BAC BLANC 2007 SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE ENSEIGNEMENT DE SPECIALITE

Transcription

1 BAC BLANC 2007 SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE ENSEIGNEMENT DE SPECIALITE Durée de l épreuve : 3 heures 30 Les calculettes ne sont pas autorisées. PARTIE I. Restitution organisée des connaissances (10 points) Expliquez comment la subduction d'une plaque océanique peut conduire à la genèse de roches magmatiques au niveau de la plaque chevauchante. Votre exposé sera structuré et illustré par un schéma-bilan comportant les principaux éléments d'explication que vous aurez développés. PARTIE II Exercice 1 : Pratique du raisonnement scientifique (4 points) Utilisez les données du tableau de caractères pour justifier les relations de parentés établies sur l'arbre phylogénétique proposé. Placez sur l'arbre, après l'avoir recopié, les innovations évolutives. Document : Tableau de caractères : NB : - La lamproie est l'espèce présentant les caractères à l'état primitif. - Une innovation évolutive correspond au passage de l'état primitif à l'état dérivé du caractère. Arbre phylogénétique : Document obtenu à l'aide du logiciel phylogène

2 Exercice 2 : Pratique du raisonnement scientifique et mise en relation avec les connaissances (6 points) SPÉCIALITÉ En 1866, Mendel établit que: - les «facteurs héréditaires», responsables des caractères, sont transmis d'une génération à l'autre; - les «facteurs héréditaires» correspondent à différentes versions d'un caractère; - chez les hybrides, ils restent distincts et se séparent à nouveau lors de la formation des gamètes. En raison de l'insuffisance des connaissances, le support de ces «facteurs» était inconnu. A partir des informations extraites des documents 1 à 3 mises en relation avec vos connaissances, retrouvez des arguments qui ont permis d'établir que les chromosomes sont les supports physiques des facteurs héréditaires de Mendel. Document 1 : Une découverte postérieure à Mendel : la présence de structures dans le noyau des cellules Caryotypes de deux drosophiles femelle et mâle observés au microscope optique Document 2 : Les observations de Sutton publiées en 1903 Document 3 : Expérience de Morgan (1910) sur les drosophiles Il remarque dans son élevage l'apparition d'une mouche mâle présentant des yeux blancs et non rouges comme les autres mouches. Il réalise les croisements suivants:

3 Exercice 2 : Pratique du raisonnement scientifique et mise en relation avec les connaissances (6 points) OBLIGATOIRE La Drosophile est une petite mouche très utilisée pour l'étude de la transmission des caractères génétiques. À partir de l'exploitation rigoureuse, de la mise en relation des 3 documents proposés et de vos connaissances, montrez qu'il est possible de mettre en évidence l'existence de brassages génétiques au cours de la méiose chez la Drosophile.

