Sciences de la vie et de la terre

Sciences de la vie et de la terre Première ES, L Corrigés des exercices et activités Rédaction : Marie-Laure Gueuné Laurence Beaudouard Coordination : Yannick Gaudin Ce cours est la propriété du Cned. Les images et textes intégrés à ce cours sont la propriété de leurs auteurs et/ou ayants droit respectifs. Tous ces éléments font l objet d une protection par les dispositions du code français de la propriété intellectuelle ainsi que par les conventions internationales en vigueur. Ces contenus ne peuvent être utilisés qu à des fins strictement personnelles. Toute reproduction, utilisation collective à quelque titre que ce soit, tout usage commercial, ou toute mise à disposition de tiers d un cours ou d une œuvre intégrée à ceux-ci sont strictement interdits. Cned-2011

Séquence 1 Représentation visuelle Sommaire Correction des activités du chapitre 1 Correction des activités du chapitre 2 Correction des exercices Corrigés des activités Séquence 1 SN13 3

Correction des activités du chapitre 1 Activité 1 Identifier les structures qui protègent et permettent le fonctionnement de l'œil Les glandes lacrymales Vue externe de l œil pupille iris sourcil paupière supérieure cils paupière inférieure glande lacrymale conduit lacrymonasal trajet des larmes narine Les muscles commandant les mouvements oculaires muscles rubanés muscle conjonctive nerf optique orbite Corrigés des activités Séquence 1 SN13 5

Activité 2 Identifier les différentes parties de l œil impliquées dans les phénomènes visuels conjonctive recouvrant la cornée iris pupille cornée humeur aqueuse cristallin muscle sclérotique : enveloppe blanche résistante choroïde de couleur noire rétine fovéa au niveau de la maculle point aveugle nerf optique axe optique humeur vitrée milieux transparents Activité 3 Prendre en compte le fait que les connaissances actuelles sont le fruit d'un long cheminement du savoir La conception des philosophes grecs La conception de Ibn Al Haytam rayon visuel formant un cône rayon lumineux ŒIL OBJET transfert par le nerf optique au «siège de l âme» image formée au niveau du cristallin La conception de Kepler image inversée sur la rétine vue directement le rayon lumineux pénètre par la pupille 6 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Activité 4 Identifier le processus permettant la formation des images sur la rétine 1 Comparaison de l œil et d un appareil photo numérique Les structures de l œil La cornée et le cristallin L iris et la pupille de diamètre variable La rétine où se forment les images. La lumière est convertie en messages nerveux. Les composants d un appareil photo numérique L objectif Le diaphragme dont l ouverture est variable La lumière transmise par l objectif vient frapper une grille d éléments récepteurs (cellules photosensibles) qui constituent le capteur. Cette lumière est transformée en impulsion électrique. 2 La lecture est une tâche réalisée à courte distance des yeux. Elle nécessite par conséquent, une accommodation, une contraction de la pupille et une convergence des deux yeux presque continuelles. De longues séances de lecture peuvent ainsi causer une fatigue oculaire. S il est nécessaire de lire pendant un laps de temps prolongé, il est souhaitable de lever les yeux et de regarder au loin afin de décontracter les muscles à l origine de l accommodation et de la contraction de la pupille. 3 Les schémas ont été réalisés dans le cas d un objet placé à la même distance et pour un même diamètre de la pupille. La formation d une image sur la rétine dans le cas d un objet rapproché pour un œil normal OBJET Image nette sur la rétine Le cristallin s arrondit : il y a augmentation de la courbure des surfaces La formation d une image dans le cas d un objet rapproché, si le mécanisme d accommodation n existait pas. OBJET Image floue sur la rétine Cristallin aplati Corrigés des activités Séquence 1 SN13 7

Activité 5 Activité 6 Montrer l'importance du cristallin dans la qualité de l'image se formant sur la rétine La cataracte est une pathologie de l œil qui peut apparaître avec l âge et entraîner une quasi-cécité. On cherche à établir quelles en sont les causes et les conséquences sur la perception visuelle. Quel traitement propose-t-on aux personnes atteintes? Y-a-t-il des moyens de prévention? Les causes (documents 9 et 10) La structure altérée est le cristallin qui s opacifie. Le cristallin totalement transparent jaunit et devient légèrement laiteux avec l âge. Les conséquences sur la perception visuelle (document 9) La perception visuelle est altérée au niveau des couleurs et des formes : ainsi, le peintre Claude Monet, suite à l apparition d une cataracte, a modifié sa palette de couleurs en la déplaçant vers les teintes jaunes, rousse et marron. On peut également constater au niveau de ses tableaux une dégradation des formes (document 8). Le traitement proposé aux personnes atteintes (document 10) On enlève le cristallin opaque lors d une intervention sous anesthésie locale et on le remplace par un cristallin artificiel. Une prévention possible (document 10) Comme il existe une relation entre l exposition solaire cumulative et le risque d apparition de cataracte, il est recommandé de porter des lunettes de soleil dont les verres sont de bonne qualité prévues pour protéger les yeux des UV solaires. Préciser l organisation cellulaire de la rétine afin de localiser les photorécepteurs La lumière traverse toutes les couches de la rétine avant d atteindre les photorécepteurs. Les messages nerveux sont transmis au cerveau par les fibres nerveuses des neurones ganglionnaires ou cellules ganglionnaires. axe optique Lumière Humeur vitrée Messages Messages nerveux Lumière Fibre nerveuse qui va participer à la formation du nerf optique. Neurones (cellules) ganglionnaires. Neurones (cellules) bipolaires. œil droit Photorécepteurs. Cellules pigmentaires. Choroïde 8 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Activité 7 Montrer que les bâtonnets et les cônes sont les cellules susceptibles d'être les récepteurs sensibles à la lumière 1 E Le document 14 représente la densité des photorécepteurs rétiniens, bâtonnets et cônes le long d une coupe de la rétine passant par le point aveugle et la fovéa. E La zone montrant une interruption des courbes du côté nasal correspond à une zone ne présentant pas de photorécepteurs, c est-à-dire ni bâtonnets, ni cônes : il s agit du point aveugle qui est le point de départ du nerf optique, constitué par l ensemble des fibres nerveuses issues des neurones ganglionnaires de la rétine. E La rétine centrale correspondant à la fovéa (point zéro du graphe) ne présente que des cônes dont la densité est de 140000.mm -2. La rétine périphérique correspondant à une excentricité de 70 ne présente quasiment que des bâtonnets. La répartition des photorécepteurs au niveau de la rétine Lumière La fovéa : (au niveau de la tâche jaune, macula) : il n y a que des cônes. La zone périphérique : plus on s éloigne de la fovéa, moins il y a de cônes qui sont peu à peu remplacés par des bâtonnets. La «tache aveugle» correspondant à la zone de convergence de toutes les fibres du nerf optique (un million de fibres). Elle est dépourvue de récepteurs, donc «aveugle». 2 Le document 15 permet de mettre en évidence une zone rétinienne aveugle qui correspond à la papille, point de départ du nerf optique, uniquement constituée de fibres nerveuses des cellules ganglionnaires. L absence dans cette zone de bâtonnets et de cônes entraîne par conséquent, une absence de perception visuelle. On peut donc supposer qu il s agit de cellules sensibles à la lumière permettant la perception des images lumineuses qui se forment sur la rétine. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 9

Point de fixation 1 2 Position pour laquelle le cercle noir n est pas visible 3 Nerf optique Fovéa Point aveugle Un peu d histoire : Cette expérience s appelle l expérience de Mariotte. C est au XVIIe siècle, en procédant à la dissection d un oeil humain, que le physicien français Edme Mariotte découvrit la tache aveugle, région de la rétine où se rattache le nerf optique au globe oculaire. Il soupçonne qu étant dépourvue de cellules,la lumière ne devait pas stimuler cette région et que, par conséquent, chaque oeil devait posséder une «tache aveugle», une petite région du champ visuel où il est aveugle. 3 Le champ visuel n est pas le même pour toutes les longueurs d onde de la lumière : il existe un champ visuel en relation avec une sensibilité au vert peu étendu, un champ visuel en relation avec une sensibilité au rouge et au bleu. On peut supposer qu il existe de même des photorécepteurs sensibles au vert des photorécepteurs sensibles au rouge et d autres au bleu et que les différentes catégories n ont pas la même répartition. 10 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Activité 8 Identifier les fonctions différentes des bâtonnets et des cônes 1 Il s agit de comparer les intensités lumineuses minimales nécessaires pour que les bâtonnets et les cônes répondent à la stimulation. Conditions de l expérience = ce que les chercheurs ont fait. Les résultats observés Les déductions On a mesuré le seuil de réponse (plus petite intensité lumineuse capable de déclencher une sensation visuelle) des bâtonnets et des cônes en fonction de la longueur d onde. Pour une longueur d onde de 500 nm les bâtonnets réagissent pour une intensité lumineuse de 1 Lux Les bâtonnets ne réagissent plus pour des intensités lumineuses élevées. Il existe 3 types de cônes qui présentent des seuils de réponse pour des longueurs d onde différentes : les cônes 2 et 3 ont un seuil de réponse équivalent, correspondant à une intensité d environ 10 3 Lux. Le seuil de réponse des cônes 1 correspond à une intensité d environ 10 4 Lux. Les bâtonnets ont un seuil de réponse beaucoup plus faible que les cônes. Ils sont extrêmement sensibles à la lumière et fonctionnent en faible éclairement. Ils ne fonctionnent pas pour des niveaux élevés d éclairement. Les cônes ne fonctionnent que si la luminosité est relativement importante : ils sont moins sensibles à la lumière. Le fonctionnement des cônes exige une luminosité plus importante que celui des bâtonnets. 2 Dans les conditions de très faible éclairement, seuls les bâtonnets sont activés puisqu ils sont très sensibles à la lumière, leur seuil de réponse étant faible : un bâtonnet peut répondre à un unique photon. Ils interviennent lors de la vision nocturne. Dans des conditions d éclairements plus importants (éclairage intérieur, lumière du jour), les bâtonnets sont saturés (document 17) : ils ne contribuent plus à la vision. Seuls les cônes sont alors actifs puisque leur seuil de réponse est élevé : il faut plus de 100 photons pour activer un cône. Ils interviennent lors de la vision diurne. 3 Il s agit d établir une relation entre l absorption par les bâtonnets et les cônes des radiations lumineuses pour différentes longueurs d onde et leurs rôles dans la vision des couleurs. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 11

Conditions de l expérience = ce que les chercheurs ont fait. On a mesuré l importance de l absorption des radiations lumineuses par les bâtonnets et les cônes, en fonction de leur longueur d onde autrement dit de leur couleur. Les résultats observés Les bâtonnets sont sensibles à une grande partie du spectre visible. Ils présentent un maximum d absorption pour des radiations de longueur d onde de 498 nm (cyan = bleu-vert) On distingue 3 types de cônes : cônes S dont le maximum d absorption correspond à des radiations de 420 nm (bleu) Cônes M dont le maximum d absorption correspond à des radiations de 534 nm (vert) Cônes L dont le maximum d absorption correspond à des radiations de 564 nm (jaune). Ils sont suffisamment sensibles aux radiations rouges pour répondre à la lumière rouge. Les déductions Comme les bâtonnets interviennent essentiellement en vision nocturne (document 17) pour de faible intensité de l éclairement (document 18), ils ne nous permettent pas de distinguer les couleurs : les objets apparaissent en niveaux de gris. Chaque type de cônes est plus efficacement activé par une longueur d onde particulière de la lumière dans la gamme de la couleur qui lui donne son nom (cônes S, M et L). En vision diurne (document 17), l existence de trois types de cônes (cônes S, M et L) ayant chacun un spectre d absorption différent permet la vision des couleurs. L existence de trois populations de cônes sensibles au «bleu» au «vert» et au «rouge» est responsable de la vision des couleurs. Remarque Les bâtonnets sont les seules cellules impliquées dans la vision crépusculaire et nocturne. Les cônes qui nous permettent de distinguer les couleurs ne sont pas stimulés dans ces circonstances. C est pour cette raison qu au crépuscule tous les objets nous apparaissent bleutés, grisés (Ne dit-on pas : «la nuit, tous les chats sont gris»). Les animaux aux mœurs nocturnes ont des rétines riches en bâtonnets (chauves-souris, chouettes). 4 Chaque type de cônes a un spectre d absorption plus étendu : E les cônes L sont sensibles au rouge, orange et jaune, un peu moins au vert, et un peu au bleu, mais pas au violet ; E les cônes M sont sensibles au vert, moins au rouge et au jaune ; ils sont aussi un peu sensibles au bleu ; E les cônes S sont sensibles au cyan, au bleu et au violet. Ainsi, une lumière colorée donnée est donc plus ou moins absorbée par plusieurs types de cônes. Par exemple, si les cônes L et M sont stimulés simultanément, nous percevrons une couleur jaune ou orange selon la population de cônes la plus fortement stimulée. Un seul type de photorécepteur ne peut à lui seul renseigner sur la couleur d un objet. C est donc l activité relative des trois ensembles de cônes qui diffère selon les stimulus lumineux de différentes longueurs d onde et qui rend l œil hu- 12 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

main sensible à des milliers de nuances. La perception des couleurs est le résultat d une combinaison du fonctionnement des trois types de cônes. 5 Certains individus daltoniens ne perçoivent par exemple, que le rouge et le bleu. On peut émettre les hypothèses (explications possibles) suivantes pour expliquer ce fait : E leurs rétines ne comportent pas de cônes sensibles au vert ; E leurs rétines comportent des cônes sensibles au vert non fonctionnels ; E les proportions de cônes sensibles au vert ne sont pas suffisantes. Remarque Activité 9 6 Les cônes commencent à contribuer à la perception visuelle à un niveau voisin de la lumière des étoiles (document 17) et ils sont seuls à fonctionner aux luminosités relativement élevées (documents 17 et 18). L activité relative des trois ensembles de cônes (cônes à longueur d onde courte, moyenne et longue ou encore cônes sensibles au bleu, au vert et au rouge) est à l origine de la vision des couleurs (document 19). Ils permettent de plus une acuité visuelle maximale (document 17). La plus grande part de ce que nous considérons comme la vision est par conséquent due aux cônes. Les individus dont les cônes ne sont plus fonctionnels sont légalement aveugles ; ceux qui ont perdu l usage des bâtonnets ont des difficultés à voir aux niveaux d éclairements faibles ( cécité nocturne). Montrer que, suite à des stimuli lumineux, des messages nerveux naissent dans la rétine Il s agit de montrer que la lumière, reçue par les bâtonnets et les cônes, est convertie en messages nerveux qui quittent l œil par le nerf optique. Conditions de l expérience = ce que les chercheurs ont fait. L électrorétinogramme ou ERG, enregistre l activité électrique des photorécepteurs et des couches rétiniennes plus internes (à l exception des cellules ganglionnaires) suite à un flash lumineux, d une durée inférieure à 5ms. La variation d activité électrique des cellules ganglionnaires n étant pas mise en évidence par l ERG, on enregistre cette fois-ci l activité électrique d une fibre d une cellule ganglionnaire dans l obscurité puis suite à un flash lumineux. Les résultats observés On constate que suite, à un flash lumineux, l activité électrique de l ensemble de ces cellules varie pendant un court instant. Avant le flash lumineux, à l obscurité : la fibre présente une activité électrique de base : les signaux sont enregistrés à une certaine fréquence. Pendant le flash, la fréquence des signaux électriques enregistrés augmente. Lors du retour à l obscurité, la fréquence des signaux redevient similaire à la fréquence du début. Les déductions Le flash lumineux est à l origine d une variation d activité électrique des cellules rétiniennes telles que les photorécepteurs. La lumière a entraîné l augmentation de la fréquence de base des signaux électriques. Elle est à l origine d une modification de l activité électrique de la cellule ganglionnaire. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 13

Si l on ajoute les informations fournies par les deux types d enregistrement, on peut dire que la lumière est à l origine d une variation d activité électrique, entre autre au niveau des photorécepteurs rétiniens, et qu elle est convertie en message nerveux correspondant à la variation de fréquence de signaux électriques enregistrable au niveau des fibres des cellules ganglionnaires. Les fibres des cellules ganglionnaires constituant le nerf optique, ces messages nerveux quittent l œil par son intermédiaire. 2 Les messages nerveux, produits par les neurones ganglionnaires, suite à la stimulation par la lumière des photorécepteurs de la rétine de l œil auquel correspond le nerf optique sectionné, ne seront plus transmis au cerveau. Il n y aura plus de perception visuelle des objets dans le champ visuel de cet œil. Des chercheurs ont pu mettre en évidence que suite à un flash lumineux, bâtonnets et cônes présentent une modification de leur activité cellulaire, à l origine d un message nerveux enregistrable au niveau des fibres des cellules ganglionnaires qui vont constituer le nerf optique au niveau de chaque œil. Activité 10 Identifier les structures des photorécepteurs permettant la connection de l'énergie lumineuse en message nerveux 1 Les bâtonnets et les cônes sont constitués d un volume de cytoplasme entouré par une membrane plasmique. Ils possèdent d autre part un noyau qui contient l information génétique. Ce sont par conséquent des cellules. 2 Une protéine est une molécule constituée d un enchaînement précis d acides aminés appelé séquence. La séquence d acides aminés conditionne sa configuration spatiale, qui elle-même, conditionne sa fonction dans l activité de la cellule. 3 Comparaison de l organisation tridimensionnelle de la rhodopsine bactérienne à la lumière et à l obscurité. On constate qu à la lumière la forme dans l espace de la molécule de rhodopsine (ainsi que celle du rétinal) bactérienne est légèrement modifiée. 14 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Dans l espèce humaine, la rhodopsine est contenue dans les disques membranaires des bâtonnets. On peut supposer que cette modification de la configuration tridimensionnelle de la molécule (document 24) est à l origine d une modification d activité de la cellule photoréceptrice (document 23). La modification d activité du bâtonnet serait elle-même à l origine d une modification d activité d une cellule ganglionnaire, c est-à-dire de la création d un message nerveux. Activité 11 Comparer l'opsine S de l'homme et de certains primates afin de conforter la place de l'homme parmi les primates 1 Les Vertébrés, qui possèdent tous un squelette interne, présentent une organisation générale commune. Leurs organes sont disposés de façon ordonnée selon deux axes de polarité : E L axe antéro-postérieur E L axe dorso-ventral. Ces deux axes définissent un plan de symétrie qui sépare la moitié droite et la moitié gauche de l organisme. La polarité antéro-postérieure apparaît morphologiquement par la succession, d avant en arrière, de la tête, du tronc et de la queue. Elle s observe aussi anatomiquement avec la régionalisation du tube digestif, constitué de différentes parties de la bouche à l anus, et celle de l axe nerveux, formé de l encéphale et de la moelle épinière. La polarité dorso-ventrale des Vertébrés se manifeste par la position dorsale de l axe nerveux et la position ventrale de la cavité générale contenant les viscères. 2 Le métabolisme est l ensemble des transformations chimiques réalisées par une cellule vivante. Il permet à une cellule de produire l énergie nécessaire à ses activités et de synthétiser sa propre matière organique. Il est soumis à un double contrôle : L information génétique (gènes) détermine le type de transformations chimiques réalisables. Les conditions du milieu extérieur influent également sur son déroulement. 3 Les caractéristiques des molécules utilisées pour établir des relations de parenté Document 27 : On utilise des molécules telles que des protéines (ou les gènes) dont on peut comparer les séquences afin de rechercher des similitudes. Le fait que l on constate de très nombreuses similitudes permet de dire qu elles doivent avoir une origine commune et on peut en déduire que les organismes qui les portent ont eux aussi une origine commune. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 15

