la reproduction
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CRPE - Biologie Corrigé LA REPRODUCTION Exercice 1 4 points Lazzaro Spallanzani (1729-1799), un scientifique italien, s’est interrogé sur l’origine des bébés animaux. Il réalisa plusieurs expériences. A l’aide des comptes rendus d’expériences rédigés et illustrés ci-dessous, indiquez rigoureusement la démarche suivie par le savant, les connaissances qu’il met en place à chaque étape, et la notion générale développée. La problématique de départ posée par le savant est « Comment s’opère la fécondation hors du corps de la grenouille ? » 0,25 points Quelques premières observations vont permettre à Spallanzani de proposer une hypothèse. Le savant observe que les « œufs » (ovules) pondus par des femelles après leur accouplement avec les mâles donnent naissance à des têtards une fois qu’une « une liqueur limpide » produite par les mâles se soit répandue sur ces œufs. L’hypothèse est donc formulée que cette liqueur a un rôle essentiel dans la fécondation. 0,75 points Pour mettre à l’épreuve cette hypothèse, le chercheur réalise deux séries d’expériences qui précisent successivement les connaissances concernant cette fécondation. Dans la première série d’expériences, les ovules produits après accouplement ne donnent pas naissance à des têtards dans le cas où les mâles sont dotés de « caleçons » empêchant la liqueur de se répandre sur les ovules. L’hypothèse de la capacité fécondante de la liqueur parait donc valide. Pour confirmer cet aspect, la liqueur (sperme) est prélevée dans le caleçon et mise au contact des ovules pondus après accouplement avec caleçons. Ces ovules se transforment alors en têtards. Le sperme est donc identifié comme ayant la capacité de féconder les ovules. 1,25 points La deuxième série d’expériences « in vitro », teste la capacité fécondante de différents composants du sperme qui ont été séparés par filtration. La première expérience confirme que les ovules isolés ne peuvent se transformer en têtards. La deuxième expérience confirme que le sperme a la capacité de féconder les ovules pour Albine Courdent – Afadec – Droits de reproduction réservés 1 CRPE - Biologie qu’ils se transforment en têtards. La troisième expérience montre que les ovules mis en contact seulement avec le liquide spermatique sans la présence de cellules sexuelles mâles ne peuvent pas donner de têtard. Cela signifie que le liquide seul n’est pas fécondant. La quatrième expérience montre que les ovules mis au contact des gamètes mâles, les spermatozoïdes isolés du sperme, donnent des têtards. Cela indique que ce sont les spermatozoïdes qui ont la capacité de féconder les ovules pondus après l’accouplement. 1,25 points Ainsi, Spallanzani a mis en évidence un mode de reproduction sexuée avec fécondation externe : l’accouplement provoque l’expulsion des ovules, le mâle asperge ensuite ces ovules de son sperme dont les spermatozoïdes réalisent la fécondation. 0,5 points Exercice 2 2 points En 1889, Hans Molish (1856-1937), biologiste tchèque, a placé sur un milieu nutritif des grains de pollen à quelques millimètres d’un fragment d’ovaires, ou d’ovules. Il a observé les effets suivants. Une expérience similaire peut être pratiquée avec des spermatozoïdes d’oursins. Retracez le raisonnement de ces deux expériences et ce qu’elles nous apprennent. Ces deux expériences sont destinées à répondre au problème scientifique : « Existe-il quelque chose qui attire les gamètes les uns vers les autres ? » Dans les deux cas, les chercheurs font l’hypothèse implicite que « quelque chose » produit par les gamètes femelles attire les gamètes mâles. 0,25 points Pour mettre à l’épreuve cette hypothèse, Molish réalise une expérimentation. Il place un morceau d’ovaire de fleur, contenant des ovules, gamètes femelles, au centre d’une coupelle contenant des grains de pollen en cours de germination (B). Il constate que les tubes polliniques, qui contiennent les noyaux mâles responsables de la double fécondation, s’orientent vers les ovules. Dans la coupelle témoin de cette expérimentation (A), qui ne contient pas de tranche d’ovaire, les grains de pollen germés restent disposés de façon aléatoire, les tubes polliniques ne se sont pas orientés. Ces résultats indiquent qu’une substance, non visible, émise par l’ovaire est capable d’orienter les tubes polliniques vers les ovules de façon à faciliter leur accès aux noyaux fécondants. Dans le même ordre d’idée, au cours de l’autre série d’expériences, une goutte d’eau de mer ayant contenu des ovules d’oursins est déposée au centre d’une coupelle contenant des spermatozoïdes d’oursins (B). On observe alors que les spermatozoïdes se déplacent vers cette goutte centrale alors que dans la coupelle témoin (A), contenant uniquement des spermatozoïdes, ces derniers se déplacent aléatoirement. Cela signifie qu’une substance chimique sécrétée par les ovules dans l’eau de mer, attire les spermatozoïdes de façon à favoriser la fécondation dans le milieu marin. 