CORRIGÉ Le barème tient compte du fait qu il n y a pas d épreuve de capacités expérimentales

Transcription

1 Sciiences de lla viie et de lla Terre Bac bllanc 2011 Cllasses de TS Lycée Français International Georges Pompidou Doubaï Durée 3h 30 Mercredi 23 mars 2011 de 13h30 à 17h00 CORRIGÉ Le barème tient compte du fait qu il n y a pas d épreuve de capacités expérimentales PARTIE I. Restitution organisée des connaissances (10 points) Partie du programme : Convergence lithosphérique et ses effets La convergence lithosphérique au niveau de la chaîne alpine Question Présentez les marqueurs géologiques qui permettent de montrer que la chaîne alpine résulte d'une collision de deux lithosphères continentales autrefois séparées par un océan. Votre exposé structuré sera illustré par deux schémas soignés, au minimum. Introduction Les Alpes occidentales représentent un exemple d'une chaîne de collision résultant de la convergence de deux lithosphères continentales, l'une européenne et l'autre africaine. Mais cette collision n'est que le dernier épisode de l'histoire de la chaîne alpine il succède à un épisode océanique. Nous allons envisager les marqueurs géologiques qui témoignent de l'existence d'un Océan Alpin, de sa fermeture et de la collision de lithosphères continentales qui en résulte. A. Les ophiolites, témoins de l'existence d'un ancien océan Dans la zone interne des Alpes affleurent à des attitudes élevées des massifs ophiolithiques dont le plus connu est celui du Chenaillet à l'est de Briançon. On y voit des basaltes en coussins situés au-dessus de gabbros recouvrant eux-mêmes une roche verdâtre, la serpentinite ; cette dernière est une péridotite où l'olivine est transformée en un minéral hydroxylé, la serpentine. Cette structure est celle d'une croûte océanique et du manteau lithosphérique sur lequel elle repose. Les ophiolites du Chenaillet sont donc de la croûte océanique charriée sur de la croûte continentale. Elles montrent qu'à l'emplacement des Pipes, un océan a autrefois existé. Les lames minces du gabbro des ophiolithes révèlent la présence de minéraux comme la chlorite ou des auréoles d'amphibole autour du pyroxène. Ce sont là les signes d'une croûte océanique ayant subi un métamorphisme hydrothermal au voisinage dune dorsale. Ce métamorphisme hydrothermal de certains échantillons des gabbros du Chenaillet confirme l'existence d'un fond océanique engendré par l'activité d'une dorsale qui assure ainsi son expansion. B. Les ophiolites métamorphisées témoins de la subduction de l'océan alpin Dans les Alpes, notamment au mont Viso, on trouve des massifs constitués de roches (métagabbros, éclogites) ayant la composition chimique globale de basaltes et de gabbros océaniques mais une composition minéralogique différentes. Les minéraux présents dans ces roches (grenats, glaucophane, jadéite) sont des minéraux marqueurs de la subduction car ils résultent du métamorphisme de la croûte océanique subduite à des profondeurs supérieures à 50 km. Les éclogites du Viso représentent de la croûte océanique subduite métamorphisée à plus de 50 km de profondeur et ramenée en surface. Le glaucophane des gabbros du Queyras témoignent d'une croûte océanique subduite à km. Bacblanc_Cor_03_11.doc J-P Berger - 28/05/11

2 C. Les marqueurs de la collision On observe des déformations (plis, failles nappes de charriage) qui affectent des roches sédimentaires caractéristiques des marges continentales passives. Les nappes de charriage sont souvent révélées par la présence de terrains anciens recouvrant des terrains plus récents (contact anormal). Souvent, plusieurs nappes sont ainsi empilées, ce qui témoigne de l'importance des déplacements subis par les formations sédimentaires. Ces déformations en compression des roches d'une marge passive témoignent de la collision de deux lithosphères continentales après la disparition de l'océan. Conclusion Les schémas qui illustrent les étapes de l'histoire des Alpes par les marqueurs peuvent aussi bien constituer le bilan qu être intégrés aux chapitres. Bacblanc_Cor_03_11.doc J-P Berger - 28/05/11