Cebus Saimiri Homme Gorille Chimpanzé Macaque 5 Document 29 : On choisit des molécules largement répandues dans le monde vivant et qui possèdent des fonctions équivalentes. Dans le cas étudié il s agit de protéines photoréceptrices. 4 Les documents 28 et 29 montrent que les singes d Amérique du Sud possèdent un seul gène codant pour une opsine ayant un spectre d absorption présentant un maximum à plus de 500nm( au lieu des deux gènes M et L chez l Homme) sur le chromosome X ; ils ne possèdent pas d opsine M et d opsine L. Par contre, ces singes, ceux de l Ancien Monde et l Homme possèdent le gène S codant pour une opsine S ayant un pic d absorption voisin. L opsine S étant une protéine, il est donc possible d effectuer une comparaison entre les séquences d acides aminés des différentes opsines S de ces Primates afin de rechercher des similitudes. 5 La comparaison des séquences des opsines S de l Homme, du Chimpanzé, du Gorille, du Macaque, du Cebus et du Saïmiri montrent que ces séquences d acides aminés présentent de nombreux acides aminés communs. De 1 à 40 : acides aminés des 6 molécules d opsine S 10 15 S K M S E E E E F Y L F K N I S S V G P W D G P Q Y H I A P V W A F Y L Q A 20 S K M P E E E E F Y L F K N I S S V G P W D G P Q Y H I A P V W A F Q L Q A A F 25 30 35 40 A F R K M S E E E - F Y L F K N I S S V G P W D G P Q Y H I A P V W A F Y L Q A A F R K M S E E E - F Y L F K N I S P V G P W D G P Q Y H I A P V W A F Y L Q A A F R K M S E E E - F Y L F K N I S S V G P W D G P Q Y H I A P V W A F Y L Q A A F R K M S E E E E F Y L F K N L S S V K P W D G P Q Y H I A P V W A F Y L Q A A F Acides aminés en commun au niveau des 6 molécules d opsine S Cette similitude importante est traduite dans la matrice visualisant le pourcentage de différences entre les différentes séquences (les valeurs sont exprimées en %). Le nombre de différences entre les séquences étant variable, on va pouvoir utiliser ce critère pour préciser un peu plus les parentés entre ces organismes. En effet, moins le nombre de différences entre deux molécules homologues est important et plus la molécule ancestrale dont elles dérivent est récente, et donc plus les organismes qui possèdent ces molécules ont un ancêtre commun récent.. Cebus 0 14 25 26 25 26 Saimiri Homme Gorille Chimpanzé Macaque Cebus Saimiri Homme Gorille Chimpanzé Macaque 0 28 29 28 27 0 1 0 13 0 1 14 0 13 0 L opsine S de Macaque présente plus de différences avec les opsines S du Saimiri et du Cebus qu avec les opsines S du Gorille, du Chimpanzé et de l Homme. On peut estimer le % de similitudes entre l opsine S de l Homme et celles des autres espèces de Primates. En effet, plus le pourcentage de diffé- 16 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

rences entre deux molécules est faible, plus ces molécules ont un pourcentage de similitude important et plus les espèces qui leur correspondent sont proches. On organise dans ce cas le tableau afin de montrer «qui est plus proche de qui». Tableau visualisant le % de similitudes entre les séquences de l opsine S de l Homme et celles des opsines S des Primates étudiés. Homme Chimpanzé 100 % Gorille 99 % Macaque 87 % Cebus 75 % Saïmiri 72 % E L importance des similitudes constatées permet de penser que toutes ces molécules (donc les gènes qui les codent) ont une origine commune : elles dérivent toutes d une même molécule ancestrale. On qualifie ces molécules de molécules homologues (on parlera donc aussi de gènes homologues pour les gènes codant pour ces molécules). E Les organismes, le Saïmiri,le Cebus, le Macaque, le Gorille, le Chimpanzé et l Homme, qui possèdent ces molécules ont donc aussi un ancêtre commun qui possédait la molécule ancestrale (ou le gène ancestral) : L arbre phylogénétique, construit à partir de la matrice des différences, permet de visualiser ces relations de parenté. Homme Chimpanzé Gorille Macaque Cebus Saimiri Ainsi, l Homme et le Chimpanzé sont les espèces les plus étroitement apparentées puisqu il n y a aucune différence au niveau des séquences respectives de l opsine S. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 17

Le Gorille est plus proche du groupe Homme-Chimpanzé que ne le sont les autres espèces : il a donc un ancêtre commun avec ces derniers. Le Macaque est plus apparenté au groupe Homme Chimpanzé Gorille que ne le sont le Cebus et le Saïmiri. L Homme partage un ancêtre commun avec le Saïmiri,le Cebus, le Macaque, le Gorille, le Chimpanzé qui sont des espèces appartenant à l ordre des Primates. Cette étude conforte ainsi la place de l Homme au sein des Primates. Remarque L établissement de relation de parenté nécessite d utiliser un grand nombre de caractères. Ici, on ne s est appuyé que sur la comparaison des séquences d une seule molécule l opsine S. 18 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Correction des activités du chapitre 2 Activité 1 Repèrer une zone privilégiée du cortex cérébral intervenant dans le traitement des messages nerveux visuels 1 On cherche à établir quelle(s) zone(s) du cerveau intervient de façon privilégiée dans le traitement des informations visuelles issues de la rétine. La technique d imagerie médicale qui consiste à mesurer le débit sanguin au niveau du cerveau afin de mettre en évidence toute variation d activité (document 3) montre que, suite à un flash lumineux le débit sanguin augmente au niveau des lobes occipitaux (document 2) des deux hémisphères cérébraux. Cette augmentation de débit sanguin est à corréler avec une augmentation de l activité des lobes occipitaux. On peut, par conséquent, supposer que les informations visuelles issues de la rétine sont dans un premier temps traitées à ce niveau, c est-à-dire au niveau du cortex occipital. 2 IRM : technique d investigation qui consiste à observer les tissus biologiques à travers les propriétés magnétiques de l un de leurs constituants majoritaires, le noyau d hydrogène. Elle permet d obtenir des images numériques en trois dimensions de coupes virtuelles de l organisme avec une précision inférieure au millimètre. L IRM fonctionnelle permet de détecter les régions du cerveau qui consomment le plus d oxygène et qui sont donc les plus actives. Tomodensitométrie : ou scanographie est une technique d imagerie médicale qui consiste à mesurer l absorption par exemple, des rayons X par les organes puis, par traitement informatique, à numériser et enfin reconstruire des images 2D ou 3D des structures anatomiques. Pour acquérir les données, on emploie la technique d analyse tomographique (cette technique permet de reconstruire le volume d un objet à partir d une série de mesures effectuées par tranche depuis l extérieur de cet objet) ou «par coupes», en soumettant le patient au balayage d un faisceau de rayons X. 3 Les documents 1 et 3 ont permis de déterminer que les informations visuelles issues de la rétine sont dans un premier temps traitées au niveau des lobes occipitaux droite et gauche. Le document 2 montre que les nerfs optiques provenant des rétines de l œil droit et de l œil gauche se rencontrent. Mais il n est pas possible de savoir : E s ils se croisent : les fibres du nerf optique gauche passant à droite et vice versa ; E si seulement une partie de leurs fibres se croisent ; E si on a seulement l impression qu ils se rejoignent : les fibres du nerf optique droit restant au niveau de l hémisphère droit et celles du nerf optique gauche au niveau de l hémisphère gauche. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 19

Stimulus Lumière (document 3) œil gauche zone activée du lobe occipital (document 3) cortex cérébral du lobe occipital (document 1) trajet hypothétique des messages nerveux issus de l œil gauche suite à une stimulation de la rétine par la lumière. Activité 2 Identifier les voies nerveuses empruntées par les messages provenant de la rétine en direction du cortex cérébral visuel 1 Projection du Point B sur les rétines de l œil droit et de l œil gauche. Champ visuel binoculaire Point de fixation Champ visuel gauche A B C D E Champ visuel droit Nerf optique Chiasma optique Rétine nasale Rétine temporale Le point B situé dans le champ visuel binoculaire se projette au niveau de la rétine nasale de l œil gauche et au niveau de la rétine temporale de l œil droit. 20 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Conditions de l expérience : Lésions Lésion1 : section du nerf optique droit Lésion 2 : section de la zone de rencontre des nerfs optiques. Lésion 3 2 Un point du champ visuel temporal se projette au niveau de la rétine nasale de l œil droit. Un point du champ visuel nasal se projette quant à lui au niveau de la rétine temporale de l œil droit. 3 On cherche à établir le trajet des messages nerveux de la rétine au cortex occipital. Les résultats observés : Conséquences sur la perception visuelle Perception visuelle au niveau du champ visuel gauche. Pas de perception visuelle au niveau du champ visuel droit. Perception visuelle au niveau du champ nasal gauche et droit. Pas de perception visuelle au niveau du champ temporal gauche et droit. Perception visuelle au niveau du champ nasal gauche et du champ temporal droit. Pas de perception visuelle au niveau du champ temporal gauche et du champ nasal droit. Déductions Dans ce cas, les messages nerveux issus de la rétine de l œil droit n arrivent plus dans le cerveau. La vision est monoculaire. Dans le nerf optique circulent bien les fibres issues de la rétine nasale et temporale de l œil droit. Les messages nerveux sont acheminés dans le cerveau par les fibres des nerfs optiques Les messages issus des rétines nasales des deux yeux ne sont plus transmis au cerveau. Au niveau de la zone sectionnée, les fibres nerveuses provenant des neurones ganglionnaires situés dans les rétines nasales se croisent et passent dans l hémisphère cérébral opposé. Les fibres issues des neurones ganglionnaires situés dans la rétine temporale des deux yeux ne se croisent pas : les fibres provenant de la rétine temporale de l œil droit transmettent ainsi les messages nerveux au cortex de l hémisphère droit ; les fibres provenant de la rétine temporale de l œil gauche les transmettent au cortex de l hémisphère gauche. Les messages issus de la rétine nasale de l œil gauche et ceux issus de la rétine temporale de l œil droit ne sont plus transmis au cerveau. La lésion est à l origine d une section des fibres issues des neurones ganglionnaires de la rétine nasale de l œil gauche et de la rétine temporale de l œil droit. Ceci confirme le fait que les fibres issues de la rétine nasale de chaque œil se croisent au niveau de la zone 2. Cette zone s appelle chiasma (croisement) optique. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 21

Lésion 4 Perception visuelle au niveau du champ nasal gauche et du champ temporal droit. Pas de perception visuelle au niveau du champ temporal gauche et du champ nasal droit. Les observations effectuées suite à cette lésion confirme le fait que seuls les messages issus de la rétine nasale de l œil gauche et ceux issus de la rétine temporale de l œil droit empruntent cette voie en direction du cortex cérébral. Au niveau de la zone de chiasma optique, les fibres issues des neurones ganglionnaires de la rétine nasale des deux yeux se croisent. Ainsi, chaque hémisphère cérébral reçoit des messages issus de la rétine temporale de l œil situé du même côté et des messages issus de la rétine nasale du côté opposé. 4 Le trajet des voies visuelles entre la rétine (rétine nasale et rétine temporale) des yeux droit et gauche et les aires corticales visuelles droite et gauche. Trajet des messages nerveux issus de l œil gauche Trajet des messages nerveux issus de l œil droit 5 Le trajet des messages visuels provenant des projections des points B et D sur les rétines de l œil droit et de l œil gauche. CHAMP VISUEL BINOCULAIRE Point de fixation B D Neurones en relation avec la partie gauche du champ binoculaire Neurones en relation avec la partie droite du champ binoculaire 22 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Activité 3 Identification des aires cérébrales intervenant dans le traitement des messages visuels À partir de l étude d anomalies de la vision observées chez trois patients, il s agit de montrer qu il existe : E des aires permettant une identification des objets d après leurs caractéristiques telles que forme et couleur ; E des aires permettant la localisation et la perception du mouvement des objets dans l espace. Cas d anomalie Les perturbations visuelles observées Les caractéristiques des objets auxquelles elles correspondent Les lésions observées Déductions Cas 1 Perte de la vision des couleurs dans la partie droite du champ visuel binoculaire Lecture impossible La couleur La forme des mots écrits Lésion dans la partie postérieure et interne du lobe occipital de l hémisphère gauche Lésion corticale dans une zone située au niveau du lobe temporal Si l on prend en compte le document 4, un point du champ visuel binoculaire droit, qui dans le cas de la patiente n est pas vu en couleur, se projette au niveau de la rétine nasale de l œil droit et de la rétine temporale de l œil gauche. Les messages nerveux qui en résultent arrivent dans l hémisphère gauche au niveau du lobe occipital et sont transmis au niveau de la zone corticale du lobe temporal. Cette zone permet l identification de la couleur des objets et celle des mots écrits. Cas 2 Troubles de reconnaissance des visages Identification des visages Formes Lésion du cortex de la face inférieure du lobe temporal de l hémisphère droit. La zone du cortex de la face inférieure du lobe temporal de l hémisphère droit intervient dans l identification des visages et des formes. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 23

Cas 3 Pas de perception du mouvement, difficulté à contrôler son écriture ; Reconnaissance des visages, des objets, des mots écrits et des couleurs. Mouvement des objets Localisation des objets. Lésions au niveau de l aire corticale située à la jonction temporooccipitale au niveau des deux hémisphères. Cette aire corticale située dans les deux hémisphères intervient dans la perception du mouvement et ainsi dans la localisation des objets. Les cas 1 et 2 permettent de dire qu il existe au niveau du lobe temporal, une ou des aires permettant l identification des objets d après leurs caractéristiques : couleur et mots écrits (cas1), formes et identification consciente des visages (cas 2). Le cas 3 montre, quant à lui, qu il existe au niveau des deux hémisphères cérébraux, une aire corticale permettant la localisation et la perception du mouvement des objets dans l espace. Activité 4 Activité 5 Montrer que malgré un traitement séparé des caractéristiques des objets, la perception finale est unique Les informations issues de la rétine parviennent dans les aires visuelles du cortex occipital des deux hémisphères. Le traitement des caractéristiques comme la couleur, la forme et le mouvement font ensuite l objet d un traitement par des voies nerveuses distinctes. Une aire située dans le cortex pariétal contribue de façon prépondérante à la perception de la localisation, du mouvement, («où» se situe ce qui est perçu) tandis qu une aire située dans le cortex temporal est impliquée dans la reconnaissance des formes et des couleurs (de «quoi» s agit-il). Les caractéristiques des images sont traitées par des voies nerveuses séparées mais la perception finale est unique : elle résulte de l intégration de ces différentes informations par le cerveau. Comprendre le fonctionnement d'un synapse 1 Avant l arrivée d un message nerveux dans la zone synaptique du neurone 1, on peut observer de nombreuses vésicules synaptiques contenant des molécules de neurotransmetteur. À la suite de l arrivée d un message nerveux dans cette zone, les vésicules sont moins nombreuses et des vésicules semblent s être ouvertes dans la fente synaptique en s associant à la membrane plasmique du neurone 1. On peut supposer que le message nerveux, constitué de signaux électriques à une certaine fréquence, a entraîné la libération d une certaine quantité de molécules de neurotransmetteur dans la fente synaptique. 24 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

a Voies visuelles 2 c Vésicules contenant des molécules de neurotransmetteur b A N1 N2 Synapse observée au M.E. (x 200000) s il n y a pas de message nerveux en N1 N1 N2 Membrane plasmique Fente synaptique NEURONE 1 N1 Dans le cytoplasme, des vésicules, contenant des molécules de neurotransmetteur Fente synaptique Membrane plasmique NEURONE 2 Cytoplasme N2 Structure d une synapse d après une observation au microscope électronique (M.E. x 70000) Membrane plasmique du neurone 2 renfermant des récepteurs spécifiques du neurotransmetteur d Synapse observée au M.E. (x 200000) s il y a un message nerveux en N1 N1 2 3 N2 Fente synaptique 4 Association des molécules de neurotransmetteur aux récepteurs spécifiques de N2 1 Message nerveux en N1 Association des vésicules à la membrane N1 Libération des molécules de neurotransmetteur dans la fente 1 2 3 4 = chronologie des évènements 3 Les fibres nerveuses des nerfs optiques correspondent aux fibres nerveuses des neurones ganglionnaires rétiniens. Suite à une stimulation, des messages nerveux sont véhiculés par les fibres des nerfs optiques dont les extrémités sont connectées avec d autres neurones au niveau de la zone A. Dès l arrivée d un message nerveux la transmission de l information est assurée par les molécules de neurotransmetteurs qui sont déversées dans l espace synaptique entre les deux neurones. L association des molécules de neurotransmetteurs et des récepteurs spécifiques de la membrane du neurone 2 permet l apparition d un message nerveux au niveau du neurone 2. Dans le cas considéré, la fixation des molécules de neurotransmetteur au niveau des récepteurs spécifiques ne s effectuant pas, la transmission de l information n est pas possible et les neurones qui rejoignent le cortex visuel ne présentent pas de messages nerveux. Le cortex visuel ne reçoit plus d informations visuelles, la personne est atteinte de cécité. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 25

4 Trajet des voies visuelles présentant les zones où le message est de nature électrique et celles où il est de nature chimique. Lumière N 1 A N 2 message de nature électrique message de nature chimique Activité 6 Expliquer l action d une drogue dans la perturbation de la communication nerveuse qu elle induit et les dangers de la consommation 1 Le LSD est une substance chimique psychoactive, car il agit sur le cerveau en modifiant l activité cérébrale et par là même, les sensations et le comportement (documents 12 et 15). La prise de LSD entraîne une modification des perceptions (modifications des sensations visuelles, auditives, tactiles, mais également de la perception du temps et de l espace). Elle est ainsi à l origine de visions très colorées, d hallucinations visuelles et auditives, de vertiges. Elle cause aussi des vomissements et des troubles respiratoires et moteurs (document 12). Le phénomène de tolérance, présenté dans le document 15, se traduit par une diminution progressive au cours du temps des effets produits pour une même dose de drogue. Une même dose de LSD ne permettrait plus d obtenir les mêmes effets, ce qui inciterait l usager a augmenté la quantité consommée. 2 Travail préparatoire à la rédaction : Relevé des informations en relation avec le problème posé «proposer une hypothèse permettant d expliquer les propriétés du LSD. 26 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Document 10 : L arrivée d un message nerveux au niveau du neurone 1 provoque la libération de molécules de neurotransmetteur qui s associent aux récepteurs spécifiques situés dans la membrane plasmique du neurone 2. C est de cette association que dépend la création d un message nerveux au niveau du neurone 2. Document 11 : La sérotonine participe à la perception visuelle mais aussi à d autres aspects du fonctionnement cérébral. L association neurotransmetteur (ici la sérotonine)-récepteur spécifique est possible grâce à une complémentarité partielle de la 3 D des deux molécules. Document 12 : le LSD est une drogue hallucinogène qui induit entre autre des modifications au niveau de la perception visuelle : vision extrêmement colorée, hallucinations visuelles. Il entraîne aussi d autres modifications de la perception et différents effets psychiques tels que des troubles de l humeur et de la mémoire. Document 13 : Le LSD, suite à son absorption, passe dans le sang et rejoint le cerveau qui est un organe très irrigué. On a constaté qu il se retrouvait au niveau des voies visuelles, dans la zone de relais synaptique A et qu il modifiait l activité des circuits de neurones dont le neurotransmetteur est la sérotonine. Or la sérotonine est un des neurotransmetteurs intervenant dans la transmission des messages nerveux dans cette zone (document 11). Document 14 : La modélisation 3D de ces deux molécules montre qu elles présentent une zone similaire d un point de vue de leur configuration tridimensionnelle. Cette zone correspond, si l on considère la molécule de sérotonine, à celle permettant son association avec son récepteur spécifique (document 11). Un texte possible : Le LSD est une drogue hallucinogène qui entraîne des modifications de la perception visuelle (document 12). Comment expliquer ses propriétés? Suite à son absorption, le LSD se retrouve au niveau des voies visuelles dans des zones de relais synaptiques où la sérotonine est un des neurotransmetteurs intervenant dans la transmission des messages nerveux au niveau des synapses existant entre les neurones (document 13). En temps normal, suite à l arrivée d un message nerveux, il y a libération de molécules de sérotonine dans la fente synaptique existant entre les deux neurones (document 10). Cellesci se fixent ensuite au niveau des récepteurs spécifiques existant dans la membrane plasmique du neurone suivant grâce à une complémentarité partielle de la 3 D des deux molécules (documents 10 et 11). Or, le LSD et la sérotonine présentent une zone similaire d un Corrigés des activités Séquence 1 SN13 27