1 point Albine Courdent – Afadec – Droits de reproduction réservés 2 CRPE - Biologie Quelle est la notion commune mise en évidence ? Les gamètes femelles rejettent dans le milieu extérieur (air ou eau) des substances chimiques (des chémo-attractants) nommées phéromones qui ont pour but d’attirer les gamètes mâles et ainsi augmenter les chances de fécondation. 0,25 points Expliquez, à l’aide de textes et de schémas, le mécanisme consécutif à la germination du tube pollinique et son aboutissement. Nommer ce mécanisme. Le tube pollinique s’avance vers l’ovule, les deux noyaux mâles sont déposés à proximité du sac embryonnaire contenant les noyaux femelles. Un noyau mâle va féconder un noyau femelle (oosphère) pour donner l’embryon, tandis que le deuxième noyau mâle va fusionner avec un ensemble de deux noyaux femelles pour donner le cotylédon qui servira à nourrir l’embryon. Ce mécanisme s’appelle la double fécondation. Schémas issus de l’ouvrage Préparation au concours CRPE, Hatier, édition 2010. 0,5 points Albine Courdent – Afadec – Droits de reproduction réservés 3 CRPE - Biologie Exercice 3 2 points A quel type de développement embryonnaire correspond chaque photo ? Photo A : développement vivipare, exemple de l’humain Photo B : développement ovipare, exemple de l’oiseau. 0,5 points Quelles sont les différences et les ressemblances physiologiques et anatomiques des structures caractéristiques de ces types de développement ? Isolement l’embryon Vaisseaux sanguins extraembryonnaires de Ressemblances Différences Les deux embryons ne sont pas en contact direct avec le milieu extérieur. L’embryon de vivipare se développe dans la cavité amniotique isolée de l’organisme maternel par le placenta. Des vaisseaux sanguins acheminent les éléments nutritifs nécessaires au développement jusqu’à l’embryon Les vaisseaux sanguins extra-embryonnaires présents dans le cordon ombilical de l’embryon de vivipare aboutissent dans les replis du placenta où ils captent les nutriments et le dioxygène provenant du sang de la mère. Le CO2 produit par l’embryon en développement est rejeté dans le sang de la mère au niveau du placenta qui joue le rôle d’un filtre sélectif : il laisse passer vers l’embryon les éléments nutritifs mais bloque la plupart des virus, bactéries, parasites (mais pas les médicaments). L’embryon est donc dépendant de la mère pour la nutrition. L’embryon d’ovipare est isolé de son environnement par la coquille d’œuf. Les vaisseaux sanguins extra-embryonnaires de l’embryon d’ovipare aboutissent à la surface du vitellus (« jaune » chez l’oiseau) où ils captent les réserves nutritives permettant le développement puis la croissance. Les gaz diffusent à travers la coquille. L’embryon est donc autonome pour son développement et sa croissance. 1 point A partir de vos connaissances sur les gamètes indiquez à quoi peut être corrélé le type de développement ? (Argumentez) Chez les vivipareq, les réserves nutritives présentes dans l’ovule sont très réduites. Après la fécondation, pour se développer, l’embryon doit donc rapidement rentrer en lien avec l’organisme maternel pour obtenir les éléments nutritifs nécessaire au développement et à la croissance. Le placenta est un lieu d’échange entre les deux systèmes sanguins de la mère et Albine Courdent – Afadec – Droits de reproduction réservés 4 CRPE - Biologie de l’embryon : les globules rouges ne le traversent pas mais les nutriments et les gaz le traversent. Chez les ovipares, les réserves nutritives sont abondantes dans l’ovule. Elles suffisent donc au besoin de l’embryon. Celui-ci se développe donc de façon autonome, indépendamment de la mère, dans un œuf sans lien avec l’organisme maternel. Le type de développement est donc corrélé à la quantité de réserves nutritives présente dans l’ovule. 0,5 points Albine Courdent – Afadec – Droits de reproduction réservés 5