4

5 CORRIGÉ PARTIE I Introduction : La subduction est la plongée d une lithosphère océanique sous une autre lithosphère. L activité magmatique est un des marqueurs de la subduction, elle se traduit entre autre par la présence d'un axe volcanique. Nous expliquerons comment les péridotites du manteau peuvent entrer en fusion partielle et produire un magma. Après avoir expliqué les conséquences de l augmentation de pression sur la lithosphère subduite nous montrerons qu elles permettent la fusion partielle en profondeur entraînant ainsi la création de magma à l'origine d'une grande diversité de roches magmatiques. 1. L'hydratation du manteau entraîne la création de magma - Au cours de son vieillissement et de son éloignement de la dorsale, la lithosphère océanique s'est refroidit et hydratée. - La plongée de la lithosphère océanique au niveau d une subduction porte les roches dans un domaine HPBT. En effet, on observe une anomalie thermique négative située au niveau de la fosse, ce qui signifie que la lithosphère subduite s enfonce sans s équilibrer thermiquement avec le manteau plus chaud. - Les roches de la lithosphère subduite se trouvent ainsi dans des conditions de P différentes de celles de surface avant subduction, par contre leur T reste basse. Or les minéraux ne sont stables que dans un domaine précis de P et T. Sous l effet de l augmentation de P, ils se transforment en d autres minéraux (ces transformations à l état solide sans modification de la composition chimique globale s appelle le métamorphisme). - Ce métamorphisme HPBT provoque la déshydratation des roches de la croûte subduite et leur transformation minéralogique. C est ainsi qu apparaissent successivement la glaucophane caractéristique des schistes bleus, le grenat et la jadéite caractéristiques des éclogites. - Dans les conditions normales, les péridotites sont solides, la P et T ne permettent pas la fusion partielle. Cependant, la fusion partielle est possible si les péridotites sont hydratées. La déshydratation des roches de la lithosphère océanique subduite, en hydratant les péridotites du manteau abaisse leur température de fusion : les péridotites fondent partiellement formant un magma. - On observe, en arrière de la fosse, une anomalie thermique positive correspondant à la position de l axe volcanique. Cette anomalie positive est la preuve d une création de magma en profondeur dans le manteau et de sa remontée vers la surface. - Par ailleurs, l axe volcanique est toujours situé, quel que soit l angle du plan de Benioff, à la verticale de la lithosphère subduite lorsque cette dernière atteint km de profondeur. C est donc à cette profondeur que les conditions de la fusion partielle des péridotites du manteau sont remplies. 2. La remontée de magma est à l origine des volcans et des plutons caractéristiques de la subduction - Le magma, plus chaud et moins dense, remonte à travers la croûte continentale et alimente des réservoirs magmatiques. - Ce magma en refroidissant cristallise soit en surface pour donner des RMV comme l andésite possédant une structure microlitique soit en profondeur pour donner des RMP comme la granodiorite (granitoïdes) possédant une structure grenue. - Les RMV forment des édifices volcaniques (volcans de type explosif), les RMP forment des plutons. - Comme la remontée s effectue sur une grande profondeur, le magma initial peut subir de nombreuses modifications de sa composition chimique ce qui explique la grande variété des roches magmatiques de la subduction. La rhyolite provient de la cristallisation d un magma qui s'est concentré en silice. Faire un schéma complet mettant en évidence l ensemble des phénomènes (voir cours) sur une page entière. Faire référence à ce schéma tout au long de l exposé. Conclusion : Ainsi, le métamorphisme HPBT subi par les roches de la lithosphère océanique hydratée subduite, en provoquant l hydratation des péridotites du manteau situées au dessus du plan de Benioff, permet la fusion partielle vers km de profondeur. Le magma formé remonte vers la surface en cristallisant soit en profondeur pour former des plutons de granitoïdes, soit en surface pour former de volcans. L activité magmatique observée est donc bien la conséquence de la subduction. On peut alors se demander quelles sont les causes de l'hydratation et de l'entrée en subduction d'une lithosphère océanique.

6 PARTIE II Exercice 1 - La lamproie possède tous les caractères étudiés à l état primitif. Une innovation évolutive correspondant au passage de l état primitif à l état dérivé d un caractère, d après le tableau, chaque espèce présente différentes innovations évolutives (matrice des caractères). Exemple : l aigle possède les caractères amnios, fenêtre mandibulaire, mâchoires inférieures et organe respiratoire à l état dérivé. - les différentes espèces partagent un plus ou poins grand nombre d innovations évolutives : aigle et croco partagent 4 innovations, dauphin et gorille en partagent 4 aussi. Aigle et anguille n en partagent qu une, de même que dauphin et anguille. Les espèces partageant le plus grand nombre d innovations évolutives sont les plus proches d un point de vue évolutif. Elles ont donc un ancêtre commun hypothétique récent. Moins deux espèces partagent d innovations et plus elles sont éloignées d un point de vue évolutif (avec un ancêtre commun hypo. très éloigné dans le temps). - donc, aigle et croco, ainsi que dauphin et gorille sont les deux couples d espèces les plus proches. Anguille et autres espèces sont les plus éloignées. Les couples aigle-croco et dauphin-gorille sont de proximité évolutive intermédiaire. Lamproie (étant l espèce de référence) à ancêtre commun avec les autres, le plus éloigné. Exercice 2 : SPÉCIALITÉ On cherche à expliquer en quoi les travaux de Sutton et Morgan ont permis d'établir la théorie chromosomique de l'hérédité. Le document 1 montre que les cellules de Drosophiles possèdent 4 paires de chromosomes. La paire XX ou XY permet de distinguer la femelle du mâle. Le document 2 montre que les gamètes haploïdes contiennent la moitié du nombre de chromosomes des cellules somatiques diploïdes. Donc les parents ne transmettent qu'un chromosome sur deux à leurs descendants, c'est la méiose. Par analogie avec les facteurs mendéliens : les chromosomes sont transmis d'une génération à l'autre. Le document 3 montre que pour le gène étudié (couleur de l'œil) la transmission est différente pour le mâle et la femelle. En effet, pour le 2e croisement, si on obtient bien ¾ de rouges et ¼ de blancs, on observe que seuls les mâles ont les yeux blancs. L'interprétation du croisement doit tenir compte de la différence entre mâle et femelle (doc.1) à savoir la paire de gonosomes. Comme la transmission est liée au sexe, le gène est porté par le chromosome X. Ainsi le mâle [white] est de génotype Xw//Y et la femelle [red] est Xw+//Xw+. En tenant compte des observations de Sutton, les gamètes du mâle transmettront soit Xw soit Y ; ceux de la femelle transmettront Xw+. Les F1 obtenus seront donc : Xw+//Y pour les mâles ; Xw//Xw+ pour les femelles. Comme tous les F1 sont [red] on en conclut qu'il existe plusieurs versions d'un caractère (= allèles) et que certains sont dominants (w+) et d'autres récessifs (w). Les F2 s'expliquent par le fait que les femelles F1 transmettent soit Xw soit Xw+. L'échiquier suivant permet de retrouver les proportions obtenues par Morgan. F1 x F1 Xw Xw+ Xw+ Y Xw//Xw+ femelle [w+] Xw//Y mâle [w] Xw+//Xw+ femelle [w+] Xw+//Y mâle [w+] Ainsi, chez les hybrides F1, les "facteurs" restent disctincts et se séparent à nouveau lors de la formation des gamètes. L'ensemble des documents permet d'établir que les facteurs mendéliens correspondent aux gènes portés par les chromosomes. Chaque individu possèdent 2 allèles de chaque gène (excepté chez le mâle pour le chromosome X) et n'en transmettent qu'un seul grâce à la méiose. Les travaux de Sutton et Morgan ont permis de proposer la théorie chromosomique de l'hérédité en réponse à l'hérédité particulaire de Mendel. Exercice 2 : OBLIGATOIRE - document 1 : les trois gènes étudiés dans les croisements réalisés dans le document 2 sont localisés sur des chromosomes différents de la drosophile : le gène black (bl) et le gène cinnabar (cin) se trouvent sur le chromosome 2. Le gène cardinal (car) se trouve, lui sur le chromosome 3 de la Drosophile. Donc les deux premiers gènes sont liés et le troisième est indépendant des deux premiers.