Remarque Modèle moléculaire du L.S.D. point de vue de leur configuration tridimensionnelle (document 14). Cette zone correspond, si l on considère la molécule de sérotonine, à celle permettant son association avec son récepteur spécifique (document 11). On peut donc supposer que le LSD peut se lier aux mêmes récepteurs que la molécule de sérotonine et qu il permet ainsi la création de message nerveux à l origine de modifications de la perception visuelle. Le fait que la sérotonine participe également à différents aspects du fonctionnement cérébral, permet d expliquer que le LSD soit à l origine de divers effets psychiques (documents11 et 12). L intervention normale d une substance chimique, telle que la sérotonine, dans le processus de transmission de l information dans la vision, permet de comprendre que le LSD puisse perturber le fonctionnement visuel en se fixant sur les récepteurs du neurotransmetteur. Cette fixation est possible car les deux molécules possèdent une partie de leur 3D qui est similaire et complémentaire d une zone de la 3D des récepteurs. Elle est à l origine des hallucinations observées. Les effets prolongés de la drogue sont dus au fait que l organisme ne possède pas les molécules nécessaires pour inactiver le LSD (document 10) qui reste lié plus longtemps au récepteur, et est donc plus longuement actif. Fonctionnement d une synapse dont le neurotransmetteur est la sérotonine en présence de LSD neurone 1 1 neurotransmetteur = sérotonine 2 complémentarité Fixation du LSD sur les récepteurs spécifiques de la sérotonine Récepteur spécifique de la sérotonine 3 neurone 2 Représentation schématique du LSD Représentation schématique de la sérotonine 28 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Activité 7 Montrer que la perception visuelle est personnelle et évolutive 1 La perception visuelle dépend de l expérience de chacun. Perception personnelle du tableau Mémoire Interprétation Expérience Différentes aires corticales visuelles ŒIL CERVEAU Stimulus lumière A l origine de Messages nerveux 2 Il s agit de montrer que le fonctionnement du système visuel est dépendant de l expérience visuelle dont chaque individu bénéficie. Conditions de l expérience = ce que les chercheurs ont fait. Les résultats observés Les déductions Les chercheurs ont pratiqué chez des singes la suture des paupières au niveau d un œil pendant quelques jours avant la huitième semaine. Ils ont inversé la suture pendant cette période Il y a alors diminution du pouvoir de discrimination de cet œil de façon durable. La fonction de l œil est restaurée. L acuité visuelle c est-à-dire la capacité de voir nettement les détails d un objet est diminuée. Les stimulus lumineux, c est-à-dire une expérience visuelle, sont nécessaires à la maturation du système visuel. L acuité, qui a d abord diminué, est redevenue normale suite à la stimulation visuelle reçue à nouveau par l œil. Pendant la période sensible, le système visuel est modelable : on parle de plasticité cérébrale. Pendant la période sensible, la maturation du système visuel est dépendant des stimulus lumineux reçus par les yeux qui conditionnent le remodelage permanent des circuits de neurones intervenant dans la vision. 3 Suite à un accident vasculaire cérébral, un peintre a réalisé dans un premier temps un autoportrait qui fait abstraction de toute la partie gauche de son visage. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 29

L accident vasculaire cérébral a été à l origine de la destruction d une certaine quantité de neurones et de connexions (synapses). Au cours du temps, le portrait s enrichit peu à peu dans la partie gauche. Suite aux stimulus visuels, il a dû se produire une réorganisation partielle des circuits cérébraux, c est-à-dire des circuits de neurones. La plasticité cérébrale lui a permis de peindre à nouveau son autoportrait au bout de neuf mois. Activité 8 Montrer qu une activité de lecture nécessite une coopération entre des aires cérébrales mais également, une plasticité au niveau des connexions 1 Si l on confronte les deux schémas tirés d images montrant l activité de certaines zones de l hémisphère gauche, lorsqu un sujet regarde un mot écrit (document 20) ou lors de la lecture de phrases écrites (document 21), on peut situer l aire permettant la détection et la reconnaissance des lettres au niveau de la région occipito-temporale. L aire occipitale visuelle où arrivent les messages nerveux issus de la rétine est située postérieurement par rapport à la précédente. Arrivée des messages nerveux issus de la rétine Aire corticale visuelle occipitale Aires de la forme visuelle des mots Zone corticale très active Zone corticale moyennement active Aires en relation avec le langage Hémisphère gauche 2 Les chercheurs ont constaté que, chez les personnes analphabètes, l aire visuelle de l hémisphère gauche qui chez les lecteurs décode les mots écrits intervient dans la reconnaissance visuelle des objets et des visages. Au cours de l apprentissage de la lecture, l activation aux visages se déplace en partie dans l hémisphère droit. 3 Une étude (document 20) a tenté d établir que l apprentissage de la lecture reposait sur «un recyclage» de régions cérébrales qui avaient un autre rôle avant cet apprentissage, ce qui supposait une certaine plasticité cérébrale. 30 Corrigés des activités Séquence 1 SN13

Ils ont comparé l activation cérébrale de personnes analphabètes, de personnes alphabétisées à l âge adulte et de personnes scolarisées depuis l enfance lorsqu on les soumettait à différents stimulus tels que phrases parlées et écrites, mots, visages. Ils ont alors observé que, apprendre à lire, augmente les réponses des aires visuelles du cortex, entraîne l utilisation d une aire de l hémisphère gauche intervenant précédemment dans la reconnaissance des visages pour décoder les mots écrits. Le cortex visuel s est par conséquent réorganisé au cours de l apprentissage de la lecture : il a modifié ses réseaux de neurones (document 19). 4 L étude présentée dans le document 21 montre également que la grande majorité des effets de l apprentissage de la lecture sur le cortex cérébral (réorganisation partielle du cortex visuel, augmentation de l activation du cortex auditif, extension des aires du langage) sont visibles autant chez les personnes scolarisées dans l enfance que chez celles qui ont suivi des cours d alphabétisation à l âge adulte. Chez ces personnes les réseaux de neurones intervenant dans la lecture sont par conséquent toujours capables de se réorganiser : ils ont demeuré plastiques. Corrigés des activités Séquence 1 SN13 31

Correction des exercices Exercice 1 Les caractéristiques des bâtonnets et des cônes. Tableau comparatif présentant toutes les caractéristiques des photorécepteurs rétiniens, bâtonnets et cônes. Les bâtonnets Les cônes Organisation (document 22) Les ressemblances Il s agit de cellules possédant dans leur cytoplasme des disques membranaires renfermant un photopigment ; le photopigment absorbe la lumière et génère des modifications importantes du fonctionnement du photorécepteur à l origine de la création d un message nerveux enregistrables au niveau des fibres des neurones (cellules) ganglionnaires. Les différences Densité au niveau de la rétine (document 14) Sensibilité (document 18) Rôles dans la vision (document 17) Vision centrale et périphérique vision crépusculaire et vision diurne vision des couleurs (document 19) Il existe un seul type de bâtonnet dont le photopigment est sensible dans le vert et le bleu Seuls présents dans la rétine périphérique, absents au point aveugle et à la fovéa Très sensibles à la lumière (un bâtonnet peut être sensible à un seul photon) Vision périphérique Faible luminosité à vision nocturne Gamme de gris Il existe 3 types de cônes correspondant à 3 types de photopigments sensibles chacun à une longueur d onde (bleu, vert, rouge) Seuls présents au niveau de la fovéa, absents au point aveugle et dans la rétine périphérique Moins sensibles à la lumière il faut plus de 100 photons pour activer un cône Vision centrale Lumière du jour à vision diurne couleurs : bleu, vert et rouge, (mais l activité relative des 3 types de cônes rend l œil humain sensible à des milliers de nuances.) Corrigés des exercices Séquence 1 SN13 33

Exercice 2 Relation entre acuité visuelle et structure de la rétine. On cherche à établir une relation entre l acuité visuelle et la structure de la rétine. 1 Trajet de la lumière et du message nerveux au niveau de la rétine. Rétine périphérique Lumière Fovéa Nerf optique Lumière Message nerveux 2 Il s agit de proposer une explication à la différence d acuité visuelle entre les différentes régions de la rétine. Le document 2 montre que l acuité visuelle est maximale à la fovéa : l acuité visuelle de 1 ou de 10/10 ème marque la capacité à distinguer un objet de 0,6 mm situé à 5 mètres (document 1). Un objet placé dans l axe optique est donc perçu de façon nette. L acuité visuelle diminuant de part et d autre de l axe optique, un objet qui n est pas placé dans l axe optique est par contre perçu de façon floue. Comment peut-on expliquer cette variation d acuité visuelle? Les cônes sont les seuls photorécepteurs présents au niveau de la fovéa et les bâtonnets sont les plus abondants au niveau de la rétine périphérique (document 3). De plus, les connexions entre cellules ne sont pas identiques si l on compare l organisation de la rétine à la fovéa et à la périphérie (document 4) : E au niveau de la fovéa, à chaque cône correspond un neurone bipolaire auquel correspond un neurone ganglionnaire ; E au niveau de la rétine périphérique, plusieurs bâtonnets sont connectés avec le même neurone bipolaire et plusieurs de ces derniers sont en connexion avec un seul neurone ganglionnaire. On peut donc penser que la variation d acuité visuelle dépend du type de photorécepteurs mais aussi de l organisation de la rétine, c est-à-dire des types de câblage entre les photorécepteurs et les autres cellules qui la composent. Elle est maximale à la fovéa, où la vision de l objet sera nette, en présence des cônes ; chaque cône stimulé par la lumière sera à l origine d un message enregistrable au niveau d un neurone ganglionnaire. 34 Corrigés des exercices Séquence 1 SN13

Elle est minimale au niveau de la rétine périphérique, où la vision de l objet sera floue, en présence des bâtonnets ; plusieurs bâtonnets stimulés par la lumière seront à l origine d un message nerveux au niveau d un neurone ganglionnaire. Exercice 3 Deux pathologies oculaires liées à l âge Il s agit de préciser quelques caractéristiques de deux pathologies liées à l âge, la DLMA et le glaucome. Structure altérée Modifications de la structure Conséquences sur la perception visuelle DMLA La région maculaire (ou tache jaune), c est-à-dire la région centrale de la rétine : (document 5) Le document 5 présente les deux types possibles de modifications : E modification des cellules pigmentaires jouant un rôle dans l entretien des photorécepteurs et réduisant la réflexion parasite de la lumière qui pénètre dans l œil ; les photorécepteurs deviennent alors non fonctionnels. E prolifération de vaisseaux anormaux sous la macula à l origine d une perte de la vision Les conséquences (document 6) sont en relation avec les rôles de la région centrale de la rétine : Diminution de la sensibilité aux contrastes, Diminution de l acuité visuelle, Déformation des lignes droites, Apparition d une tache sombre centrale correspondant à une perte de vision Possibilités de prévention Le document 7 présente une étude qui montre que consommer des aliments (chou vert, épinards, brocolis...) renfermant des caroténoïdes entraîne par exemple, une diminution de 93 % du risque de voir le déclenchement d une DMLA chez les personnes ayant des taux élevés de zéaxanthine. Glaucome Le nerf optique (document 8) Perte progressive du nombre de fibres constituant le nerf optique (document 8). Il est possible d observer ces pertes de fibres nerveuses grâce à l observation du fond de l œil avec un ophtalmoscope (document 9), la papille est blanche. Le glaucome se traduit au début par des trous dans le champ visuel (documents 8 et 9), Seule une portion centrale du champ visuel persiste. La prévention (document 8) repose sur un dépistage précoce dans les cas : E d antécédents familiaux car cette maladie à une composante génétique E de myopie et de diabète qui sont des facteurs de risque E de l âge qui est le facteur de risque principal. Corrigés des exercices Séquence 1 SN13 35

Exercice 5 Une spécialisation des aires visuelles. On cherche à identifier les aires visuelles mises en jeu dans deux situations pour lesquelles les objets observés n ont pas les mêmes caractéristiques. Conditions de l expérience = ce que les chercheurs ont fait. Bien préciser ici les caractéristiques de l objet observé En 1, le tableau est constitué d à-plats colorés mais immobiles En 2, le tableau est constitué de carrés noirs et blancs mobiles Les résultats observés On constate que sont d abord activées les aires visuelles occipitales droite et gauche, puis une aire située dans le cortex temporal droit et gauche Comme précédemment, on constate que sont d abord activées les aires visuelles occipitales droite et gauche, puis une aire située dans le cortex pariétal droit et gauche. Les déductions Les messages nerveux issus de la rétine rejoignent les aires du cortex occipital. L information est ensuite transmise à deux aires temporales droites et gauches qui interviennent sans doute dans le traitement de la reconnaissance de l objet (formes, couleurs). De la même façon, les messages nerveux issus de la rétine, sont dans un premier temps, transmis aux aires du cortex occipital puis des messages rejoignent deux aires du cortex pariétal qui interviennent sans doute dans le traitement de la localisation et du mouvement des carrés noirs et blancs. Cortex visuel occipital Les informations issues de la rétine parviennent dans les aires visuelles du cortex occipital des deux hémisphères. Le traitement des caractéristiques comme la couleur, la forme et le mouvement font ensuite l objet d un traitement par des voies nerveuses distinctes. Une aire située dans le cortex temporal (situation 1) est impliquée dans la reconnaissance des formes et des couleurs tandis qu une aire située dans le cortex pariétal (situation 2) contribue de façon prépondérante à la perception de la localisation, du mouvement. Cortex temporal Cortex pariétal Messages nerveux issus des 2 yeux Stimulus tableau avec à-plats colorés immobiles Messages nerveux issus des 2 yeux Stimulus tableau avec des carrés noirs et blancs mobiles Stimulus Messages nerveux Aires visuelles actives 36 Corrigés des exercices Séquence 1 SN13

Exercice 6 Le cortex cérébral et sa plasticité En quoi des observations effectuées chez des aveugles de naissance au cours de l apprentissage du Braille confortent-elles l idée de plasticité cérébrale? Chez les aveugles de naissance, le cortex visuel n est pas stimulé, Lors de l apprentissage du Braille qui est un apprentissage tactile, on peut observer grâce à des techniques d imagerie médicale que les messages nerveux issus des doigts aboutissent dans le cortex visuel occipital. Les aires visuelles occipitales sont par conséquent en mesure de traiter d autres informations sensorielles, ici provenant de récepteurs sensoriels tactiles situés au bout des doigts. Le cerveau s est réorganisé : il y a eu modification des réseaux de neurones, ce qui montre sa plasticité. n Corrigés des exercices Séquence 1 SN13 37

Séquence 2 Nourrir l humanité Sommaire Correction des activités du chapitre 1 Correction des activités du chapitre 2 Correction des activités du chapitre 3 Correction des exercices Corrigés des activités Séquence 2 SN13 39

Correction des activités du chapitre 1 Activité 1 Les relations alimentaires des écosystèmes E Dans un écosystème, les êtres vivants dépendent les uns des autres : un végétal chlorophyllien est consommé par un phytophage, lui-même consommé par un zoophage. Une telle structure ordonnée est une chaîne alimentaire. Il n existe pas de chaîne alimentaire isolée dans un écosystème, de nombreuses chaînes alimentaires sont interconnectées en un réseau trophique. La place d un être vivant dans le réseau est son niveau trophique (certains êtres vivants peuvent se situer à plusieurs niveaux, en particulier à cause des variations saisonnières de régime alimentaire). La matière est donc progressivement transférée d un être vivant à l autre. Les flèches indiquent un flux de matière carbonée. E Les végétaux chlorophylliens occupent une place particulière dans les réseaux trophiques : ils commencent les chaînes. En fait, ils ne consomment pas de matière organique, ils ne consomment que des substances minérales (eau, sels minéraux (N, P, K) et du CO 2 ) et dans des conditions d éclairement suffisantes sont alors capables de fabriquer de la matière organique. Ils sont qualifiés de producteurs primaires. Relation trophiques et niveaux trophiques de l écosystème forestier Cône d épicéa écureuil martre renard puce semence de hêtre mésange épervier chouette herbe chevreuil homme myrtilles tronc et branches d épicéa renard pic noir scolyte puce pic noir feuilles mortes lombric hérisson Producteurs primaires Niveau trophique 1 Consommateurs de premier ordre Niveau trophique 2 Consommateurs de second ordre Niveau trophique 3 Consommateurs de troisième ordre Niveau trophique 4 Légende : : est mangé par (transfert de la matière) Corrigés des activités Séquence 2 SN13 41

Activité 2 Que devient la matière le long des chaînes alimentaires? Les transferts de matière dans les écosystèmes : Il est possible ensuite de quantifier le flux de matière dans les réseaux trophiques. C est ce que permettent de faire les pyramides de biomasse. On constate alors que la biomasse végétale est considérable par rapport à la biomasse animale. À l échelle mondiale, la biomasse végétale s exprime en centaines de milliards de tonnes alors que la biomasse animale s exprime en millions de tonnes. Pyramide des productivités : Consommateurs successifs Transfert de matière C 4 P 1 = 1000 g/u C 1 = 250 g/u C 2 = 24 + 20 = 44 g/u C 3 = 20 g/u C 4 = 2,5 g/u C 3 C 2 C 1 Producteurs primaires P 1 Remarque : la longueur des rectangles est proportionnelle à la productivité du niveau considéré. Remarque : La longueur des rectangles est proportionnelle à la productivité du niveau considéré. Les végétaux chlorophylliens sont les producteurs primaires : à partir de substances minérales (CO 2, H 2 O, sels minéraux) ils sont capables, en présence lumière, de fabriquer leur matière organique, ce qui leur permet d accroître leur biomasse et de faire face à leurs besoins en énergie. Une partie de leur biomasse sert d aliments à des consommateurs de premier ordre (C 1 ), pour lesquels les mêmes processus se répètent. De niveau trophique en niveau trophique, la matière organique circule en se dégradant (respiration, excrétion), en se gaspillant (perdue pour son producteur et pour le consommateur) mais aussi en devenant, suivant un flux qui s amenuise inexorablement, de la biomasse nouvelle. À la surface de la Terre, la vie des hétérotrophes, dont l Homme fait partie, est entièrement dépendante des producteurs primaires, c est-àdire de la photosynthèse. Comment expliquer qu un agrosystème nécessite l intervention de l Homme et des investissements importants? Quel est le coût de la productivité de ces agrosystèmes? Activité 3 Les pyramides des énergies et l alimentation humaine Les pyramides des énergies permettent de comparer les flux d énergie le long de deux chaînes alimentaires. Toutes les chaînes alimentaires commencent par un niveau de producteurs primaires, qui utilisent l énergie solaire et fixent le Carbone (PP). 42 Corrigés des activités Séquence 2 SN13

