus d’érosion : ce sont des traceurs géochimiques. C’est le cas de deux éléments chimiques, le néodyme (Nd) et le plomb (avec deux isotopes 206Pb et 204Pb). On établit ainsi un diagramme, le ε (epsilon) Nd en fonction du rapport 206Pb/204Pb. Cette méthode est utilisable lorsque les roches sources sont d’origine magmatique, ce qui est le cas au Canada. Des roches ayant une même source auront des signatures proches dans ce diagramme. D’après Benson et al., 2003 Document 4 : quantité relative de pollens dans des couches correspondant à des événements de Heinrich. Des forages réalisés au large du Portugal (Europe) donnent accès à des pollens continentaux fossilisés dans les couches d’âges correspondant aux évènements de Heinrich. D’après http://acces.ens-lyon.fr Document 5 : préférence écologique de différents types de végétations. Plantes présentes chêne, noisetier, pin chénopodiacées, armoises, graminées 16_spe_bacblanc2lwp.docx Exigences de température température moyenne températures basse et moyenne 4 Nom / prénom Rabattre et masquer SVP ! QCM. Cocher la réponse exacte pour chaque série de propositions. 1- La résistance des moustiques aux insecticides est un phénotype apparu : ☐ a- suite à une modification des conditions environnementales ☐ b- aléatoirement ☐ c- suite à un mécanisme de spéciation ☐ d- suite à un isolement géographique 2- La résistance des moustiques aux insecticides est un phénotype sélectionné : ☐ a- suite à une modification des conditions environnementales ☐ b- aléatoirement ☐ c- suite à un mécanisme de spéciation ☐ d- suite à un isolement géographique 3- On peut envisager que la famille multigénique des estérases est apparue : ☐ a- suite à la sélection naturelle des moustiques résistants ☐ b- suite à la dérive génétique des moustiques résistants ☐ c- suite à un phénomène de crossing over anormal chez un ou des moustiques sensibles ☐ d- suite à un mécanisme de transfert génétique horizontal entre bactérie et moustique 4- Le maintien d’une campagne de démoustication avec insecticide organo-phosphoré devrait conduire : ☐ a- à la disparition totale des moustiques sensibles à l’insecticide ☐ b- à la disparition totale des moustiques sensibles à la bactérie ☐ c- à la disparition partielle des moustiques sensibles à l’insecticide ☐ d- à la disparition partielle des moustiques sensibles à la bactérie 5- la bactérie pathogène exerce une pression de sélection favorisant : ☐ a- indifféremment tous les moustiques ☐ b- essentiellement les moustiques résistants à l’insecticide ☐ c- essentiellement les moustiques sensibles à l’insecticide ☐ d- essentiellement les moustiques sensibles à la bactérie 6- Pulvériser des insecticides organo-phosphorés pourrait conduire à long terme à : ☐ a- la sélection naturelle des moustiques sensibles à la bactérie et résistants à l’insecticide ☐ b- la sélection naturelle des moustiques sensibles à la bactérie et sensibles à l’insecticide ☐ c- la sélection naturelle des moustiques résistants à la bactérie et résistants à l’insecticide ☐ d- la sélection naturelle des moustiques résistants à la bactérie et sensibles à l’insecticide 7- la pulvérisation de l’insecticide : ☐ a- rend chaque moustique moins susceptible de transmettre la dengue à l’Homme donc contribue à éviter un danger sanitaire pour notre espèce ☐ b- élimine les moustiques susceptibles de transmettre la dengue à l’Homme mais pas ceux qui ne sont pas vecteurs de la maladie ☐ c- contribue à éviter un danger sanitaire pour notre espèce en limitant la quantité de moustiques sans limiter la fréquence de ceux qui transmettent la dengue ☐ d- augmente, pour les moustiques résistants, la probabilité d’une mutation conduisant à la résistance à la bactérie Wolbachia 8. Les quelques moustiques résistants observés en 2002 à 30 Km de la mer : ☐ a- sont liés à des remaniements génétiques spontanés à partir d’individus sensibles ☐ b- correspondent