7 - document 2 : - on notera l allèle corps rayé bl+ et l allèle corps noir bl allèle yeux bruns cin+ et allèle yeux rouges cin allèle yeux bruns car+ et allèle yeux rouges vifs car - 1 ère série de croisements :. bl+ cin+//bl+ cin+ X bl cin//bl cin 100% des F1 sont de phénotype [bl+ cin+] or leur génotype est bl+ cin+//bl cin (échiquier de croisement) Donc les allèles bl+ et cin+ sont dominants respectivement sur les allèles bl et cin.. une femelle F1 est croisée avec un mâle mutant de génotype bl cin//bl cin (car ces deux allèles sont récessifs) ce croisement correspond à un test-cross et les descendants appartiennent à quatre catégories phénotypiques non équiprobables : [bl cin] et [bl+ cin+] majoritaires et [bl cin+] et [bl+ cin] minoritaires (échiquier de croisement). Donc les différents types de gamètes produits par la femelle F1 ne sont pas équiprobables (le mâle n en produisant qu un seul type bl cin/ avec les allèles récessifs). Or d après le document 3, lors de la prophase 1 de méiose les chromatides de chromosomes homologues peuvent «s accoler», ce qui permet des échanges d allèles. Ces mécanismes rares permettent d obtenir de nouvelles combinaisons alléliques pour des gènes liés, combinaisons rares. - 2 ème série de croisements :. bl+//bl+ car+//car+ X bl//bl car//car 100% des F1 sont [bl+ car+] or tous de génotype double hétérozygote Donc les allèles bl+ et car+ sont dominants respectivement sur les allèles bl et car.. F1 X bl//bl car//car quatre phénotypes équiprobables dans la descendance or le mâle P1 ne produit qu un seul type de gamète bl/ car/ avec les allèles récessifs (donc qui ne s expriment pas dans le phénotype final) Donc les gamètes produits par la femelle F1 sont de quatre types et équiprobables or les gènes bl et car sont situés sur deux paires de chromosomes différentes Donc pendant la méiose les paires de chromosomes se séparent de façon totalement aléatoire. - synthèse - brassage intrachromosomique en PRO 1 pour des gènes liés gamètes de type P (signification+définition) et gamètes de type R (signification+définition) non équiprobables (explication) avec CO et chiasmas (schéma interprétatif avec les gènes bl et cin). - brassage interchromosomique en ANA 1 pour des gènes indépendants gamètes équiprobables (schéma interprétatif avec les gènes bl et car) Donc existence de brassages génétiques au cours de la méiose chez la Drosophile.