Dans le champ de blé en Hollande, la quasi totalité de la production primaire est prélevée par l Homme pour la production de farine. BLE (PP) HOMME (C1) Dans ce cas, l Homme est consommateur de premier ordre (C1), il consomme directement le végétal. Dans la prairie pâturée en France, l Homme entretient une prairie pour nourrir des animaux, qui produisent de la viande et du lait. HERBE (PP) VACHE (C1) HOMME (C2) Dans ce cas, l Homme est consommateur de second ordre (C2), il consomme des produits d origine animale, issus d herbivores. D un niveau trophique à l autre, il y a des pertes de matière et donc d énergie. Elles correspondent à de la matière non utilisée, mais surtout à la respiration et aux déchets. Plus la chaîne alimentaire est longue, plus les pertes sont importantes. D un strict point de vue énergétique, la position de l Homme en C1 est plus rentable qu en C2. Il est alors possible de calculer en théorie combien d Hommes pourraient être nourris par un hectare de blé ou un hectare de prairie : E Champ de blé : la productivité en grains utilisables par l Homme est de 47,9 millions de KJ /ha/an ; les grains sont digestibles à 80%, il reste donc 38,3 millions de KJ /ha/an pour la consommation humaine. E Prairie pâturée : la productivité secondaire (viande + lait) est de 21,7 millions de KJ /ha/an ; après nourrissage des veaux avec le lait, il reste 11,1 millions de KJ /ha/an digestibles à 90%, donc 10 millions sont consommés par l Homme. Or, pour nourrir un Homme pendant un an il faut 4,1 millions de KJ /ha/an. Ainsi, un hectare de blé pourrait théoriquement nourrir 9,3 Hommes, contre seulement 2,4 individus consommateurs de viande. Activité 4 Les conséquences du développement des pays émergeants : La mondialisation a changé l équilibre des marchés. En effet, les pays émergents sont très peuplés et jusqu alors, leur régime alimentaire était surtout végétarien, sur des ressources de type riz. En modifiant leur régime alimentaire, ils ont développé les élevages d animaux granivores, comme le poulet. De ce fait, l élevage de ces animaux entre en concurrence directe avec la production de farine de blé pour les pays occidentaux et donc l alimentation humaine. Corrigés des activités Séquence 2 SN13 43

Activité 5 La production de tomates toute l année La production de tomates est délicate. C est en effet un végétal sensible à la température, à plusieurs moments de son développement. En théorie donc, cette production devrait géographiquement se limiter au sud de la France et en période estivale. Or, on trouve sur les étals des supermarchés des tomates en toutes saisons. Pour un tel résultat, il faut modifier les pratiques culturales : On peut produire des tomates hors sol à partir du mois de mars, avec un rendement extrêmement élevé. Il s agit de tomates élevées au goutte à goutte d une substance minérale nutritive, dans des serres chauffées, souvent éclairées. À partir d avril, on peut utiliser des serres chauffées. Au mois de mai, il ne sera plus nécessaire de chauffer la serre. Enfin, en été, les tomates pourront être produites en plein champ. L entretien d une serre, le chauffage, l éclairage ont un coût énergétique important. À une époque où la production de pétrole est menacée et où les prix flambent, il faut s inquiéter de ce type de pratique culturale, très coûteuse en énergie. Il s agit aussi d un problème lié à la demande des consommateurs : si plus personne ne consommait de tomates hors saison, ce type de culture disparaîtrait. Activité 6 Des exemples d actions menées par des professionnels : L agriculture intensive est un système de production agricole caractérisé par l usage important d intrants, et cherchant à maximiser la production par rapport aux facteurs de production, qu il s agisse de la main-d œuvre, du sol ou des autres moyens de production (matériel, intrants divers). Elle est parfois également appelée agriculture productiviste. Elle repose sur l usage optimum d engrais chimiques, de traitements herbicides, de fongicides, d insecticides, de régulateurs de croissance, de pesticides... Ce mode de production fragilise l environnement. De nombreux problèmes liés à l utilisation massive des engrais commencent à voir le jour : pollution des eaux et des sols. L agriculture extensive est cette forme d agriculture qui n optimise pas la productivité des surfaces cultivées. Elle est pratiquée généralement sur de vastes étendues et se caractérise par des rendements à l hectare relativement faibles. Sa forme traditionnelle, encore pratiquée dans les pays en voie de développement, utilise des moyens limités et une main d œuvre nombreuse. 44 Corrigés des activités Séquence 2 SN13

Les variables étudiées par l INRA : E Le rendement E Le type de variété utilisée E Les traitements phytosanitaires En tenant compte de tous les coûts (engins, traitements, achat des variétés ) la meilleure marge brute est à chaque fois dégagée par les pratiques extensives. Activité 7 Des pistes pour les protéines du futur : Demain, manger autre chose? Viande de Kangourou Viande d insectes Viande synthétique Avantages Viande maigre Peu de production de CO 2 La ressource est importante Très riches en protéines, sels minéraux, acides gras saturés (ce sont les «bonnes graisses»), acides aminés essentiels ( ce sont les acides aminés que le corps ne peut pas fabriquer : il faut donc se les procurer dans l alimentation), vitamines. Apport calorique limité Les insectes sont présents partout L élevage est simple, facilement industrialisable. Descendance nombreuse en peu de temps. Pas besoin d élevages coûteux. Les animaux sont épargnés Inconvénients Pas d élevage possible Ne font pas partie de la culture alimentaire en Europe. Ont tendance à accumuler les toxiques des chaînes alimentaires (comme tous les prédateurs, et les animaux soumis aux intrants). Impossible à produire en grande quantité. Le prix de revient est faramineux. Corrigés des activités Séquence 2 SN13 45

Correction des activités du chapitre 2 Comment concilier productivité et respect de l environnement : un exemple pour comprendre les enjeux. Activité 1 Avantages et inconvénients de l usage des fertilisants azotés Rendement du blé en fonction de la dose d azote (N) Rendement (q/ha) 60 x x x 45 x x 30 x 15 kg N/ha 100 200 300 46 Corrigés des activités Séquence 2 SN13

1 On constate que le rendement maximal ( 55,3) est atteint pour un épandage de 200 kg d azote par hectare. Cependant, compte tenu de la forme du graphique, on constate l existence d un «plateau» pour des valeurs comprises entre 150 et 250 kg d azote. Les engrais azotés ayant un coût important pour l agriculteur, il est donc raisonnable pour lui de choisir une dose inférieure d engrais, qui lui assure pourtant un très bon rendement : c est la notion d optimum. Ici, le choix d un épandage de 150 kg d azote paraît suffisant. 2 On constate qu au-delà d une certaine dose, l accroissement de production n est plus significatif, puis l engrais semble avoir un effet inverse de ce qui est attendu. Si la plante n utilise pas ces engrais, que deviennent-ils? L exemple de la Bretagne est en ce point significatif : dans certaines baies, dont la géographie est particulière, l excès d azote a comme conséquence le développement important d algues vertes, la «laitue de mer». En effet, les algues sont des végétaux chlorophylliens qui, comme une culture, répondent par un accroissement de leur productivité à des doses d azote. On observe donc une «explosion» de la productivité des algues, qui se déposent sur les plages : c est le phénomène des marées vertes. Activité 2 Agriculture et impact sur l environnement 1 Exploitation du document 3 : SAU France = 33 millions d ha = 60 % du territoire 1. Terres arables en France = 62 % SAU = (62x33x106)/100 = 20,46 millions d ha. 2. Si 20 millions d ha (terres arables en France) étaient convertis en agriculture biologique, 74 millions de tonnes de CO 2 seraient fixés (3,7x20x106 = 74x106). Or, aux États-Unis, 200 millions d ha de terres arables convertis à l agriculture biologique, c est-à-dire 740 millions de tonnes de CO 2 fixées (3,7x200x106 = 740x106), annulent les effets de 158 millions de voitures. Donc, en France, 20 millions d ha convertis à l agriculture bio annuleraient les émissions de 15,8 millions d automobiles ((158 x20x106)/(200x106) = 15.8x106). 2 Exploitation du document 4 : Les facteurs de dégradation de l eau en Seine et Marne sont : E Nappe phréatique peu profonde donc fragile et exposée E Pollutions d origine agricole E Surpopulation Corrigés des activités Séquence 2 SN13 47

Le fait de prélever de l eau de la Seine au lieu de puiser l eau de la nappe engendre un surcoût de 0,25/m 3 d eau (0,50-0,25 = 0,25). Actuellement, le département prélève 10 000 m 3 d eau de la Seine, ce qui engendre un surcoût de 2 500 /jour (0,25x10 000 = 2 500). Si l état de crise renforcé est déclaré, le département devra prélever 30 000 m 3 d eau de la Seine, ce qui entraînera un surcoût de 7 500 /j. (0,25x30 000 = 7 500). Activité 3 La sélection génétique : l obtention d hybrides de première génération performants Lignée pure ou homozygote : une lignée pure est une lignée pour laquelle les caractères se retrouvent inchangés d une génération à l autre. Pratiquement, cela n est souvent réalisable que sur des organismes modèles (les drosophiles, les souris, les végétaux modèles) et souvent uniquement sur certains caractères. Une lignée est réputée pure lorsqu elle tend vers l homozygotie : pour chaque gène, les deux allèles sont identiques. L avantage d une lignée «pure» est que sa descendance est homologue et donc prévisible. On obtient en effet une lignée «pure» en reproduisant une population restreinte sur elle-même pendant plusieurs générations. Pour les animaux on parle de consanguinité. Les parents A et B sont de lignée pure : ils sont homozygotes pour chacun des deux gènes étudiés. Si on appelle P le gène qui permet de régler la taille du fruit, le parent A possède donc deux fois une information qui lui permet de fabriquer des gros fruits. On notera P//P. Par contre, le parent B fabrique des petits fruits, on notera p//p. Si on appelle R le gène qui permet de résister au Fusaruim, la variété A est sensible, on notera r//r alors que la variété B est résistante, on notera R//R. L information génétique possédée par la lignée A est donc : P//P et r//r. L information génétique possédée par la lignée B est donc : p//p et R//R Les gamètes (les spermatozoïdes ou les ovules) ne possèdent qu un seul chromosome de chaque paire. Le parent A produit donc des gamètes porteurs de P/ et de r/. Le parent B produit donc des gamètes porteurs de p/ et de R/. 48 Corrigés des activités Séquence 2 SN13

Tableau de rencontre théorique des gamètes parentaux Gamètes parents Parent A : P/ et r/ Parent B : p/ et R/ Hybride F1 : P//p et R//r Les hybrides de première génération possèdent de l information génétique provenant de A et de B, ils sont hétérozygotes. Mais ils n expriment que les allèles dominants, ils seront ici à gros fruits et résistant au Fusarium ce qui permet de ne faire apparaître que les caractères intéressants pour la production. Activité 4 Les techniques de fécondation croisée : une méthode de la recherche agronomique E Chaque variété de plantes cultivées possède des caractéristiques agronomiques que l Homme peut répertorier. Ces caractères sont l expression d un programme héréditaire de la variété cultivée, dans un environnement minéral et vivant donné. Une plante présente rarement tous les critères attendus par l Homme. Ainsi pour le fenouil (document1), on constate que certaines variétés, comme C, sont très riches en anéthol, mais les fruits de cette variété sont peu nombreux. Par contre, si l on souhaite beaucoup de fruits, il est préférable de choisir les plants de B. Celui-ci a alors conçu l idée d améliorer les plantes qu il cultive par hybridation. Pour réaliser une hybridation, deux variétés parentales sont d abord choisies, parce qu elles sont différentes, qu elles présentent des caractères intéressants, complémentaires que l on aimerait retrouver dans la descendance. On réalise ensuite différents croisements, par tâtonnement, car le résultat est aléatoire. Ainsi, le croisement des variétés A et B (document 1) ne permet pas d offrir un gain significatif, ni en anéthol, ni en nombre de fruits. Par contre, le croisement de la variété C (riche en anéthol) par la variété D (nombreux fruits) permet d obtenir une nouvelle variété qui cumule les avantages des deux parents. E Lorsque les parents sont choisis, il faut s assurer qu ils vont bien transmettre leur patrimoine génétique, de génération en génération. On utilise la reproduction sexuée pour réaliser les hybridations. De plus, il est indispensable que la fécondation soit croisée, c est-à-dire que les fleurs femelles d une variété soient bien fécondées par le pollen mâle de l autre variété. Corrigés des activités Séquence 2 SN13 49

Activité 5 Des recherches tous azimuts pour améliorer les performances végétales. Recherche en cours sur les feuilles : Meilleur rendement photosynthétique Action à mener sur la RuBisCo, l enzyme qui fixe le CO 2. Recherche en cours sur les racines : Meilleure absorption de l eau et des ions (moins d engrais et d irrigation). Meilleure absorption de l azote (N). Résistance à l aluminium du sol ou au ph trop acide. Activité 6 Les OGM, un sujet de société. Un débat autour des OGM Les OGM : Les arguments «POUR» Les arguments «CONTRE» Des organismes «naturels» Le transfert de gènes entre les espèces existe naturellement : les virus modifient le génome de tous les organismes qu ils contaminent. De plus, les méthodes de la sélection génétique pratiquées depuis toujours ont déjà permis de produire des hybrides «inter-espèces» comme entre le blé et le seigle. La «pollution génétique» remonte donc aux débuts de l agriculture. Les techniques utilisées montrent à quel point on est loin du «naturel» : il faut manipuler, couper, insérer les gènes afin de les forcer à s insérer dans un génome étranger. Les cultures transgéniques peuvent ensuite laisser «échapper» des gènes si les plantes sont mises en plein champ : c est ce qu on appelle la «pollution» génétique. 50 Corrigés des activités Séquence 2 SN13

Des organismes plus performants Des organismes moins polluants Des perspectives pour nourrir les Hommes Des perspectives dans d autres domaines de la recherche La création d OGM répond parfaitement à l urgence d élaboration de variétés performantes, dans toutes les conditions climatiques possibles. Il y a urgence à permettre aux pays en voie de développement de disposer de ressources alimentaires : les nouvelles variétés, moins gourmandes en eau pourraient être cultivées dans des pays de famine. Certains de ces végétaux ont été élaborés pour produire davantage avec moins d engrais, ou pour résister à des maladies. L agriculteur va donc pouvoir considérablement réduire l utilisation d intrants, ce qui est beaucoup moins polluant et permet également de baisser les coûts de production. L élaboration des OGM est un grand espoir pour nourrir 9 milliards d Hommes. Comment envisager sereinement cette perspective si l on ne dispose pas d une nouvelle «révolution» en terme de production? En modifiant le génome des végétaux ou des animaux, on ouvre des horizons surprenants, comme par exemple des «alicaments», c està-dire des productions intégrants directement une substance active. Certes, il ya urgence à développer de nouvelles variétés, mais les méthodes classiques d hybridation rendent déjà ce service, sans que cela ne représente autant d inconnues en ce qui concerne les conséquences. Cela dépend de ce que l on évalue : s il est vrai que l on peut ainsi réduire la quantité d intrants répandus sur les sols, il n en reste pas moins vrai que la dispersion de gènes dans la nature est sans doute une nouvelle forme de pollution. On ne sait pas encore assez de choses sur la «pollution génétique». Le problème est maintenant bien compris des agriculteurs du monde entier, et en particulier des petits producteurs : quelques grosses firmes internationales détiennent la quasi totalité du savoir-faire technologique et déposent des brevets sur tous les OGM qu ils produisent. Les agriculteurs qui les utilisent doivent donc payer des «droits» au propriétaire du brevet. Le grand public est de plus en plus méfiant : plusieurs exemples récents montrent bien que l on a encore besoin de connaître ces OGM et de disposer de données scientifiques non contradictoires. Corrigés des activités Séquence 2 SN13 51

Correction des activités du chapitre 3 Activité 1 La croissance bactérienne Accroissement d'une population bactérienne en milieu non renouvelé N Phase de décélération Phase stationnaire Phase de dégénérescence Phase exponentielle Phase d accélération Phase de latence temps Activité 2 Le métabolisme bactérien On remarque que les bactéries peuvent pousser sans lumière, ce qui exclue la réalisation de la photosynthèse. De plus, on constate que le milieu nutritif contient du glucose. Il s agit d un composé organique. Ces cellules sont donc incapables de synthétiser seules la matière organique dont elles ont besoin pour se développer. Elles nécessitent un apport de nutriments organiques : on dit qu elles sont hétérotrophes. 52 Corrigés des activités Séquence 2 SN13

Activité 3 La structure bactérienne Comparaison de la structure cellulaire procaryote et encaryote Bactérie Cellule végétale Points communs Le cytoplasme est le lieu du stockage des réserves et de la réalisation du métabolisme. L ADN est la molécule support de l information génétique. Différences La taille : les bactéries sont très petites, de l ordre de 1 micromètre, elles ne commencent à être visibles qu avec un grossissement X1000. Le noyau : absent. Organites (mitochondries, chloroplastes) : absents. Il n y a donc qu un seul compartiment. La division est courte (parfois seulement 20 minutes), les bactéries se divisent par scissiparité.* Les bactéries peuvent s associer en colonies mais ne forment pas d organismes. Les cellules eucaryotes ont des tailles très variées mais on considère en général qu elles se situent entre 10 et 100 micromètres. Ce sont des cellules qui possèdent un vrai noyau, limité par une enveloppe complexe. Ces cellules possèdent des organites (mitochondries, parfois chloroplastes) ce qui permet de compartimenter la cellule. La division cellulaire est la mitose, qui est un processus complexe et long. Les cellules eucaryotes sont le plus souvent associées dans des organismes complexes. Activité 3 * Scissiparité : division binaire. Chaque bactérie se divise en donnant deux bactéries identiques La conservation des produits laitiers 1 D après les valeurs fournies, au bout de 24h, le verre de lait contiendra 4200 X 7000 = 29 400 000 bactéries/ml de lait, soit 29 400 000 X 200 = 5880 millions de bactéries (presque 6 milliards). 2 D après le tableau, l abaissement de la température permet de limiter considérablement la vitesse de multiplication des bactéries. Il est donc indispensable de maintenir toutes les installations à une température de 4 C, puis d établir une chaîne du froid, du producteur au consommateur. Corrigés des activités Séquence 2 SN13 53

3 Comparer Effet des traitements sur les propriétés du lait Lait cru Qualités gustatives en fin de traitement Lait naturel Il a du goût et permet la fabrication des fromages «au lait cru», c est-à-dire ceux qui ont une saveur. Présence de micro-organismes Ce lait est un milieu vivant, qui héberge de nombreuses bactéries et autres micro-organismes. Lait pasteurisé Lait avec peu de saveur Il contient très peu de bactéries. Lait stérilisé Lait inerte, sans aucun goût Il ne contient plus aucun micro-organisme, ce qui garantit sa conservation à long terme. 54 Corrigés des activités Séquence 2 SN13

Correction des exercices Exercice 1 Comparaison de l'agrosystème et de l'écosystème forestier Écosystème forestier Agrosystème Points communs Au sein des écosystèmes, qu ils soient considérés comme naturel ou cultivés, s établissent des réseaux trophiques ayant toujours comme point de départ les producteurs primaires, chlorophylliens et autotrophes. Différences L écosystème forestier possède une biomasse végétale considérable. La productivité primaire est très forte, alors que la productivité secondaire est faible. La matière organique végétale est donc pour une faible part utilisée par les consommateurs. Le reste est recyclé dans le sol (voir cours de seconde) et permet de restituer les sels minéraux prélevés par les plantes. La durée de vie de cet écosystème est longue, supérieure à cent ans. L Homme crée des agrosystèmes dans lesquels il privilégie le développement d un seul producteur primaire (une culture) nécessaire à son économie. En revanche, il intervient pour tenter d éliminer les autres espèces végétales ou animales qui pourraient entrer en concurrence avec lui. L Homme privilégie ainsi les animaux d élevage dont la production secondaire l intéresse. La seule énergie solaire ne suffit plus pour assurer un bon rendement. L Homme fournit une énergie supplémentaire et exporte au maximum, on dit qu il subventionne l agrosystème. La durée de vie de ces agrosystèmes est courte, de l ordre de quelques mois. Exercice 2 1 Les chaînes alimentaires décrites par le texte : RIZ è HOMME RIZ è CRABE è GRENOUILLE è HOMME RIZ è HOMME (SANG) è MOUSTIQUE è GRENOUILLE Il y a concurrence entre le crabe et l Homme qui consomme la même ressource primaire : Ils sont tous les deux C1. Les populations de crabes sont habituellement maintenues à un niveau acceptable pour l Homme grâce à un prédateur présent dans l écosystème, la grenouille (C2). L Homme est aussi un consommateur de grenouilles (C3). Corrigés des exercices Séquence 2 SN13 55