à une population géographiquement isolée des populations côtières ☐ c- montrent l’existence d’échanges génétiques avec les populations côtières ☐ d- s’accompagnent d’un risque accru de transmission de la dengue dans l’intérieur des terres 16_spe_bacblanc2lwp.docx 5 Barèmes : Mobilisation des connaissances. Les adaptations anatomiques en relation avec la vie fixée qui permettent à la plante de prélever les éléments indispensables à leur nutrition et à les distribuer dans l’ensemble de l’organisme (avec éventuellement l'aide d'un doc). Un schéma bilan fonctionnel est attendu. Critères Question clairement énoncée et respectée Problématique posée par le sujet comprise Les éléments scientifiques : pertinents, complets issus des connaissances scientifiques acquises et / ou du document Indicateurs (éléments de correction) • Le sujet est clairement présenté et compris ◦ Quelles sont les adaptations anatomiques qui permettent la nutrition de la plante, ainsi que la distribution des différentes molécules à l’ensemble de la plante, dans le cadre de la vie fixée. Connaissances nécessaires: - Grande surface de prélèvement au niveau racinaire (système racinaire et poils absorbants aux extrémités) : prélèvement de l’eau et des ions (sels) minéraux du sol grâce aux nombreux poils absorbants. - Grande surface foliaire : prélèvement de l’énergie lumineuse pour la photosynthèse. - Nombreux stomates (souvent sur la face inférieure des feuilles), orifices à ouverture variable, permettant l’entrée de CO2 (échanges gazeux en général) nécessaire à la photosynthèse dans la feuille. (Autre formulation : stomates en relation avec une chambre sous-stomatique avec surface de contact importante avec les cellules photosynthétiques chlorophylliennes). - L’eau et les ions minéraux transitent par les systèmes conducteurs : xylème (et/ou sève brute) et atteignent ainsi les différentes parties (organes) de la plante. - Les différentes molécules organiques issues de la photosynthèse transitent, quant à elles, par les systèmes conducteurs : vaisseaux du phloème (et/ou sève élaborée) et atteignent ainsi tous les organes (dont ceux non photosynthétiques). - Schéma bilan fonctionnel avec légendes, titre, phloème, xylème, prélèvement des ions et de l’eau, du CO2, de la localisation de la photosynthèse. Une mise en œuvre scientifique cohérente et apparente L’expression écrite Qualité du texte Qualité de la rédaction Qualité de la schématisation Synthèse pertinente (effort de mise en relation, d'articulation, des connaissances) Synthèse maladroite ou partielle (peu de mise en relation, d'articulation des connaissances) - D’autres schémas peuvent être effectués par les candidats : les prendre en compte, mais ne pas pénaliser un candidat n’en ayant pas réalisé (voir infra). Intégration et mises en relations des connaissances : • Le candidat pose clairement la problématique et annonce sa résolution. • Il organise son propos sous la forme d’un argumentaire mêlant faits et idées. . Il s’appuie par exemple sur des expérimentations, des observations, des présentations expérimentales pouvant conduire à une interprétation qui fait avancer le raisonnement • Intégration de schémas complémentaires du texte, apportant synthèse ou précisions (voir supra). • correction orthographique, grammaticale... • structuration avec des connecteurs logiques « donc » et/ou de « parce que » • organisation du texte : une idée par paragraphes. Un plan numéroté n’est pas demandé. • schémas clairs, grands, légendés, titrés Éléments scientifiques complets Rédaction et schématisation correctes 9 à 10 Rédaction et/ou schématisation maladroite (s) 8 Rédaction et schématisation correctes Rédaction et/ou schématisation maladroite (s) Rédaction et/ou schématisation correcte(s) Rédaction et/ou schématisation maladroite (s) 7 6 5 3à4 Éléments scientifiques partiels Rédaction et/ou schématisation correcte(s) 2 Rédaction et/ou schématisation maladroite (s) 1 Aucune synthèse Pas d’éléments scientifiques (connaissances) répondant à la question traitée 0 La synthèse s’entend comme l’association, la mise en relation ou l’articulation des connaissances et/ou des notions formant un ensemble construit et cohérent répondant à la question posée. 