3 PARTIE II. Pratique du raisonnement scientifique (10 points) Exercice 1 (4 points) Recherche d informations utiles à la résolution d un problème scientifique. Partie du programme : Parenté entre les êtres vivants actuels et fossiles. Relations de parenté au sein des mammifères On cherche à préciser les relations de parenté entre cinq espèces actuelles et une espèce fossile de Mammifères. Le document présente un arbre phylogénétique des cinq espèces actuelles ; les états de quelques caractères sont précisés dans le tableau. Question À partir des informations extraites du tableau de caractères et en expliquant votre raisonnement : - situez sur l'arbre phylogénétique, que vous aurez recopié, les innovations évolutives conduisant aux état dérivés des caractères du tableau, - indiquez les caractères de l'ancêtre commun le plus récent au Tarsier et à l'indri, - placez l'espèce Australopithecus africanus sur l'arbre phylogénétique. Conseils. Un arbre phylogénétique traduit des relations de parenté. Se rappeler que dans ces arbres, les noeuds représentent les ancêtres communs exclusifs à deux ou plusieurs espèces. Chaque ancêtre commun est défini au moins par une innovation génétique que l'on peut préciser grâce à la matrice de caractères fournie. Mise en place des innovations évolutives et de l'espèce Australopithecus africanus sur l'arbre phylogénétique Les noeuds de l'arbre phylogénétique (voir figure ci-après) représentent des ancêtres communs hypothétiques. Chaque ancêtre commun est défini par au moins une innovation évolutive que partagent les espèces dont il est l'ancêtre et que ne possèdent pas les autres. Par exemple, Babouin et Bonobo ont des narines rapprochées et des orbites fermées que ne possèdent ni l Indri, ni l'oreillard, ni le Tarsier donc, on place ces innovations évolutives sur l'arbre, juste avant leur ancêtre commun. On agit de même pour les autres ancêtres communs. L'ancêtre commun au Tarsier et à l'indri le plus récent possède parmi les caractères envisagés des poils, caractère ancestral, et des ongles, caractère dérivé. L'australopithèque possède tous les états dérivés du Bonobo c'est donc avec lui qu'il possède un ancêtre commun exclusif le plus récent comme cela est matérialisé sur la figure. Figure complétée. Arbre phylogénétique de cinq espèces actuelles de mammifères et d'une espèce fossile: l'australopithecus africanus Bacblanc_Cor_03_11.doc J-P Berger - 28/05/11

4 Exercice 2 (6 points) Enseignement obligatoire Résolution d'un problème scientifique à partir de l'exploitation de documents en relation avec les connaissances. Partie du programme : Procréation. Facteurs agissant sur l activité du complexe hypothalamo-hypophysaire Question À partir des informations tirées de l'étude des documents et de vos connaissances, montrez que l'activité du complexe hypothalamo-hypophysaire peut être modulé par des stimulus d'origine externe et interne. A. Exploitation du document 1 L'activité du complexe hypothalamo-hypophysaire (CHH) est traduite par les concentrations de FSH et de LH. Elle est très faible de septembre à décembre. Elle augmente à partir de décembre pour atteindre son maximum au mois de février et diminue vers la fin du mois de février pour atteindre son activité minimale au moment de l'accouplement. L'augmentation de l'activité du CHH est corrélée à l'augmentation de la durée des jours. La baisse d'activité du CHH est corrélée à la reprise de l'activité des testicules, reprise traduite par l'augmentation de leur poids et surtout par celle de la sécrétion de testostérone. On peut donc faire l'hypothèse que l'éclairement, facteur externe, et l activité des testicules, facteur interne, modulent l'activité du CHH. B. Exploitation du document 2 En éclairement constant, la masse des testicules ne change pas et reste quasi maximale: l'activité testiculaire est donc permanente tout au long de l'année, ce qui laisse à penser que l'action du CHH l'est aussi. En éclairement naturel donc variable, la masse des testicules diminue lorsque la durée des jours diminue et augmente à partir de fin décembre lorsque cette durée augmente. La durée des jours est donc effectivement un facteur externe qui agit sur l'activité du CHH. En lumière naturelle ta section des nerfs optiques fait que les testicules gardent constamment une taille minimale : cela traduit un arrêt permanent de l'activité testiculaire, lui-même révélateur de l'arrêt des sécrétions de gonadostimulines par le CHH. La durée d'éclairement agit sur le CHH par l'intermédiaire de messages véhiculés par les nerfs optiques. Comme les nerfs optiques sont reliés aux neurones sécréteurs de GnRH, c'est donc sur l'activité de ces neurones que la lumière agit. C. Exploitation du document 3 Chez un bélier castré, la fréquence des pulses de GnRH est multipliée par 4,5 et leur amplitude passe de 15 à 25 pg ml1. Les testicules freinent donc l'activité des neurones hypothalamiques sécréteurs de GnRH. Chez le bélier castré, les injections de testostérone rétablissent l'activité normale des neurones hypothalamiques. Les testicules freinent donc l'activité du CHH par l'intermédiaire de la testostérone. Conclusion Ci-contre Le bilan peut s exprimer sous forme de texte ou de schéma. Le schéma est ici plus rapide et plus clair. Bacblanc_Cor_03_11.doc J-P Berger - 28/05/11