2 Dans un premier temps, la pêche des grenouilles va assurer un revenu aux Indiens. Dans un second temps, la surpêche va faire disparaître la ressource, les grenouilles vont se raréfier. Cela aura nécessairement des conséquences graves dans l équilibre des chaînes alimentaires : sans prédateur naturel, les crabes se multiplient et pullulent. Or, ils sont en concurrence avec l Homme pour le riz : une menace de famine existe donc. De plus, les insectes sont également des proies pour les grenouilles, ils vont donc se développer. Dans un troisième temps, l Homme utilise des intrants pour se débarrasser des insectes et des crabes qui pullulent. Deux menaces pèsent alors sur la santé humaine : E sans insecticide, la disparition des grenouilles va faire s envoler la population de moustiques et aggraver la situation du paludisme, dans une région du monde déjà fort touchée. E Les polluants organiques persistants sont dangereux pour l environnement, leur usage est limité aux régions impaludées. Ce très efficace insecticide s accumule en effet dans les chaînes alimentaires. La dangerosité pour l Homme est en discussion, mais il semble bien que le principe de précaution qui fait loi en France ne s applique pas avec autant d ardeur dans d autres régions du monde Accumulation du DDT dans le réseau trophique marin Oiseaux pêcheurs : 25 ppm : DDT Grands poissons : 2 ppm : DDT Petits poissons : 0,5 ppm : DDT 300 plancton : 0,04 ppm : DDT Phytoplancton : 0,0000033 ppm : DDT Exercice 3 1 Afin de rendre au sol les minéraux qu il a perdu pendant les phases de culture, les paysans disposent de plusieurs méthodes. En dehors de l apport d engrais chimiques sous forme de granulés, on peut choisir d apporter un amendement organique, sous forme de lisier, purin, fumier ou d enfouir les résidus de récolte, ou encore de cultiver des engrais verts (trèfle, luzerne, moutarde, phacélie). Dans l exemple choisi, il s agit d une fumure organique, qui dégagera de grandes quantités d azote minéral. Le document proposé est une «courbe de réponse» obtenue à l INRA, elle montre la relation entre le rendement de la culture et la fumure. Son étude indique que les effets positifs de doses croissantes d engrais azotés s amenuisent progressivement et peuvent même aboutir à une baisse de rendement. 56 Corrigés des exercices Séquence 2 SN13

Le rendement maximum est obtenu pour un épandage de 175 kg/ha. On récolte alors 51 q/ha. Mais il faut prendre en compte les coûts d épandage. À titre de complément d information, pour l épandage du lisier, il convient de prendre en compte le coût d utilisation de la tonne d épandage, le coût d utilisation du tracteur, et le coût du temps de travail de l agriculteur. Cela peut représenter des sommes considérables : Le coût moyen de l épandage des effluents d élevage sur le district Meuse s élève annuellement à 6,2 millions d euros. Dans l exemple considéré, l agriculteur va constater qu en réduisant à 150 kg/ha la dose d engrais ajouté il ne diminue sa récolte que de 2 q/ha. Économiquement, il n est pas toujours rentable de rechercher le rendement maximum. En effet, le coût de la fumure introduite doit être déduit de la valeur marchande de la récolte. Le rendement optimal est celui qui permet d obtenir un bon rendement pour un coût maîtrisé. De plus, cette réduction permet de limiter l apport de fertilisant dans la nature. Corrigés des exercices Séquence 2 SN13 57

Séquence 3 Féminin/Masculin Sommaire Correction des activités du chapitre 1 Correction des activités du chapitre 2 Correction des activités du chapitre 3 Correction des exercices Corrigés des activités Séquence 3 SN13 59

Correction des activités du chapitre 1 A Sexe phénotypique et sexe génétique féminin et masculin 1. Le phénotype sexuel à l échelle macroscopique : l organisation des appareils génitaux féminin et masculin Activité 1 Comparaison des phénotypes sexuels macroscopiques féminin et masculin. Phénotype sexuel féminin Phénotype sexuel masculin Organes reproducteurs ou gonades : lieux de production Ovaires (2) : production d ovocytes et d hormones sexuelles (oestrogènes et progestérone). Testicules (2) : production de spermatozoïdes et d hormone sexuelle (testostérone). d hormones et de gamètes Voies génitales : organes permettant le passage des gamètes produits Organes génitaux externes Pavillons des trompes (2) Trompes (2) Utérus (1) Col de l utérus Vagin (1) Prostate (1) Vulve (clitoris, petites lèvres et Pénis grandes lèvres entourant l orifice génital) Vagin et pénis sont les organes permettant l accouplement. Canaux déférents (2) Urètre (1) Des glandes annexes associées aux voies génitales : Vésicules séminales (2) L appareil génital féminin représenté de face pavillon Voies Génitales trompe utérus endomètre myomètre cavité utérine gonade = ovaire col de l utérus vagin Corrigés des activités Séquence 3 SN13 61

2. Un phénotype sexuel féminin à l évolution cyclique a) Le cycle ovarien : une production cyclique de gamètes Activité 2 Deux structures ovariennes observables au cours d un cycle Un follicule cavitaire en croissance observé durant la phase pré-ovulatoire ou phase folliculaire théques cellules folliculaires cavité remplie de liquide ovocyte limite d un follicule cavitaire Un corps jaune observé durant la phase post-ovulatoire ou phase lutéale limite d un corps jaune théques cellules lutéales Début du cycle 1 Phase pré-ovulatoire = Phase folliculaire Deux cycles successifs montrant l évolution cyclique de l ovaire cycle 1 Fin du cycle 1 Phase post-ovulatoire = Ovulation Phase lutéale Petit follicule cavitaire follicule en croissance (16-22mm) Corps jaune à maturité Régression de corps jaune Croissance expulsion de l ovocyte Règles thèques cellules folliculaires 14 e j 21 e j 24 e j Début du cycle 2 Fin du cycle 2 cellules lutéales 14 e j cycle 2 28 e j 62 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

b) Le cycle des hormones ovariennes. Activité 3 En phase folliculaire En phase lutéale La notion d hormone : Une hormone est une molécule, fabriquée par les cellules d un organe (appelées cellules endocrines), libérée à très faible concentration dans le sang et qui agit sur le fonctionnement d un organe-cible. Les cellules cibles sont capables de détecter sa présence grâce à des récepteurs spécifiques. Il s agit de montrer qu au cours d un cycle, l évolution des taux plasmatiques des hormones ovariennes s explique par l évolution des structures ovariennes. Les oestrogènes sont produits tout au long du cycle, d abord par les follicules en cours de maturation puis par les cellules du corps jaune. La progestérone est produite uniquement en phase lutéale par les cellules lutéales du corps jaune Le taux d œstrogènes dans le sang, très faible en début de phase folliculaire, augmente progressivement jusqu au 8e jour ; cette augmentation progressive est à mettre en relation avec l accroissement de taille du follicule. On observe ensuite une augmentation rapide, brutale de ce taux. Ce pic de sécrétion correspond à l arrivée à maturité du follicule ovarien (augmentation du nombre de cellules et de leur activité). Après le pic d œstrogènes, le taux diminue suite à l ovulation (mais reste plus élevé qu en phase folliculaire) avant une deuxième période de forte sécrétion vers le 21e jour, ce qui correspond à un corps jaune arrivé à maturité. À partir du 24 e jour, le taux plasmatique d œstrogènes «s effondre» car le corps jaune régresse et que le follicule cavitaire, qui va participer au cycle suivant, est encore peu développé (le nombre de cellules sécrétrices d œstrogènes est peu important). Le taux plasmatique de progestérone augmente fortement jusqu au 21e jour, moment du cycle où le corps jaune arrive à maturité, puis diminue et s effondre lui aussi en fin de cycle car le corps jaune régresse. Le taux d œstrogènes atteint un maximum très élevé 24 à 48 heures avant l ovulation, on parle de pic de sécrétion. c) Hormones ovariennes et cycle de l utérus Activité 4 L endomètre observable sur la photographie ne présente pas un aspect de dentelle dû au développement des glandes en tubes qui sont sinueuses, il s agit par conséquent d une observation effectuée durant la phase pré-ovulaire (phase folliculaire) du cycle ovarien. Corrigés des activités Séquence 3 SN13 63

Coupe transversale d utérus de Mammifère observée au microscope optique durant la phase pré-ovulatoire de l ovaire myomètre (muscles) endomètre = muqueuse utérine cavité utérine et Les cycles de l endomètre utérin et de la glaire cervicale Ovaire Phase folliculaire Ovulation Phase lutéale Nouveau cycle glandes en tube Utérus : 0,5mm vaisseau sanguin endomètre = muqueuse myomètre 0 14 28 Évolution de l endomètre utérin Règles : Régénération puis Destruction prolifération = partielle de reconstruction de l endomètre l endomètre (4/5) développement des glandes en tube développement de vaisseaux sanguins Dentellisation : Les glandes en tube deviennent longues et sinueuses Les vaisseaux sanguins se spiralisent Règles Col de l utérus : Glaire cervicale glaire dense maillage serré glaire peu dense maillage lâche glaire dense maillage serré 64 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Activité 5 Il s agit de préciser les relations entre ovaires et utérus. Conditions médicales Ablation ovaires des Prise de pilule ou implant apportant des hormones ovariennes Ablation de l utérus Les résultats observés Disparition des règles avec une atrophie de l utérus Le cycle de l endomètre utérin est rétabli Pas de modification du cycle ovarien Les déductions Les ovaires contrôlent le cycle de l endomètre utérin. La question qui reste à résoudre : Comment s effectue le contrôle des ovaires sur l utérus? Des hypothèses : Les ovaires contrôlent le cycle utérin par voie nerveuse Les ovaires contrôlent le cycle utérin par l intermédiaire d hormones circulant dans le sang. Le contrôle des ovaires sur le cycle utérin s effectue par l intermédiaire d hormones produites par les ovaires La question qui reste à résoudre : l utérus exerce-t-il un contrôle en retour sur le fonctionnement ovarien? L utérus ne contrôle pas en retour le cycle ovarien. Les ovaires exercent un contrôle sur le cycle de l utérus par l intermédiaire d hormones. L action des hormones ovariennes sur l utérus au cours des phases pré-ovulatoire (phase folliculaire) et post-ovulatoire (phase lutéale). Phase pré-ovulatoire = Phase folliculaire Phase post-ovulatoire = Phase lutéale Follicule en croissance OVAIRE corps jaune CIRCULATION SANGUINE Reconstruction de la muqueuse utérine Glaire cervicale à trame dense puis lâche (ovulation) UTÉRUS dentelle utérine Glaire cervicale à trame dense œstrogènes progestérone Sécrétion dans le sang Transport Stimulation des cellules cibles Corrigés des activités Séquence 3 SN13 65

3. Un phénotype sexuel masculin à l évolution globalement stable Activité 6 Les documents 15 et 16 permettent d observer la présence de spermatozoïdes uniquement dans la cavité des tubes séminifères. La spermatogenèse (ensemble des transformations durant 74 jours chez l homme, qui conduit d une cellule à 46 chromosomes à des spermatozoïdes possédant 23 chromosomes) se déroule dans la paroi des tubes séminifères. Les documents 16 et 17 permettent de préciser que ce sont les cellules interstitielles, situées dans les testicules entre les tubes séminifères, qui sécrètent dans le sang la testostérone. le document 18 indiquent que la testostérone a pour organes cibles : des organes dont le fonctionnement détermine les caractères sexuels secondaires (muscles, larynx ) les organes constituant l appareil reproducteur masculin certaines cellules de la paroi des tubes séminifères dans laquelle se déroule la spermatogenèse à l origine des spermatozoïdes les voies génitales, les vésicules séminales, la prostate Les organes génitaux externes. Les organes cibles de la testostérone TESTICULES Tubes sémifères Cellules interstitielles Spermatogenèse Testostérone Spermatozoïdes SPERME Sécrétion donne stimule Fonctionnement de l appareil reproducteur Vesicules séminales prostate Caractères sexuels secondaires 66 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

4. Un sexe phénotypique en relation avec un sexe génétique Activité 7 Le caryotype consiste en l examen des chromosomes contenus dans le noyau d une cellule. Les chromosomes sont présentés par paires, numérotées suivant leur taille décroissante. Il comprend dans l espèce humaine 44 chromosomes homologues et 2 chromosomes sexuels. Caryotypes d une femme et d un homme : identification des chromosomes en relation avec le sexe génétique Relation entre le sexe génétique et les sexes phénotypiques féminin et masculin à différentes échelles Femme Homme Sexe génétique XX XY à l échelle macroscopique Phénotype sexuel à l échelle cellulaire Appareil génital féminin (ovaires, voies génitales et organes génitaux externes) Caractères sexuels secondaires féminins Fonctionnement cyclique des ovaires de la puberté à la ménopause à l origine : de la production d un ovocyte en général par cycle de la production des oestrogènes et de la progestérone dont dépend - le fonctionnement cyclique de l endomètre utérin et de la glaire cervicale - le maintien des caractères sexuels secondaires paire de chromosomes sexuels Appareil génital masculin (testicules, voies génitales associées aux vésicules séminales et à la prostate, organes génitaux externes) Caractères sexuels secondaires masculins Fonctionnement continu des testicules à partir de la puberté à l origine : de la production des spermatozoïdes de la production de testostérone dont dépend - le fonctionnement de l appareil génital - le maintien des caractères sexuels secondaires Corrigés des activités Séquence 3 SN13 67

B La réalisation du phénotype sexuel : les étapes de la différenciation de l appareil sexuel de la conception (fécondation) à la naissance. 1. Première étape : de la fécondation au stade phénotypique indifférencié Activité 8 L état indifférencié de l appareil génital correspond à un état où ce dernier présente le même aspect chez l embryon féminin et chez l embryon masculin à la fin de la sixième semaine : avec des gonades de structure identique qui renferment des cellules qui seront à l origine des gamètes et d autres cellules non destinées à devenir des gamètes ; avec des voies génitales doubles comportant des canaux de Wolff et de Müller ; avec des organes génitaux externes indifférenciés. 2. Deuxième étape : la différenciation des gonades, une étape contrôlée par le chromosome Y Activité 9 Les testicules se différencient en premier à la 7 e semaine du développement embryonnaire ; Les ovaires ne se différencient qu à partir de la 10 e semaine. Les testicules et les ovaires ne sont pas encore fonctionnels. Il s agit de montrer que le chromosome Y joue un rôle dans la réalisation du phénotype sexuel masculin. Le document 24 montre que les individus 1 et 3 comportant uniquement des chromosomes X au niveau de leur caryotype sont des femmes présentant des ovaires plus ou moins fonctionnels, des voies génitales et des organes génitaux externes féminins et des caractères sexuels plus ou moins développés. Les individus 2 et 4 comportant au moins un chromosome Y au niveau de leur caryotype sont des hommes avec des testicules plus ou moins fonctionnels, des voies génitales et des organes génitaux externes masculins et des caractères sexuels secondaires plus ou moins développés. La différenciation des gonades en testicules dépend par conséquent de la présence du chromosome Y indépendamment du nombre de chromosomes X. 68 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Le document 25 précise qu on a identifié un gène sur le chromosome Y, le gène SRY. On peut donc supposer que la différenciation des gonades en testicules dépend entre autre de la présence d un gène porté par le chromosome Y. 3. Troisième étape : la différenciation des voies génitales, du sexe gonadique au sexe phénotypique différencié Activité 10 Dès la 8 e semaine, chez un embryon de sexe masculin, les canaux de Müller dégénèrent alors que les canaux de Wolff se différencient en voies génitales masculines. Chez un embryon de sexe féminin, à la 10 e semaine, les canaux de Wolff dégénèrent alors que les canaux de Müller se différencient en voies génitales féminines. La différenciation des testicules a lieu à la 7 e semaine, elle est suivie par la différenciation des voies génitales dès la 8 e semaine. La différenciation des testicules précède par conséquent la différenciation des voies génitales. On peut donc se poser la question de savoir si les testicules interviennent dans la différenciation des voies génitales masculines. a) La mise en évidence d un contrôle hormonal Activité 11 Il s agit de montrer à partir de l étude des cas de free-martin que les testicules ont une influence hormonale sur la différenciation sexuelle. Un jumeau femelle au phénotype sexuel masculinisé Le document 27 indique que lorsqu une vache a des jumeaux de sexe différents, le mâle se développe normalement et devient un taureau fertile. La femelle en revanche, a une forte musculature, est le plus souvent stérile avec des ovaires atrophiés masculinisés, des voies génitales dérivant des canaux de Müller réduites, alors que sont présents les canaux déférents et les glandes accessoires dérivant des canaux de Wolff. L existence de liaisons sanguines entre les deux jumeaux Des chercheurs (document 28) ont observé que ce phénomène ne se réalisait que lorsque les jumeaux étaient de sexe différents et qu il existait des liaisons sanguines entre les deux au niveau du placenta commun résultant de la fusion des deux placentas. En sachant que la chronologie de différenciation des appareils génitaux se déroule dans le même ordre que dans l espèce humaine, on peut émettre l explication suivante : Les testicules du jumeau mâle se différencie en premier et sécrètent dans le sang une ou des hormones qui, grâce aux liaisons sanguines Corrigés des activités Séquence 3 SN13 69

placentaires, joue (nt) un rôle dans la différenciation de l appareil génital (gonades et voies génitales) chez le jumeau femelle. La différenciation des voies génitales sous contrôle hormonal testiculaire dans le cas du free-martin jumeau XY Différenciation plus précoce des gonades indifférenciées en TESTICULES Hormone(s) Différenciation des voies génitales Organes génitaux externes Placenta commun Liaisons sanguines jumeau Musculature ovaires anormaux Pas de voies = génitales Présence de canaux déférents, des vésicules = séminales et de la prostate XX Régression des canaux de Müller Différenciation des canaux de Wolff entraîne Ces observations ont permis de conclure que, la différenciation des voies génitales du sexe mâle dépend d un contrôle hormonal des gonades. b) La masculinisation des voies génitales sous contrôle de deux hormones Activité 12 Jost a réalisé des expériences de castrations chez des fœtus de lapins mâles afin de préciser le rôle des testicules dans la différenciation des voies génitales. Il constate que : chez des fœtus mâles témoins dont les testicules se sont différenciés, les canaux de Wolff se développent alors que les canaux de Müller régressent. chez les fœtus mâles castrés avant la différenciation des voies génitales, les canaux de Wolff régressent alors que les canaux de Müller se développent. Les testicules interviennent par conséquent dans la différenciation des voies génitales qui correspond à la différenciation des canaux de Wolff en voies génitales mâles. Les cellules productrices de testostérone sont les cellules interstitielles situées entre les tubes séminifères. Les organes cibles de la testostérone et de l AMH Les organes cibles de la testostérone Les canaux de Wolff Les organes génitaux externes indifférenciés Les organes cibles de l AMH Les canaux de Müller 70 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Il s agit d établir un lien entre l évolution des taux de testostérone et d AMH au cours des mois de grossesse et la chronologie de la différenciation des voies génitales chez un fœtus de sexe masculin. Document 30 a : La sécrétion importante de testostérone par les testicules entre la 8 e semaine et la 16 e semaine du développement, entraîne la différenciation, à partir des canaux de Wolff, des voies génitales mâles et des glandes telles que les vésicules séminales et la prostate (document 26 : vers la 10 e semaine) ainsi que la masculinisation des organes génitaux externes. Le taux de testostérone diminue ensuite et devient très faible à la naissance Document 30b : La sécrétion d hormone anti-müllérienne (AMH) entraîne durant le même laps de temps la dégénérescence des canaux de Müller. Le taux d AMH diminue mais est encore important à la naissance. Chez un fœtus de sexe masculin, les hormones testiculaires contrôlent la sexualisation des voies génitales. La testostérone stimule la masculinisation dès la 8 e semaine des canaux de Wolff à l origine des voies génitales masculines et des organes sexuels externes. L hormone antimüllérienne (AMH) entraîne la régression des canaux de Müller. La différenciation des voies génitales et des organes génitaux externes sous contrôle hormonal des testicules chez un individu de sexe masculin TESTICULES IMMATURES Cellules interstitielles Cellules de Sertoli 7s Testostérone AMH Canaux de Wolff Organes génitaux externes indifférenciés Canaux de Müller 8s Différenciation des voies génitales masculines Différenciation des organes génitaux externes 9s Apparition des vesicules séminales et de la prostate Disparition 10s Semaines après la conception Légende Cellules cibles des hormones sécrétées par les testicules immatures stimule entraine Corrigés des activités Séquence 3 SN13 71

c) La féminisation des voies génitales Activité 13 Jost a réalisé des expériences de castrations chez des fœtus de lapins femelles afin de préciser le rôle des ovaires dans la différenciation des voies génitales. Il constate que les canaux de Wolff régressent et que les canaux de Müller se différencient aussi bien dans le lot témoin, où les ovaires sont présents, que dans le lot ayant subi une ablation des ovaires. Il en conclut que la différenciation des voies génitales n est pas sous le contrôle des ovaires chez un fœtus femelle. Chez un fœtus de sexe féminin, l absence de testostérone est à l origine de la régression puis de la disparition des canaux de Wolff, et l absence d AMH (document 30b) permet la persistance puis la différenciation des canaux de Müller en voies génitales féminines. d) Les trois étapes intervenant dans la réalisation du phénotype sexuel de la conception à la naissance. pendant le développement embryonnaire puis fœtal Étape 1 : stade phénotypique indifférencié Étape 2 : du sexe génétique au sexe gonadique Étape 3 : du sexe gonadique au sexe phénotypique naissance Caryotype XX Gonades indifférenciées Ovaires immatures Disparition des canaux de Wolff Différenciation des canaux de Müller trompes utérus... organes génitaux externes phénotype féminin appareil génital non fonctionnel Voies génitales indifférenciées canaux de Wolff canaux de Müller Voies génitales indifférenciées Caryotype XY Gonades indifférenciées Testicules immatures Disparition des Disparition canaux de Wolff des canaux de Müller canaux déférents... organes génitaux externes Testostérone AMH phénotype masculin appareil génital non fonctionnel 72 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