16_spe_bacblanc2lwp.docx 6 QCM. Cocher la réponse exacte pour chaque série de propositions (version 1 proposée ici). 1- La résistance des moustiques aux insecticides est un phénotype apparu : ☐ a- suite à une modification des conditions environnementales ☐ b- aléatoirement ☐ c- suite à un mécanisme de spéciation ☐ d- suite à un isolement géographique 2- La résistance des moustiques aux insecticides est un phénotype sélectionné : ☐ a- suite à une modification des conditions environnementales ☐ b- aléatoirement ☐ c- suite à un mécanisme de spéciation ☐ d- suite à un isolement géographique 3- On peut envisager que la famille multigénique des estérases est apparue : ☐ a- suite à la sélection naturelle des moustiques résistants ☐ b- suite à la dérive génétique des moustiques résistants ☐ c- suite à un phénomène de crossing over anormal chez un ou des moustiques sensibles ☐ d- suite à un mécanisme de transfert génétique horizontal entre bactérie et moustique 4- Le maintien d’une campagne de démoustication avec insecticide organo-phosphoré devrait conduire : ☐ a- à la disparition totale des moustiques sensibles à l’insecticide ☐ b- à la disparition totale des moustiques sensibles à la bactérie ☐ c- à la disparition partielle des moustiques sensibles à l’insecticide ☐ d- à la disparition partielle des moustiques sensibles à la bactérie 5- la bactérie pathogène exerce une pression de sélection favorisant : ☐ a- indifféremment tous les moustiques ☐ b- essentiellement les moustiques résistants à l’insecticide ☐ c- essentiellement les moustiques sensibles à l’insecticide ☐ d- essentiellement les moustiques sensibles à la bactérie 6- Pulvériser des insecticides organo-phosphorés pourrait conduire à long terme à : ☐ a- la sélection naturelle des moustiques sensibles à la bactérie et résistants à l’insecticide ☐ b- la sélection naturelle des moustiques sensibles à la bactérie et sensibles à l’insecticide ☐ c- la sélection naturelle des moustiques résistants à la bactérie et résistants à l’insecticide ☐ d- la sélection naturelle des moustiques résistants à la bactérie et sensibles à l’insecticide 7- la pulvérisation de l’insecticide : ☐ a- rend chaque moustique moins susceptible de transmettre la dengue à l’Homme donc contribue à éviter un danger sanitaire pour notre espèce ☐ b- élimine les moustiques susceptibles de transmettre la dengue à l’Homme mais pas ceux qui ne sont pas vecteurs de la maladie. ☐ c- contribue à éviter un danger sanitaire pour notre espèce en limitant la quantité de moustiques sans limiter la fréquence de ceux qui transmettent la dengue ☐ d- augmente, pour les moustiques résistants, la probabilité d’une mutation conduisant à la résistance à la bactérie Wolbachia 8. Les quelques moustiques résistants observés en 2002 à 30 Km de la mer : ☐ a- sont liés à des remaniements génétiques spontanés à partir d’individus sensibles ☐ b- correspondent à une population géographiquement isolée des populations côtières ☐ c- montrent l’existence d’échanges génétiques avec les populations côtières ☐ d- s’accompagnent d’un risque accru de transmission de la dengue dans l’intérieur des terres. 16_spe_bacblanc2lwp.docx 7 2ème PARTIE - Exercice 2 - Pratique d'une démarche scientifique ancrée dans des connaissances. 