5 Exercice 2 (6 points) Enseignement de spécialité Résolution d'un problème scientifique à partir de l'exploitation de documents en relation avec les connaissances. Partie du programme : Diversité et complémentarité des métabolismes. Les produits de la photosynthèse On cherche à préciser les conditions et le rôle des réactions de la phase photochimique. Ces réactions ont lieu dans la membrane du thylakoïde des chloroplastes. Question À l aide de l exploitation et de la mise en relation des documents 1, 2 et 3, vous indiquerez la nature, les conditions de formation et le rôle des molécules formées lors de la phase photochimique. Conseils Utiliser la méthode comparative au sein de chaque document comparer les résultats de deux moments des expériences qui ne diffèrent que par un seul facteur. Bien veiller à ne pas imposer vos connaissances a priori mais les utiliser pour tirer les informations pertinentes, en particulier du document 3. A. Exploitation du document 1a Pendant les 6 premières minutes, à l'obscurité comme à la lumière, en l'absence de réactif de Hill, la teneur en O 2 du milieu dans lequel se trouvent les organites cellulaires baisse. Puisque cette suspension contient des mitochondries, on peut supposer que cela est dû à la respiration mitochondriale. L'ajout de réactif de Hill au temps 6 minutes entraîne une augmentation de la teneur en O 2 du milieu, ce qui indique une production d O 2 par les chloroplastes, production supérieure à la consommation par la respiration mitochondriale. La teneur en O 2 baisse légèrement à nouveau, malgré la présence du réactif de Hill, lorsque la suspension est remise à l'obscurité. La lumière et le réactif de Hill, c'est-à-dire un oxydant, sont tous deux indispensables à la production d O 2 par les chloroplastes. B. Exploitation du document 1b L'équation globale de la photosynthèse fournie, prend en compte les résultats expérimentaux de Ruben et Kamen et indique que les atomes d'oxygène du dioxygène produit proviennent de l'eau. Au cours de la phase photochimique de la photosynthèse, il y a donc une oxydation de l'eau et une réduction d'un oxydant qui dans les conditions expérimentales est le réactif de Hill et qui dans les conditions naturelles est désigné par R 2H R O 2 + 2RH2 C. Exploitation du document 2 La comparaison des expériences 1 et 2 montre que les thylakoïdes des chloroplastes produisent de l'atp à partir de l'adp et du phosphate. La comparaison des expériences 2 et 3 montre que cette synthèse d'atp n'a lieu qu'à la lumière. La comparaison des expériences 2 et 4 montre que la synthèse d'atp n'a lieu qu'en présence d'un oxydant. L ATP au même titre que RH 2 est un produit de la phase photochimique de la photosynthèse. Autrement dit, la synthèse de l'atp est associée à la réaction d'oxydoréduction qui a lieu à la lumière, dans les thylakoïdes où l'eau est oxydée et l'oxydant R réduit (document 1). D. Exploitation du document 3 L'incorporation du CO 2 dans les molécules organiques, tout en diminuant, persiste pendant 20 secondes après l'arrêt de l'éclairage de la suspension d'algues vertes, puis cesse. La synthèse de molécules organiques à partir du CO 2 peut donc avoir lieu à l'obscurité, mais ne persiste que si les organismes chlorophylliens sont éclairés. Cela signifie que les produits formés lors de la Bacblanc_Cor_03_11.doc J-P Berger - 28/05/11

6 phase photochimique de la photosynthèse, c est-à-dire l ATP et le transporteur réduit RH 2, sont utilisés peur la synthèse de molécules organiques. Pendant l'heure d'éclairement où I'incorporation de CO 2 se maintient constante, il y a un état stationnaire dynamique où l'atp et le RH 2 utilisés pour la synthèse de molécules organiques sont constamment renouvelés grâce à l'énergie lumineuse captée par les pigments chlorophylliens des membranes des thylakoïdes. A l'obscurité, la phase photochimique est arrêtée, I'ATP et le RH 2 ne sont plus renouvelés et la synthèse de molécules organiques cesse lorsqu'ils sont épuisés. Conclusion Le bilan peut s exprimer sous forme de texte ou de schéma. Le schéma est ici plus rapide et plus clair. Bacblanc_Cor_03_11.doc J-P Berger - 28/05/11