C L acquisition de la fonctionnalité de l appareil sexuel à la puberté : quatrième étape de la mise en place du phénotype sexuel Activité 14 Caractères sexuels pri- maires rendant aptes à la pro- création Caractères sexuels secondaires (document 32) Modifications affectant les caractères sexuels primaires et développement des caractères sexuels secondaires à la puberté dans les deux sexes Sexe féminin taux (document 32) : augmentation de la masse des ovaires et de l utérus (document 33) à mettre en relation avec une mise en fonctionnement ; apparition des premières règles (document 32) qui montrent la mise en fonctionnement cyclique des ovaires et par la même de l endomètre utérin. Apparition de la pilosité pubienne Développement des seins Sexe masculin Développement des organes génitaux (document 32) : augmentation de la masse des testicules et des glandes annexes, vésicules séminales et prostate (document 33) à mettre en relation avec une mise en fonctionnement ; premières éjaculations (document 32) montrant que le sperme se forme (mise en route de la spermatogenèse dans les testicules et sécrétions des glandes annexes). Apparition de la pilosité pubienne Il s agit de montrer que le développement des caractères sexuels dépend de la mise en fonctionnement des gonades à la puberté. Document 34 Document 35 Les castrats, individus de sexe masculin, à qui on a enlevé les testicules avant la puberté ne présentent pas de mue au niveau de la voix et sont imberbes à l âge adulte. Les testicules à la puberté, interviennent sur le développement du larynx, des cordes vocales et sur la pilosité, c est-à-dire qu ils permettent le développement de caractères sexuels secondaires. Les femmes atteintes de syndrome de Turner ont les ovaires atrophiés peu fonctionnels ne produisant pas suffisamment d hormones sexuelles féminines. Elles ne présentent pas de caractères sexuels secondaires tels qu un développement des seins. Elles n ont pas de règles ce qui indique que leur endomètre utérin ne présente pas un fonctionnement cyclique. L injection d hormones ovariennes permettant le développement de leurs caractères sexuels secondaires et une poussée de crois- Corrigés des activités Séquence 3 SN13 73

sance, on peut dire que les ovaires par l intermédiaire des hormones ovariennes permettent à la puberté l apparition des caractères sexuels secondaires et la mise en fonctionnement de l utérus. Document 36 Le taux d œstrogènes augmente régulièrement dès l âge de 8 ans, par contre la progestérone n est sécrétée par les ovaires qu à partir de 13 ans. Les ovaires commencent à sécréter des hormones à la puberté : ils se mettent donc à fonctionner. Cependant la progestérone étant produite par le corps jaune durant la phase post-ovulatoire, elle ne peut être sécrétée que lorsque suite à l évolution d un follicule, il y a ovulation et formation d un corps jaune. Sa sécrétion reflète par conséquent la mise en fonctionnement cyclique des ovaires. À la puberté, la mise en fonctionnement des gonades est à l origine de l apparition des caractères sexuels : chez la fille, les ovaires commencent à sécréter dans un premier temps des oestrogènes (document 36) qui sont à l origine de l apparition des caractères sexuels secondaires, tels que le développement des seins (document 35). La sécrétion de progestérone (document 36) n apparaissant que lorsque le cycle ovarien est installé. Ce dernier par l intermédiaire des oestrogènes et de la progestérone conditionne alors le cycle de l endomètre utérin (document 35). Chez le garçon, la mise en fonctionnement des testicules avec la production de testostérone entraîne l apparition de caractères sexuels secondaires (document 34) tels que la mue de la voix, le développement de la pilosité. L achèvement du phénotype sexuel à la puberté CERVEAU Complexe hypothalamus-hypophyaire Gonadostimulines FSH et LH Garçon TESTICULES fonctionnels gonades fille OVAIRES fonctionnels : cycles Spermatozoïdes Testostérone Sperme Voies génitales Caractères et organes sexuels génitaux secondaires externe fonctionnels Vésicules séminales, prostate fonctionnelles Premières ovulations Ovocyte(s) Œstrogènes Voies génitales et organes génitaux externes fonctionnels production entraîne hormone sexuelle Caractères sexuels secondaires 74 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Activité 15 Une sécrétion pulsatile correspond à une sécrétion s effectuant de manière discontinue : des épisodes brefs, de quelques minutes, de sécrétion intense, appelées pulses, sont séparées par de longs intervalles de plusieurs heures pendant lesquels la sécrétion est faible. Les différentes hormones intervenant dans le contrôle de la sécrétion des hormones sexuelles. (shéma ci-contre) Il s agit de préciser les rôles des gonadostimulines hypophysaires dans l acquisition de la fonctionnalité des gonades au moment de la puberté à partir de l étude de 3 cas d individus présentant des anomalies de la puberté. Hypothalamus neurones GnRH (pulses) Hypophyse antérieure : cellules sécrétrices de FSH et LH LH Gonadostimulines FSH Production de gamètes GONADES Production d hormones sexuelles stimule (contrôle) entraîne Relation entre des anomalies de la puberté et les gonadostimulines hypophysaires Cas N 1 Caryotype : 44 + XY Phénotype sexuel : Masculin Puberté ou absence de puberté : caractères primaires (gonades, organes génitaux externes) et secondaires -Testicules ne produisant pas de spermatozoïdes -Organes génitaux externes : pénis infantile -Absence de caractères sexuels secondaires Hormones Conclusion : rôle des gonadostimulines dans l acquisition de la fonctionnalité des gonades. -Taux de testostérone très bas -Taux de FSH correspondant à celui d un individu pubère -LH présente mais non fonctionnelle La LH dans ce cas ne stimule pas la sécrétion de testostérone par les cellules interstitielles des testicules puisqu elle n est pas fonctionnelle. Or, la testostérone est nécessaire au déroulement de la spermatogenèse, au développement des organes génitaux externes et à l apparition des caractères sexuels secondaires ce qui explique les anomalies observées. Une question restant à résoudre : quel est le rôle de la FSH? Corrigés des activités Séquence 3 SN13 75

Cas N 2 Caryotype : 44 + XY Phénotype sexuel : Masculin N 3 Caryotype : Non fourni Phénotype sexuel : Féminin Puberté ou absence de puberté : caractères primaires (gonades, organes génitaux externes) et secondaires - Testicules ne produisant pas de spermatozoïdes -Organes génitaux externes normaux - Présence de caractères sexuels secondaires -Ovaires où la croissance des follicules est bloquée : pas de cycle ovarien - pas de cycle des hormones ovariennes ce qui entraîne une absence de règles (menstruations) -Caractères sexuels secondaires : développement des poils pubiens mais pas de développement des seins Hormones Conclusion : rôle des gonadostimulines dans l acquisition de la fonctionnalité des gonades. - Taux de testostérone et de LH correspondant à celui d un individu pubère -FSH présente mais non fonctionnelle -FSH présente mais non fonctionnelle -Chez cet individu seule la FSH n est pas fonctionnelle. Elle stimule par conséquent, comme la testostérone, la spermatogenèse dans les tubes séminifères des testicules. -La présence de LH a un taux normal, et par voie de conséquence celle de testostérone, permet d expliquer le fait que les organes génitaux sont normaux et que cet individu présente des caractères sexuels secondaires. La FSH stimule dans les ovaires la croissance folliculaire qui permet d aboutir à l ovulation. Le cycle ovarien ne peut pas se dérouler ce qui entraîne une absence de cycle utérin. Le taux d hormones oestrogènes produit par les ovaires doit être peu important, mais permet cependant l apparition de certains caractères sexuels secondaires. Les gonadostimulines hypophysaires contrôlent l activité des gonades à la puberté : Chez la fille FSH permet la croissance des follicules ovariens ; elle est donc indispensable à la sécrétion d œstrogènes Chez le garçon, LH agit sur les cellules interstitielles en stimulant la sécrétion de testostérone et FSH agit au niveau des tubes séminifères en permettant la production de spermatozoïdes Remarque l étude de ces cas ne permet pas de préciser les rôles de LH chez la fille. 76 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

D Identité sexuelle et orientation sexuelle L identité sexuelle est conférée dès la naissance (et même avant) et se réfère au genre féminin ou masculin selon lequel l individu est reconnu. Elle est également influencée par les structures sociales, comme l appartenance culturelle, l éducation ou la famille, la religion, le statut social, la situation professionnelle, ainsi que par les archétypes et les stéréotypes : Les archétypes ou modèles idéaux, caractérisant les femmes et les hommes, sont liés à la morphologie de la femme et de l homme. Les stéréotypes, croyances partagées concernant les traits de personnalité et le comportement caractérisant la féminité et la masculinité, varient selon les sociétés : on associe à l un ou l autre sexe de façon arbitraire, rigide, des caractéristiques personnelles et des rôles sociaux différents : la féminité est associée à des qualificatifs tels que affectivité, émotivité, douceur alors que la masculinité s assimile souvent à l idée de force, de rigueur, de comportements fermes Il s agit par conséquent d une notion complexe qui dépend de la sphère publique. L orientation sexuelle, définie par le genre sexuel par lequel nous sommes attirés sexuellement, relève de l intimité des personnes. Corrigés des activités Séquence 3 SN13 77

Correction des activités du chapitre 2 A Choisir le moment de procréer 1. Les différentes méthodes contraceptives Activité 1 (ligature des trompes ou des canaux déférents) dont l objectif est d empêcher la fécondation en ne permettant plus la rencontre des gamètes. La contraception désigne par contre toute méthode réversible empêchant la fécondation (blocage de l ovulation et du passage des spermatozoïdes au niveau de la glaire cervicale) mais aussi la nidation (muqueuse utérine rendue inapte à la nidation). L utilisation de différentes méthodes de régulation des naissances dans différentes régions du monde. Pourcentage de couples utilisant la contraception dans le monde suivant les régions considérées 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Monde Afrique Amérique latine Amérique du Nord Asie Europe Océanie France % de couples Comparaison des méthodes utilisées suivant les régions Les données correspondant aux différentes méthodes utilisées afin de limiter les naissances sont fournies en % pour 100 couples mariés utilisant la contraception en 2000. 78 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Monde Afrique Amérique latine France Amérique du Nord Asie Stérilisation Retrait Préservatif Stérilet Pilule Europe Océanie L IVG ou interruption volontaire de grossesse l évolution, de 2001 à 2007, du pourcentage d IVG dans la population de femmes de 15 à 49 ans 1,50 1,48 1,46 1,44 1,42 1,40 1,38 1,36 % D IVG chez les femmes de 15 à 49 ans 2001 2005 2006 2007 % d IVG Remarque les données du tableau sont fournies en IVG pour 1 000 femmes ; elles ont été transformées en pourcentage. Corrigés des activités Séquence 3 SN13 79

La répartition des IVG en 2007 selon les tranches d âge. 30 25 20 15 10 5 0 15-17 ans 18-19 ans 20-24 ans 25-29 ans 30-34 ans 35-39 ans 40-44 ans 45-49 ans l évolution, de 2001 à 2007, du pourcentage d IVG dans la population de femmes de 15 à 17 ans et de 18 à 19 ans. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2001 2005 2006 2007 15-17 ans 18-19 ans Le nombre d IVG pour 1 000 femmes âgées de 15 à 49 ans s établit à 14,7 en métropole, en légère augmentation depuis le début des années 2000, avec des recours très inégaux selon l âge. Hormis une légère augmentation des recours pour les moins de 20 ans, qui semble se stabiliser depuis deux ans, les recours pour chaque tranche d âge évoluent assez peu depuis le début des années 2000. Les mineures représentaient environ 5 % des femmes ayant eu une IVG en 2001 et 6 % en 2005, 2006 et 2007 En 2007, les femmes de 20 à 24 ans demeurent celles qui ont le plus souvent recours à l IVG suivies par les femmes de 25 à 29 ans puis celles âgées de 18 à 19 ans. 80 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Activité 2 La méthode des températures a pour objectif de repérer le moment de l ovulation : la température habituelle de la femme s élève de 0,2 à 0,4 C (de 36,7 à 37,1 C, par exemple) au moment de l ovulation. La température sera prise à la même heure, tous les jours, au même endroit. La température est notée sur un graphique avec tout élément susceptible de la modifier afin de réaliser l interprétation de la courbe. Les phénomènes composant le processus de procréation et les méthodes et les produits qui interrompent ce processus. Femme Homme Méthode Phénomène Phénomène Méthode Contraceptifs oraux Ligature des trompes Préservatif Diaphragme Cape cervicale Spermicides Production d ovocytes Ovulation Capture de l ovocyte dans la trompe Transfert dans la trompe Production de spermatozoïdes Transfert dans les voies génitales masculines Dépôt dans le vagin de la femme Rencontre des spermatozoïdes de l ovocyte dans la trompe Phénomène Vasectomie Retrait (coït interrompu) Préservatif Stérilet (DIU) IVG Fécondation : formation d une cellule œuf Implantation de l embryon dans l endomètre utérin Naissance Corrigés des activités Séquence 3 SN13 81

2. Les mécanismes hormonaux sur lesquels s appuient les méthodes chimiques utilisées dans la régulation des naissances. a) La régulation du fonctionnement des ovaires Activité 3 Relation entre l évolution des taux d hormones hypophysaires et ovariennes et les étapes d un cycle CYCLE 1 CYCLE 2 1 2 3 1 2 3 LH (en mi.ml 1 ) HYPOPHYSE ANTÉRIEURE 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 ENDOMÈTRE UTÉRIN 10 8 6 4 2 0 360 320 280 240 200 160 120 80 40 OVAIRE 0 10 8 6 4 2 0 Règles 1 phase pré-ovulatoire = phase folliculaire 2 ovulation FSH (en mi.ml 1 ) 14 28 42 56 œstradiol (en pg.ml 1 ) progestérone (en ng.ml 1 ) temps (en jours) 14 28 42 56 temps 1 ovulation 3 1 ovulation 3 (en jours) 2 2 3 phase post-ovulatoire = phase lutéale 82 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

le contrôle de l activité ovarienne et de celle de l utérus au cours d un cycle phase folliculaire ovulation phase lutéale Stimulus externes Stimulus externes Stimulus externes Cortex cérébral Messages nerveux Cortex cérébral Cortex cérébral Hypothalamus GnRH Hypothalamus GnRH Hypothalamus GnRH Antéhypophyse: Cellules sécrétrices de FSH et LH Antéhypophyse: Cellules sécrétrices de FSH et LH Antéhypophyse: Cellules sécrétrices de FSH et LH fsh lh fsh lh fsh lh Ovaires Follicule en croissance Œstrogènes Ovaires Follicule à maturité Œstrogènes Ovaires Œstrogènes Corps jaune jeune follicule Progestérone Endomètre Endomètre Endomètre Prolifération Prolifération Dentelle utérine Glaire cervicale Glaire cervicale Glaire cervicale maillage dense maillage dense maillage dense Remarque On a aussi figuré sur ces schémas la relation existant entre l hypothalamus et les autres zones du cerveau. Un stress important peut par exemple être à l origine d un arrêt des cycles. Activité 4 Il s agit de montrer que le complexe hypothalamo-hypophysaire adapte sa commande en fonction des concentrations hormonales des hormones ovariennes. Corrigés des activités Séquence 3 SN13 83

Conditions médicales Cas 1 : ablation des ovaires chez des femmes non ménopausées, c est-à-dire dont les ovaires fonctionnaient de façon cyclique Femmes à la ménopause (disparition des follicules ovariens) Les résultats observés Chute du taux sanguins des hormones ovariennes Hausse des taux de gonadostimulines FSH et LH dont les variations ne sont plus cycliques Taux d hormones ovariennes effondré Hausse des taux de gonadostimulines dont les variations ne sont plus cycliques Les déductions On peut supposer dans les deux cas que la chute du taux d hormones ovariennes est à l origine de l augmentation des taux de gonadostimulines. Les ovaires inhibent donc le fonctionnement du complexe hypothalamo-hypophysaire par l intermédiaire de leurs hormones. Le fonctionnement ovarien est sous contrôle du complexe hypothalamohypophysaire, mais les ovaires contrôlent en retour par l intermédiaire des hormones ovariennes le fonctionnement de ce complexe (documents 8 et 9). Ce phénomène est un rétrocontrôle. L étude du document 8 permet de dire que ce rétrocontrôle est généralement négatif, c est-à-dire que le taux d hormones ovariennes freine le fonctionnement du complexe hypothalamo-hypophysaire. Fonctionnement du système de régulation des hormones ovariennes au cours d un cycle ovarien. phase folliculaire ovulation phase lutéale Stimulus externes Stimulus externes Stimulus externes Cortex cérébral Cortex cérébral Cortex cérébral Messages nerveux Hypothalamus _ GnRH Antéhypophyse: Cellules sécrétrices de FSH et LH Hypothalamus GnRH Antéhypophyse: Cellules sécrétrices de FSH et LH + Hypothalamus GnRH Antéhypophyse: Cellules sécrétrices de FSH et LH _ fsh lh fsh lh fsh lh Ovaires Follicule en croissance Œstrogènes Ovaires Follicule à maturité Œstrogènes Ovaires Corps jaune jeune follicule Œstrogènes Progestérone Endomètre Prolifération Endomètre Prolifération Endomètre Dentelle utérine Glaire cervicale maillage dense Glaire cervicale maillage dense Glaire cervicale maillage dense 84 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Activité 5 Activité 6 b) La régulation du fonctionnement des testicules Le document 10 rappelle quelles sont les cellules cibles de FSH et LH dans les testicules : Les cellules cibles de FSH sont des cellules de la paroi des tubes séminifères qui interviennent dans la spermatogenèse Les cellules cibles de LH sont les cellules interstitielles sécrétrices de la testostérone Le document 11 montre que les sécrétions de GnRH par des neurones de l hypothalamus, de LH par des cellules de l hypophyse antérieure et de testostérone par les cellules interstitielles des testicules sont pulsatiles. On peut constater qu un pulse de GnRH précède de peu un pulse de LH, qui lui-même précède de peu un pulse de testostérone. De même que chez la femme, le complexe hypothalamo-hypophysaire chez l homme, contrôle le fonctionnement des testicules par l intermédiaire des gonadostimulines. Contrôle de l activité testiculaire par le complexe hypothalamohypophysaire. Stimulus externes Cortex cérébral Hypothalamus Antéhypophyse: Cellules sécrétrices de FSH et LH On cherche à montrer que le complexe hypothalamo-hypophysaire adapte sa commande en fonction des concentrations plasmatiques de testostérone. FSH Tubes sémifères Spermatogenèse Spermatozoïdes Messages nerveux GnRH LH testicules Cellules interstitielles Testostérone Fonctionnalité de l appareil génital Caractères sexuels secondaires Le document 12 montre que chez un homme normal (témoin) il existe un fonctionnement pulsatile du complexe hypothalamo-hypophysaire : le taux de LH varie entre 10 et 30 UI. L -1. Si cet homme reçoit une perfusion intraveineuse de testostérone le taux de LH est le plus souvent inférieur à 10 UI. L -1. La fréquence des pulses diminue : un seul pulse contre 3 précédemment pour le même laps de temps. La perfusion de testostérone contribuant à augmenter le taux de testostérone de l individu, on peut émettre l hypothèse suivante : Un taux important de testostérone freine le fonctionnement du complexe hypothalamo-hypophysaire, ce qui entraîne la diminution du taux de LH observée. Les testicules exercent par conséquent, un rétrocontrôle négatif sur le complexe hypothalamo-hypophysaire par l intermédiaire du taux de testostérone. Corrigés des activités Séquence 3 SN13 85