6 points. On veut justifier le scénario proposé par les scientifiques dans le document de référence (événements de Heinrich). Critères Éléments scientifiques issus du document : (complets, pertinents, utilisés à bon escient en accord avec le sujet...) Indicateurs (éléments de correction) Document 1. - Deux événements de Heinrich sont visibles dans le document : 15 000 et 23 000 ans BP. - Lors de ces deux événements, le δ18O a augmenté aux alentours de -38,5‰ dans une période où il est globalement plus négatif. - Le δ18O est un thermomètre isotopique : le taux d’18O dans l’eau des précipitations dépend de la température. - Un δ18O de -38,5‰ correspond à une température de -40°C environ. - Hormis ces deux événements de Heinrich, le δ18O plus négatif est à relier à des températures plus basses. - On observe ici le réchauffement de la zone groenlandaise lors des événements de Heinrich, comme indiqué dans le modèle. Document 2. - Lors de sa progression sur le socle rocheux, le glacier arrache et transporte des éléments rocheux grossiers. - Ces éléments grossiers sont libérés dans l’océan lors de la fonte des icebergs issus de la désintégration des glaciers. Ils tombent alors au fond des océans, où ils reposent (sédimentent) : ce sont les IRD. Document 3. - On étudie le ε néodyme en fonction du rapport 206Pb/204Pb pour différentes roches. - Des roches issues d’une même source auront des signatures proches. - Des roches prélevées sur les rives des baies de Cumberland et d’Hudson (proches des inlandsis) ont les mêmes ε Nd (-29 à -28), et des rapports 206Pb/204Pb proches (17 à 19). - Les sédiments de l’événement H2 ont les mêmes rapports ε Nd (-29 à -28), et des rapports 206Pb/204Pb proches (17,5 à 18,5), bien différents de ceux des sédiments ne correspondant pas à l’événement H2. - Ces sédiments semblent reliés aux roches trouvées sur les rives des baies de Cumberland et d’Hudson (proviennent de l’érosion de ces roches). Document 4. - Des forages ont été réalisés au large du Portugal, donnant accès à des pollens continentaux fossilisés dans les couches correspondant aux événements de Heinrich. - Pour les trois événements indiqués (H3 à H5), on observe une baisse de la proportion de pollens de chêne, noisetier et pin, et une hausse concomitante des proportions de pollens de chénopodiacées, armoises et graminées. - Les chêne, noisetier et pin vivent plutôt sous des températures moyennes ; les chénopodiacées, armoises et graminées sous des températures basse et moyenne, donc en milieu plus froid. - Les événements de Heinrich sont donc associés à un refroidissement climatique en Europe. Éléments scientifiques issus des connaissances acquises Conclusion. Les données extraites des sédiments (données géochimiques), des glaces continentales (thermomètre isotopiques) et des pollens (palynologie) sont en accord avec le modèle : un réchauffement des températures au niveau du continent nord-américain aurait conduit à une débâcle des glaciers continentaux (repérable par les sédiments (IRD) libérés lors de la fonte des icebergs), provoquant un refroidissement au niveau de l’Europe (visible avec la végétation). - le δ18O mesuré dans les glaces continentales est un thermomètre isotopique (donne des indications sur les températures passées) - la palynologie, par l’étude des pollens (très résistant) donne accès aux conditions climatiques du passé en milieu continental - Principe de l’actualisme (applicable avec la palynologie : les espèces du passé vivaient dans les mêmes conditions écologiques que les espèces actuelles). Qualité de la démarche Démarche cohérente qui permet de répondre à la problématique Démarche maladroite et réponse partielle à la problématique Aucune démarche ou démarche incohérente 16_spe_bacblanc2lwp.docx Éléments scientifiques tirés des documents et issus des connaissances Excellents dans les deux domaines (avec bonnes syntaxe et orthographe). Suffisants dans les deux domaines. Suffisants pour un domaine et moyen pour l’autre ou moyen dans les deux. Suffisants pour un domaine et moyen pour l’autre ou moyen dans les deux. Moyen dans l’un des domaines et insuffisant dans l’autre. Insuffisant dans les deux domaines. Rien 6 5 4 3 2 1 0 8