La régulation du fonctionnement des testicules : un rétrocontrôle négatif exercé par le taux de testostérone sur le système de commande. Stimulus externes Cortex cérébral Messages nerveux Hypothalamus Antéhypophyse: Cellules sécrétrices de FSH et LH GnRH FSH LH Tubes sémifères Spermatogenèse Cellules interstitielles Testostérone testicules Spermatozoïdes Fonctionnalité de l appareil génital Caractères sexuels secondaires 3. Les modes d action des molécules de synthèse permettant de maîtriser la procréation a) La contraception hormonale, une méthode raisonnée avant le rapport sexuel Activité 7 Il s agit de comparer les variations des sécrétions hormonales d une femme lors d un cycle normal et d un cycle «sous pilule» Le document 14 montre que : Lors du premier cycle qui correspond à un cycle normal De j = 1 à j = 14 le taux d œstrogènes augmente pour atteindre un pic au 14 e jour. Ce pic d œstrogènes est à l origine des pics de FSH et de LH, ce dernier déclenchant l ovulation ici vers le 15 e jour. De j = 16 à j = 28 le corps jaune produit des oestrogènes et de la progestérone, lors de la régression de celui-ci, la chute du taux de progestérone est à l origine de l apparition des règles. Lors du cycle «sous pilule» Le taux de progestérone reste constamment nul, ce qui montre qu il n y a pas eu formation d un corps jaune. 86 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

La concentration de gonadostimulines reste faible : il n y a plus de variations cycliques. L absence de pic de LH permet de conclure qu il n y a pas d ovulation. Les règles se produisent lors de l arrêt de la pilule. La pilule intervient au niveau du complexe hypothalamo-hypophysaire en inhibant la production des gonadostimulines ce qui met l ovaire au repos. Au 53 e jour, les règles surviennent, car l arrêt de la pilule oestroprogestative correspond à un arrêt entre autre d un apport en progestérone (de la même façon qu une chute du taux de progestérone en fin de cycle normal est à l origine des règles). L action de la pilule oestroprogestative est de : a-proposition fausse car le taux de gonadostimulines est très faible, b-proposition vraie, c- proposition vraie : au cours d un cycle normal, c est le pic d œstrogènes qui en exerçant un rétrocontrôle positif sur le complexe hypothalamo-hypophysaire est à l origine du pic de LH. Le mode d action d une pilule oestroprogestative combinée au niveau du fonctionnement de ces organes cibles. Complexe hypothalamohypophysaire Gonadostimulines fsh lh Ovaire au repos Pas d ovulation Pilule : hormones de synthèse œstrogènes progestérone Œstrogènes Progesterone Endomètre Évolution à peu près normale + Glaire cervicale dense imperméable aux spermatozoïdes + Corrigés des activités Séquence 3 SN13 87

Modes d action de l anneau vaginal, de l implant sous-cutané et du patch contraceptif. Substances actives Mode d action Anneau vaginal Oestrogènes et progestérone de synthèse Blocage de l ovulation Patch contraceptif Oestrogènes et progestérone de synthèse Modifications de l endomètre qui devient impropre à la nidation. Modifications de la glaire cervicale qui devient imperméable aux spermatozoïdes. Implant Dérivé de la progestérone Modifications de l endomètre qui devient impropre à la nidation. Modifications de la glaire cervicale qui devient imperméable aux spermatozoïdes. Activité 8 b) Des méthodes d urgence après le rapport sexuel. Après l ovulation, le cheminement des spermatozoïdes est rapidement rendu impossible dans les voies génitales féminines car le maillage de la glaire cervicale redevient dense sous l action de la progestérone. Il s agit de préciser comment le Lévonorgestrel peut empêcher l ovulation. Le document 20 présente une étude réalisée par des chercheurs chez deux groupes de femmes au cours de cycles sans et avec administration de Lévonorgestrel. Conditions des tests Tests effectués au cours d un cycle témoin. Tests effectués au cours d un cycle où le Lévonorgestrel a été administré avant l ovulation. Tests effectués au cours d un cycle où le Lévonorgestrel a été administré après l ovulation. Les observations effectuées On observe un pic de LH au jour (0). On observe une modification des taux de LH plasmatique : aucun pic de LH n'est décelable. On observe un pic de LH au jour (0). Conclusions Au cours d un cycle normal, le pic de LH déclenche l ovulation. Le traitement au Lévonorgestrel en inhibant le pic de LH bloque l ovulation Le traitement au Lévonorgestrel n a aucun effet sur le pic de LH. Administré durant la phase post-ovulatoire, il n empêche pas l ovulation. 88 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Comment expliquer le blocage du pic de LH et par la même de l ovulation si le Lévonorgestrel est pris en phase pré-ovulatoire? Le document 22 présente des modèles moléculaires de la progestérone et du Lévonorgestrel. On peut constater qu une partie des molécules sont similaires : le Lévonorgestrel peut se fixer sur les récepteurs à la progestérone situés dans les cellules cibles de cette hormone et, comme la progestérone, être à l origine d une modification de leur activité. Dans le cas présent, il bloque le fonctionnement du complexe hypothalamohypophysaire en phase pré-ovulatoire, empêchant le pic de LH, et par la même l ovulation. CH 3 O Progestérone Lévonorgestrel = progestatif CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 O RU 486 = molécule antagoniste de la progestérone N OH C C O O O CH 3 Zone de la 3D de la progestérone permettant l association aux récepteurs Zone de la 3D de la molécule similaire à la zone d association de la molécule de la progestérone à son récepteur Association de la progestérone à ses récepteurs Association du Levonorgestrel aux récepteurs à la progestérone Association du RU 486 aux récepteurs à la progestérone Entraine Modification de l activité des cellules cibles de la progestérone a, b et d-propositions vraies : Blocage des récepteurs à la progestérone Pas de réponse des cellules cibles de la progestérone Dans un cycle normal sans absorption de RU 486 (document 23), les règles apparaissent suite à la régression du corps jaune qui est à l origine de l arrêt de sécrétion de progestérone (proposition b). Dans un cycle avec prise de RU 486, peu de temps après l absorption de RU 486 les règles apparaissent, ceci de façon plus précoce que dans un cycle normal. On peut donc supposer que c est l absorption de RU 486 qui entraîne ces règles précoces. Corrigés des activités Séquence 3 SN13 89

Quelle est son mode d action? Le document 22 montre qu une partie des modèles moléculaires de la progestérone et du RU 486 sont similaires. Le RU 486 peut donc occuper les récepteurs de la progestérone situés dans les cellules cibles (cellules de l endomètre utérin ) de cette hormone, mais sans entraîner de modification de l activité de celles-ci (proposition d). L endomètre utérin n étant plus stimulé par la progestérone les règles apparaissent comme en fin de phase lutéale (proposition a). Comme on l a expliqué précédemment, le RU 486 en se liant aux récepteurs à la progestérone, empêche l action de cette dernière sur ses cellules cibles. En cas de grossesse, la progestérone inhibant les contractions du myomètre, le RU 486 annule cette inhibition, ce qui induit des contractions de l utérus à l origine de l interruption de la grossesse. Les phénomènes composant le processus de procréation et les méthodes et les produits qui interrompent ce processus. Femme Homme Méthode Phénomène Phénomène Méthode Contraceptifs oraux Pilules œstroprogestatives Implant Patch Pilule du lendemain Ligature des trompes Préservatif Diaphragme Cape cervicale Spermicides Production d ovocytes Ovulation Capture de l ovocyte dans la trompe Transfert dans la trompe Production de spermatozoïdes Transfert dans les voies génitales masculines Dépôt dans le vagin de la femme Phénomène Rencontre des spermatozoïdes de l ovocyte dans la trompe Vasectomie Retrait (coït interrompu) Préservatif Stérilet (DIU) Micropilule progestative IVG par aspiration médicamenteuse RU 486 Fécondation : formation d une cellule œuf Implantation de l embryon dans l endomètre utérin Naissance 90 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

B Aider un couple stérile à avoir un enfant Activité 9 Répartition des causes d infertilité 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Féminine Masculine Les 2 aucune % L absence de spermatozoïdes dans le sperme (azoospermie) a deux grandes causes possibles : - obstacle sur les voies génitales empêchant le passage des spermatozoïdes produits normalement par le testicule (c est un problème obstructif); - testicules ne produisant pas de spermatozoïdes, pour diverses raisons. Les principales cause d infertilité et leur localisation au niveau des appareils génitaux. ovaire trompe col de l utérus : glaire cervicale Principales causes d infertilité d origine féminine Causes hormonales : troubles de l ovulation Cause mécanique : obstruction des trompes consécutive à une I.S.T. troubles de la réceptivité au sperme Principales causes d infertilité d origine masculine canal déférent prostate vésicule séminale testicule Cause mécanique : canaux déférents obtrués Mobilité des spermatozoïdes insuffisante Troubles de la production des spermatozoïdes absence ou nombre insuffisant anormaux en grande quantité Corrigés des activités Séquence 3 SN13 91

Activité 10 Les étapes de la FIVETE Sperme recueilli le jour du prélèvement des ovocytes ou utilisation de sperme congelé Mise au repos de l hypophyse Stimulation hormonale des ovaires Prélèvement des ovocytes juste avant l ovulation Préparation du sperme traité pour le rendre fécondant Mise en culture des ovocytes trompe obstruée Mise en contact des ovocytes et des spermatozoïdes en dehors de l organisme Transfert de un ou plusieurs embryons Fécondation in vitro Embryons (4 cellules : 48 h) Congélation des embryons surnuméraires L ICSI peut permettre à un couple de ne pas faire appel à un don de spermatozoïdes. On utilise cette technique : quand les spermatozoïdes sont trop peu nombreux ou peu mobiles, en cas d absence de spermatozoïdes dans le sperme ; il est possible d en prélever directement au niveau des testicules. Pourcentage de réussite de chaque technique de PMA entre conjoints. Techniques PMA Tentatives Accouchements % / tentatives Inséminations 48898 4 912 10 % FIV 19327 3 547 18,3 % FIV avec ICSI 31161 6 419 20,6 % TEC 15460 1 879 12,1 % 92 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Situations auxquelles peuvent répondre les différentes méthodes de PMA Méthode de PMA Insémination artificielle avec le sperme du conjoint (IAC) Insémination artificielle avec le sperme d'un donneur (IAD) Fécondation in vitro et transfert d'embryon (FIVETE) Don d'ovocytes Don d'embryon Indications thérapeutiques - Le sperme du conjoint est conservé dans une banque de sperme si l'homme doit subir un traitement qui risque de le rendre stérile. - Le conjoint est peu fertile - Les rapports sexuels sont impossibles. Stérilité de l'homme Stérilité de la femme par obturation des trompes La femme est stérile : elle n'a pas d'ovaires ou est ménopausée précocement ou elle est atteinte d'une maladie héréditaire ; son utérus est fonctionnel. Le conjoint est fertile. Le mari et la femme sont stériles, mais l'utérus de la femme est fonctionnel. Procédés utilisés - Le sperme est recueilli et congelé dans un CECOS (Centre d'étude et de conservation des ovules et du sperme) en vue d'une insémination future. Les spermatozoïdes sont traités pour les rendre plus efficaces. Le sperme est déposé dans l'utérus. - La femme est inséminée avec du sperme congelé ou décongelé, ou avec du sperme frais, au moment de l'ovulation (en général après avoir subi une stimulation ovarienne pour maîtriser le moment de l'ovulation et le nombre d'ovules émis). - Le ou les ovules sont recueillis puis fécondés dans une "éprouvette" par le sperme du mari. L embryon ou les embryons sont implantés dans l'utérus maternel pour démarrer la grossesse. Une fécondation in vitro (FIV) est réalisée avec l'ovocyte d'une donneuse et le sperme du mari, puis l'embryon est réimplanté dans l'utérus de la femme stérile. FIV avec du sperme et des ovocytes de donneurs, puis implantation de l'embryon dans l'utérus de la mère. Corrigés des activités Séquence 3 SN13 93

C Activité 11 Avoir un comportement individuel raisonné afin de limiter les risques de contamination et de propagation des Infections Sexuellement Transmissibles (IST) Les principales conséquences des IST : propagation de maladies à l échelle mondiale (exemples : transmission du VIH, du virus de l Hépatite B ); apparitions de certains cancers; infertilité voire stérilité. Un comportement adapté pour éviter les IST et limiter leur propagation doit comprendre : un recours systématique au préservatif; une vaccination à titre préventif; un dépistage systématique en cas de la survenue d une situation à risque (rapport non ou mal protégé, comportement sexuel à risque). D Activité 12 Les problèmes éthiques en relation avec la maîtrise de la procréation La révision des lois de bioéthique étant en cours, il est donc nécessaire de consulter régulièrement le site du comité. Le projet de loi de texte législatif déposé au Parlement à l initiative du gouvernement. a été adopté en première lecture par le Sénat, avec modification, le 8 avril 2011. Quelques nouvelles dispositions : le principe de l anonymat des dons de gamètes est maintenu. Les femmes qui n ont pas d enfants pourront désormais donner leurs ovocytes ; elles auront également la possibilité de les conserver pour le cas où elles deviendraient infertiles. Le transfert d embryon post mortem sera autorisé si le père y avait consenti avant son décès dans un délai de 18 mois après sa mort. Les recherches sur l embryon sont toujours utilisées au cas par cas. Elles seront désormais soumises à un régime d autorisation réglementée et non plus officiellement interdites avec possibilités de dérogations. les critères pour bénéficier des techniques d assistance médicale à la procréation dont redéfinis (avec l autorisation de la technique permettant la congélation ultra-rapide des ovocytes). Tous les couples, y compris les couples de femmes, pourraient faire appel, si besoin, à l assistance médicale à la procréation. 94 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Correction des activités du chapitre 3 A Le comportement sexuel des mammifères :une séquence d attitudes qui permettent la procréation et/ ou l obtention d un plaisir sexuel. Activité 1 Le comportement sexuel des rats Objectif La phase motivationnelle permet Identifier les différentes aux partenaires d échanger des phases du comportement stimulations, ce qui permet de déclencher l excitation sexuelle, de reconnaître le partenaire de sexe opposé et d engager le rapprochement physique des corps. Elle se déroule de la façon suivante : Chez le mâle : Exploration olfactive émission de petits cris exploration tactile monte Chez la femelle stimulée : Sauts et courses du mâle stimulations tactiles lordose La phase consommatoire est plus rapide : Chez le mâle : Intromission éjaculation Corrigés des activités Séquence 3 SN13 95

B Le contrôle du comportement sexuel : l influence hormonale et le circuit de la récompense 1. Chez les mammifères mâles et chez l homme Activité 2 Activité 3 Le rôle de la testostérone dans le comportement sexuel mâle : En pratiquant ainsi, on réduit au maximum l influence sur la variable étudiée (ici le comportement sexuel) que la connaissance de certaines informations pourrait avoir sur le patient et sur le médecin. On élimine donc l effet placebo et l influence non formulée que le médecin pourrait avoir sur son patient. On constate que lorsque le taux de testostérone est très faible et inférieur à la norme, le nombre d érections est compris en 2 et 4 par semaine. Cela correspond au cas témoin sans aucun traitement. Ensuite, on remarque que le nombre d érections augmente d autant plus que la dose de testostérone est forte. La réponse est meilleure après plusieurs semaines de traitement. La dose de 400ng de testostérone permettent d obtenir 28 érections/semaine, ce qui est pris en compte comme 100 %. Grâce à ce repère, on constate alors que la prise d un placebo augmente de manière significative le nombre d érections et de rapports sexuels. Il est ensuite nécessaire d expérimenter afin de vérifier le rôle de l hormone. De telles expérimentations ne peuvent bien entendu être réalisées chez l homme, elles sont réalisées chez l animal. On peut donc imaginer travailler sur des animaux castrés, puis injecter des doses variables de testostérone afin de vérifier l effet sur le comportement. Des expériences pour confirmer. On observe qu avant castration et en présence d une femelle en chaleur, le singe macaque rhésus présente les différents aspects connus du comportement sexuel spécifique. Le nombre moyen de montes est d environ 15, elle aboutissent presque toutes à une intromission et l animal présente environ 2 éjaculations. Si les singes sont castrés, on remarque une disparition très rapide des éjaculations et des intromissions. Le seul aspect comportemental qui persiste un peu plus longtemps est la monte. Après la castration, il faut plusieurs semaines avant que l ensemble du comportement sexuel ait complètement disparu. Cette situation est acquise 60 semaines après l opération. Le traitement consiste en la substitution des testicules supprimés par l hormone qu ils sécrètent habituellement : la testostérone. On remarque qu en quelques semaines, l injection de testostérone rétablit le comportement sexuel dans tous ses aspects : d abord la monte, pis les intromissions et l éjaculation. On peut donc 96 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

maintenant conclure que la testostérone est bien l hormone qui stimule le comportement sexuel des mammifères mâles, chez l homme compris. 2. Chez les mammifères femelles et chez les femmes Activité 4 Constat Question Hypothèse Explication 1 Explication 2 Le déterminisme du comportement sexuel chez les mammifères non hominidés (en dehors des grands singes dont l Homme) Pour répondre à une question de synthèse, il faut commencer par lire et comprendre chaque document. Pour cela, vous pouvez au brouillon, construire un tableau de ce type : N du document Ce que je peux en tirer Ce que je sais sur ce sujet Ensuite, il faut trouver une logique de raisonnement, qui sera votre logique de résolution et de rédaction. Pour cela, il est nécessaire de faire un constat, ce qui permet ensuite de poser une question, le plus souvent à l aide d un document (tout ou partie). Ici, le document 1 montre que les rates ont une période restreinte de réceptivité sexuelle, que l on peut estimer à une quinzaine d heures pour un cycle de 5 jours. En dehors de cette période, la rate rejette le mâle et ne se laisse pas approcher. Comment expliquer la courte période de réceptivité des rates? Par la suite, il faut avoir une hypothèse, c est à dire une solution provisoire à la question posée. Elle est ici suggérée par l énoncé, ce qui est bien plus facile. Elle est donc que l hormone femelle œstradiol est responsable de ce comportement. Ensuite, il faut utiliser les informations apportées par les documents, ainsi que d éventuelles connaissances afin de valider l hypothèse ou de la réfuter. C est la démarche explicative. Il est possible de rédiger de la façon suivante, en conservant bien la notion de témoin : J observe que, chez les rates normales, la réceptivité est cyclique (doc4) alors que chez des rates castrées, la réceptivité est nulle (doc5), j en déduis que la présence de ovaires est indispensable à la réceptivité sexuelle des rates. De plus, la réceptivité semble maximale au moment des maxima d œstradiol. j observe que des rates castrées n ont plus de comportement sexuel (doc5) alors que des rates castrées qui reçoivent des injections d œstradiol, retrouvent un comportement sexuel, et ceci d autant plus que la dose est importante (doc6). J en déduis que l œstradiol suffit à faire réapparaitre le comportement qui avait été supprimé par la castration : l œstradiol est bien responsable de la réceptivité. Corrigés des activités Séquence 3 SN13 97

Activité 5 Le comportement sexuel chez les mammifères hominidés (Les grands singes dont le Gorille, le Chimpanzé, le Bonobo, l Orang-outang et l Homme) Pour une question de ce genre, qui demande finalement de comparer, il est souvent judicieux de construire un tableau, afin de ne faire figurer que l essentiel et d éviter la paraphrase. Receptivité Rôle des relations sexuelles Chimpanzé La réceptivité est d environ 12 jours sur un cycle de 28 jours. Procréation Recherche du plaisir. Les Chimpanzés ne s accouplent pas de face. Bonobo La réceptivité est de 20 jours sur 28 jours. Procréation, mais surtout stabilisation des groupes et pacification des relations. Les Bonobos s accouplent de face. Homme La réceptivité est permanente. Assez rarement pour la procréation, plus généralement pour la recherche du plaisir. Les Hommes s accouplent de face. C Activité 6 Le contrôle du comportement sexuel : le rôle du système nerveux La mise en évidence du circuit de la récompense Questionnaire à choix multiple : 1. Le circuit de la récompense est : B et C. 2. Le circuit de la récompense permet : C, D, E, F. 3. Les neurotransmetteurs du circuit de la récompense : A, C, D, E,. 98 Corrigés des activités Séquence 3 SN13

Correction des exercices de la séquence 3 Exercice 1 Rechercher dans le document les informations qui : - confirment l idée d une relation directe entre activité sexuelle et sécrétion hormonale, - montrent que la sécrétion hormonale n est pas le seul facteur qui détermine l activité sexuelle. Conseils méthodologiques La question posée est en deux parties, et il n y a qu un seul document, qui doit donc contenir beaucoup d informations. Il convient donc de ne pas se précipiter et de vouloir «tout dire», tout de suite Cela est en général contreproductif. Suivez ce que demande l énoncé, répondez en deux étapes, et ne prélevez dans le document que ce qui vous permet de répondre à la question posée. Comme il s agit de mener un raisonnement de type explicatif, il faut bien entendu choisir convenablement un ou des témoins à l analyse. La réponse devra prendre une forme du style : «j observe que alors que j en déduis que». Confirmer que «Il existe une relation directe entre l activité sexuelle et les sécrétions hormonales» : On choisit de n étudier ici que les animaux de la lignée 1. Il s agit en effet d animaux qui ont une activité sexuelle importante. Sans intervention, environ 80 % des mâles de cette lignée sont «éjaculants». Le témoin de cette expérience est la première période de suivi des cobayes 1, entre 2 et 9 semaines. À la 9 e semaine, ces animaux subissent une castration. On supprime là la source d hormones sexuelles, notamment la testostérone. L effet de l opération est immédiat mais s installe progressivement : À la 19 e semaine, plus aucun animal n est éjaculant, le comportement sexuel a disparu. On en déduit que la présence des testicules est indispensable au maintien du comportement sexuel du cobaye. Il est alors possible de supposer qu une hormone testiculaire est responsable. Pour tester cette seconde hypothèse, on administre un traitement aux animaux, des injections de testostérone à la 23 e semaine. A la 34 e semaine, 60 % des animaux ont à nouveau un comportement sexuel. Corrigés des exercices Séquence 3 SN13 99

On a donc réussit, chez des animaux castrés à rétablir le comportement sexuel avec des injections de testostérone. Montrer que Exercice 2 «La sécrétion hormonale n est pas le seul facteur qui détermine l activité sexuelle» : On constate qu il existe plusieurs types de cobayes : ce sont les lignées sélectionnées ici. On remarque qu alors que ces animaux sont pourvus de testicules, donc sécréteurs de testostérone, certains n ont pas de comportement sexuel. Les animaux de la lignée 3 sont en particulier très peu actifs. L effet de l ablation fait bien entendu disparaître le comportement, mais l injection de la testostérone rétablit ce comportement à la hauteur de ce qu il était avant, sans plus : la testostérone seule ne suffit pas. Montrer r ce qui détermine la différenciation de ces ébauches. Conseils méthodologiques Dans cet exercice, l analyse est assez difficile à faire car plusieurs résultats d expériences différentes sont présentés ensemble. Il est donc nécessaire à chaque fois de définir l expérience et son témoin. Une fois les témoins repérés, il s agit d une explication : les conseils donnés à l exercice précédent sont donc à appliquer. Comparaison de 2 avec 1 (témoin) Comparaison de 3 avec 2 (son témoin) On observe que la castration a pour effet la régression spontanée des canaux de Wolff et la différenciation des canaux de Müller en voies femelles (cas 2), alors que chez l animal mâle non castré, les canaux de Wolff ne régressent pas et se différencient en voies mâles (cas 1) ; par contre, les canaux de Muller régressent dans ce cas. Tout se passe dans le cas 2 comme chez un embryon génétiquement femelle. On en déduit que la présence du testicule est indispensable à la mise en place du sexe mâle, en conformité avec le sexe génétique. Il est donc possible qu une substance testiculaire soit responsable de ces modifications. Pour tester cette hypothèse, l expérience 3 est réalisée. Attention! Le témoin de l expérience 3 est l expérience 2 (et non 1) car il faut que les deux résultats comparés correspondent à des expériences qui ne varient que d un seul paramètre, ici l injection ou non d extraits testiculaires. On observe que la castration a pour effet la régression spontanée des canaux de Wolff et la différenciation des canaux de Müller en voies femelles (cas 2), alors qu un animal castré qui reçoit des injections d extraits testiculaires se développe normalement (cas 3 similaire au cas 1), on en déduit que les extrait testiculaires sont aussi efficaces que le testicule en place pour la différenciation des voies indifférenciées en voies mâles. La question suivant porte donc sur la nature de la substance chimique testiculaire capable d induire de telles modifications. A cause de son effet à d autres moments du développement (puberté) on peut suspecter la testostérone. 100 Corrigés des exercices Séquence 3 SN13

Comparaison de 4 avec 2 (son témoin) On observe que la castration a pour effet la régression spontanée des canaux de Wolff et la différenciation des canaux de Muller en voies femelles (cas 2), alors qu un animal castré qui reçoit de la testostérone montre une différenciation mâle des canaux de Wolff, comme dans les cas 1. On en déduit que la testostérone est bien responsable de la différenciation des canaux de Wolff en voies mâles. Par contre, le traitement à la testostérone ne permet pas la régression des canaux de Müller. Il faut donc supposer qu une autre substance d origine testiculaire a cette fonction. Nos connaissances nous permettent de rappeler qu il s agit de l AMH. Exercice 3 Précisez les relations entre sexe génétique et sexe phénotypique. On constate que d une manière statistique, les individus femelles ont un génotype XX et les mâles ont un génotype XY. Chez les femelles, une monosomie du X ou une trisomie du X ne perturbe pas la mise en place du sexe femelle. La présence d un X et l absence de Y permettent la mise en place du sexe femelle. De la même façon chez les individus phénotypiquement mâles, ni le doublement du X, ni celle de Y ne perturbe la mise en place du sexe mâle. La présence du chromosome Y semble liée à la mise en place de sexe mâle. Une analyse plus fine montre des cas de sexe non conforme à l information génétique, du moins en première approximation : Il existe des individus de génotype XX qui sont en fait des mâles. De même, on connaît des femmes qui possèdent un chromosome Y. Ces deux cas sont liés à l insertion ou à la délation du gène SRY, d ordinaire localisé exclusivement sur Y. Il faut et il suffit que les gène SRY soit présent pour que le sexe phénotypique soit mâle. Exercice 4 Proposez un mode d action possible du RU 486. Conseils méthodologiques L exercice est à nouveau un raisonnement, il convient donc comme d habitude de rechercher les témoins. Mais c est un exercice plus difficile qu il n y paraît car il y a beaucoup d intermédiaires dans l analyse, avant d arriver à la réponse demandée. Il faut essayer de progresser dans l analyse pas à pas, en donnant les hypothèses auxquelles on arrive. Le principal piège serait là encore de vouloir tout dire en une seule fois. Il faut raisonner par étapes. Il ne faut pas non plus extrapoler les résultats et réciter «ce que l on sait», sans donner la priorité à l analyse du document. L expérience consiste en l injection d une substance radioactive. Grâce Corrigés des exercices Séquence 3 SN13 101

à cela, il est possible de la retrouver : la radioactivité sert de marquage. Dans le lot 1, la molécule de RU 486 est marquée par de la radioactivité. On la retrouve fixée à des cellules de la muqueuse utérine. On peut affirmer que ces cellules sont des cibles pour la RU486. Dans le lot 2, de manière similaire, la progestérone marquée se fixe sur des cellules de la muqueuse utérine. Là encore, on peut conclure que ces cellules sont des cibles pour la progestérone. La comparaison des deux lots permet simplement de proposer : hypothèse 1 (H1) : que l utérus possède un peu plus de récepteurs à la progestérone que de récepteurs à RU486 (8,6 UA fixées contre 7,9 UA), ces récepteurs étant différents. hypothèse 2 (H2) : que les récepteurs sont les mêmes mais que c est leur affinité qui change. Le test est le lot 3 qui reçoit dans un premier temps de la RU 486 non marquée et dans un seconde temps, de la progestérone marquée. Là, il faut envisager les conséquences vérifiables des hypothèses proposées : Si H1 est vraie, alors le taux de radioactivité qui traduit la fixation de progestérone devrait être le même que dans le lot 2, car la présence de RU 486 ne perturberait pas la fixation de progestérone sur ses récepteurs. Si H2 est vraie, alors la fixation antérieure de RU 486 sur les cibles va modifier la fixation de la progestérone marquée. Ainsi, le taux de progestérone marquée fixée devrait être inférieur. Conclusion On constate que la fixation de la progestérone a été fortement amoindrie par le traitement préalable à RU486. L hypothèse validée est donc H2. Le mode d action de RU486 est celui d une «antihormone», une substance qui se fixe sur les mêmes récepteurs qu elle mais n en déclenche pas les effets. Exercice 5 Comment l activité sexuelle des Mammifères peut être déclenchée par des stimulations internes et externes Conseils méthodologiques Le sujet demande un bilan sous forme de schéma. Cela ne doit pas occulter l étape nécessaire de l analyse des documents. Pour la construction du schéma bilan, on doit faire apparaître les structures, les hormones et les effets avec un codage différent, facile à lire. Analyse de documents Influence des stimulations internes sur le comportement sexuel Les documents présentent assez peu de renseignements direct du comportement sexuel. Il ne nous est donné que la période d accouplement dans le document 1. 102 Corrigés des exercices Séquence 3 SN13

Doc. 1 Doc. 3 La période d accouplement du Renard bleu est précédée par de forts taux des hormones hypophysaires : LH et FSH. Or on sait que ces deux hormones, qualifiées de gonadostimulines, permettent la fonctionnalité de l appareil reproducteur. On voit ainsi que ces forts taux de gonadostimulines précèdent le maximum de testostérone. Un premier élément du schéma sera donc la liaison entre l hypophyse et le testicule, puis entre la testostérone et l accouplement. Si la question suivante est «comment l activité sexuelle est-elle régulée?», le document 3 apporte quelques éléments de réponse. En effet, on évalue l activité du complexe hypothalamo-hypophysaire par l intermédiaire de l activité des neurones de cette région. On constate que chez les animaux témoins, le taux de testostérone est de 2 pulses en 24 h et 15 pg d hormones. Chez l animal castré, l activité du complexe hypothalamo-hypophysaire augmente fortement : tout se passe comme si, lorsque les testicules sont présents, ils exercent une action inhibitrice sur le cerveau. Lumière 13 à 15 h/jour (doc 1-2) + Œil Cerveau Hypothalamus + Hormone 15 pg/ml doc 1 Hypophyse + FSH LH Testostérone (taux élevé) Testicule (doc 2) + + Testostérone (doc 1) + stimulus externe stimulation inhibition agit sur sécrète l hormone (action interne) Activité sexuelle possible (doc 1) Conclusion : L activité sexuelle de ces mammifères est possible grâce à l action conjointe de stimulations externes (par exemple la lumière) et internes, comme la régulation du taux des hormones. Exercice 6 Expliquer dans un texte chronologique précis quelles sont les étapes de la réalisation d une FIVETE. Vous préciserez notamment comment se fait, dans les deux sexes, la récupération des gamètes, ainsi que la nécessaire préparation hormonale de la femme. Expliquer pourquoi cette méthode pourrait, dans des cas à la marge, créer des problèmes éthiques. Corrigés des exercices Séquence 3 SN13 103

Première étape Récupération des gamètes Chez la femme : La stimulation des ovaires Plusieurs hormones vont être administrées simultanément afin d obtenir plusieurs ovocytes matures au même moment (au lieu d un seul ovocyte produit naturellement chaque mois). Lorsque la stimulation ovarienne est satisfaisante, l ovulation est induite par injection intramusculaire d un troisième médicament. La ponction des ovocytes est programmée le surlendemain de cette injection. Chez l homme : Récupération de spermatozoïdes obtenus par masturbation. Il est possible pour l homme de recueillir du sperme quelques jours avant la future insémination, mais le sperme frais est de meilleure qualité. Deuxième étape Troisième étape Quatrième étape Cinquième étape La ponction des ovocytes Les ovocytes arrivés à maturité sont prélevés sous contrôle échographique. Elle consiste à insérer une sonde échographique dans le vagin (A ce moment du cycle, les ovaires sont accolés à la paroi du vagin). Une fois les follicules matures localisés, le médecin ponctionne chacun d entre eux à l aide d une aiguille attachée à la sonde et aspire le liquide. Une anesthésie locale est nécessaire ainsi qu un médicament tranquillisant. La patiente est parfaitement consciente et peut suivre sur écran la ponction des follicules. Une fois recueillis lors de cette étape, les ovules sont placés dans un milieu de culture auquel sont ajoutés les spermatozoïdes du conjoint ou du donneur. Les ovules et les spermatozoïdes sont placés à l incubateur pour une période de 3 à 7 jours. Durant ce temps, les ovules fécondés se divisent d abord en deux cellules, puis en quatre, en huit et ainsi de suite. L insémination Les ovocytes recueillis sont mis en présence des spermatozoïdes. Si nécessaire, la technique de micro-injection (ICSI) est utilisée. Le replacement des embryons Les embryons sont replacés dans l utérus. Les limites éthiques et légales de la FIVETE : La loi française encadre de manière stricte les techniques de procréation médicalement assistée, de manière différente de ce qui se passe dans d autres pays européens. On peut citer comme étant des points de réflexion les testes suivants : En France, le décès d un des membres du couple rend impossible l A.M.P (le législateur a estimé que cette pratique ne respectait pas l enfant). Le diagnostic préimplantatoire : Normalement exceptionnel, cet examen biologique est réalisé à partir de cellules embryonnaires in vitro, chez des couples ayant une forte probabilité d avoir un enfant atteint d une maladie génétique grave et incurable. Il y a encore une fois sélection des embryons, le but final de cet examen reste ambigu et, pose le problème de la définition du «normal». 104 Corrigés des exercices Séquence 3 SN13

Se pose également le problème du devenir des embryons in vitro surnuméraires (non transplantés). Parmi ces embryons on distingue deux groupes : d une part les embryons qui seront congelés afin de permettre d autres tentatives de transplantation, et d autre part, les embryons excédentaires. Ces derniers sont soit conservés (congélation), soit destinés à la recherche, ce qui n est pas sans soulever de questions d ordre éthique. Exercice 7 Questionnaire à Choix Multiples 1. Lors de la différenciation des voies génitales chez l homme : A : l AMH permet la différenciation des canaux de Wolff Faux : comme son nom l indique, l hormone anti-müllerienne provoque la dégénérescence des canaux de Müller. B : La testostérone permet la régression des canaux de Müller Faux : la testostérone n agit que sur les canaux de Wolff. C : Les canaux de Wolff formeront les canaux déférents. Vrai, les canaux déférents sont bien des voies sexuelles, issues de canaux de Wolff. D : les canaux de Müller formeront les uretères. Faux, les canaux de Müller disparaissent, les uretères sont des voies urinaires, elles se différencient à partir d autres canaux. 2. A propos de l interruption volontaire de grossesse : A : L IVG est autorisée en France depuis 1975. Vrai, l IVG a été légalisée par la loi Veil, du 17 juillet 1975. B : L IVG est possible 16 semaines après les dernières règles. Faux, à l origine, en 1975, les IVG n étaient pratiquées que jusqu à 12 semaines d aménorrhée, soit 10 semaines de grossesse. La loi Veil a été assouplie en 2001, le délai est passé à 14 semaines d aménorrhée. C : L interruption de grossesse pour des raisons médicales est possible pendant toute la durée de la grossesse. Vrai, c est ce que l on appelle une interruption thérapeutique ou médicale de grossesse. Bien entendu, elle n est proposée que dans des cas de malformation ou de maladies invalidantes dont la preuve a été apportée. D : La molécule de RU486 présente une région homologue à une région de la progestérone Vrai, c est comme cela qu elle peut se fixer sur les mêmes récepteurs. 3. Au cours d un cycle sexuel féminin, le pic de LH : A : est dû à une sensibilisation momentanée de certaines cellules hypophysaires à une dose élevée d œstradiol. Vrai, le pic de LH n a pas cette action s il n est pas précédé d une période d imprégnation aux œstrogènes. B : provoque la transformation d un follicule cavitaire en un follicule mûr. Faux, c est le travail effectué par la FSH. Corrigés des exercices Séquence 3 SN13 105

C : est dû à un rétrocontrôle négatif des œstrogènes sur la sécrétion hypophysaire. Faux, il s agit au contraire d un rétrocontrôle positif. D : précède l ovulation de quelques heures. Vrai, c est bien le signal déclenchant de l ovulation. E : a une action sur le cycle utérin : c est le signal déclenchant des menstruations. Faux, les règles sont dues à l effondrement du taux de progestérone, donc associé plutôt à des taux faibles de LH. 4. La pilule contragestive RU486 est composé d une molécule qui : A : accélère le passage de l œuf dans les trompes Faux, les hormones n ont aucune action sur la mobilité de l œuf. B : bloque la formation des tissus du fœtus Faux, elle n a pas d action dans l embryogénèse. C : se fixe sur les récepteurs à la progestérone des cellules cibles sans provoquer leur activation Vrai, c est un antagoniste D : peut être considérée comme une antihormone. Vrai, c est une autre façon de qualifier cette action qui bloque l activité de la progestérone. 5. Quelles propositions s appliquent au comportement reproducteur de nombreux mammifères non primates? A : il est corrélé aux concentrations plasmatiques de plusieurs hormones, dont les œstrogènes chez les femelles. Vrai, les mammifères ont un comportement reproducteur qui dépend des hormones sécrétées. B : il est habituellement contemporain chez les mâles de la période d ovulation chez la femelle. Vrai, les maxima d hormones sont les mêmes. C : il se manifeste en continu toute l année. Faux, la plupart des mammifères ont une période bien précise d accouplement, en général le printemps. D : les différentes manifestations de ce comportement ont pour finalité la reproduction. Vrai, les mammifères non hominidés n ont pas de comportement «érotique». E : chez le mâle, la testostérone stimule le comportement reproducteur. Vrai, la testostérone est la principale hormone du comportement sexuel mâle. 106 Corrigés des exercices Séquence 3 SN13