Partie 1 : v Synthèse (durée estimée 30 mn) TS. DS Lignée humaine/plante et vie fixée. Après avoir présenté les critères d appartenance à la lignée humaine, vous justifierez l appartenance du fossile présenté ci-dessous à cette lignée. PLAN : partie 1 ; Partie 2. Mots clefs : lignée humaine, critères d appartenance Introduction : La lignée humaine : les homininés, rassemble les espèces (toutes fossiles) qui - définition des mots clefs partagent avec l Homme actuel (Homo sapiens) des caractères dérivés (critères d appartenance) qui lui sont propres. elle comporte 2 genres : Australo et Homo Ils ont été établis par comparaison avec le chimpanzé, notre plus proche parent, - Pb posé dont notre lignée s est séparée il y a 7, 10 MA. On se demande quels sont les critères définissant la lignée humaine et comment - plan justifier l appartenance de «l adolescent du Turkana» à cette lignée. Dans un premier temps nous verrons comment on defini l appartenance à la 1 : Appartenir à la lignée humaine. lignée humaine, puis nous établirons cette appartenance pour le fossile étudié. L appartenance à la lignée humaine est défini par la possession d au moins un critère sur les 4 qui caractérise l Homme moderne. a) Un volume crânien élevé, > à celui d un chimpanzé (350 cm3), au delà de 600 cm3, on défini une appartenance au genre Homo. b) Une réduction de la face, marquée par : - Une augmentation de l angle facial (homo sapiens = 90 ) - Une mâchoire parabolique (en V) - Des canines réduites c) Les indices d une bipédie permanente : - Trou occipital avancé - Colonne vertébrale à 4 courbures - Bassin large et court - Fémurs convergents - Pieds avec pouce aligné (non opposable) et voute plantaire. d) Traces de cultures - Outils - Art - Rites funéraires. Volume crânien 800cm 3 Trou occipital Avancé Ce fossile, découvert en 1985 sur les bords du lac Turkana, relativement complet est appelé "l'adolescent de Turkana". Il est daté de 1,6 MA et est identifié comme un représentant de l espèce Homo érectus.
2 :L adolescent de Turkana appartient-il à la lignée humaine. Conclusion Ce fossile présente : - un volume crânien > 350 cm3 (800cm3) donc son Volume crânien le place dans la lignée humaine (>600cm3 = Homo) - Une mâchoire en V et des canines réduites. L angle facial est difficile à mesurer mais on peut voir qu il est > à celui d un chimpanzé, la face est moins projetée vers l avant. Ainsi on peut démontrer l existence d une nette réduction de la face. - le trou occipital est avancé, les membres sup. < aux membres inf., le bassin court et large, les fémurs convergents. Tout cela témoigne d une bipédie permanente Ce fossile rassemble 3 des 4 critères d appartenance à la lignée humaine, c est un homininé. Il appartient au genre Homo. v QCM : (durée estimée 10 mn) Répondre au QCM en cochant la bonne réponse (mais attention point négatif -0,25) 1- La plante fixée : Ne possède aucun moyen de défense contre les variations climatiques Ne peut jamais se défendre contre les prédateurs þ Peut se reproduire avec une autre plante de la même espèce Peut disperser sa descendance sous forme de pollen («gamète») 2- La racine : Contient uniquement des vaisseaux du xylème (+ phloème) Ne contient pas de sève élaborée Permet l'absorption de matière organique à partir du sol þ Permet l'absorption d'eau et d'ions à partir du sol 3- La fleur : þ A une organisation contrôlée par des gènes de développement Produit du pollen au niveau du pistil (femelle) Attire toujours des insectes pollinisateurs (pollinisation par le vent) Se transforme en graine après fécondation (fruit) 4- Le pollen correspond au gamète femelle (mâle) est toujours transporté par les insectes (pollinisation par le vent) représente l embryon de la future graine þ est produit par les étamines 5- En relation avec la vie fixée, les plantes ont développé un système aérien permettant des échanges d ions, d eau et de gaz avec l air un système racinaire permettant des échanges de CO2 avec le sol þ un système aérien et un système souterrain pouvant échanger de la matière par un système vasculaire un système racinaire permettant des échanges d eau avec l atmosphère 6- La collaboration animal- plante s exerce lors de la pollinisation et de la fécondation s exerce exclusivement lors de la pollinisation s exerce lors de la pollinisation et de la dispersion des gamètes þ s exerce lors de la pollinisation et de la dispersion des graines 7- La technique d hybridation consiste à croiser 2 individus afin d obtenir des homozygotes permet d obtenir des variétés nouvelles qui cumulent les caractéristiques des 2 parents est la seule technique permettant de modifier le patrimoine génétique d une plante þ consiste à croiser toujours 2 individus d espèce différente
8- Le fruit contient une quantité variable d ovules se forme seulement à partir de l ovule (+ ovaire) se forme avant la pollinisation þ contient une quantité variable de graines 9- La transgénèse consiste à :! obtenir des organismes génétiquement modifiés en les soumettant à des agents mutagènes,! à croiser deux individus d espèces différentes,! þ à introduire dans le génome de la plante un ou plusieurs gènes provenant d une autre espèce à obtenir des organismes génétiquement modifiés après de multiples croisements. 10- La sélection exercée par l Homme sur les plantes cultivées est un processus : qui a commencé avec la découverte des gènes, exclusivement basé sur les techniques de mutagénèse et de transgénèse. þ réalisé au départ à partir d espèces sauvages, permettant de sélectionner uniquement de façon empirique des caractéristiques semblables aux plantes sauvages, Partie 2 : exercices 2.1 v EXERCICE 1 : la lignée humaine, phylogénie de 3 espèces fossiles. (Durée estimée 15 mn) Tableau de comparaison des caractères des 3 homininés étudiés (caractères primitifs, caractères dérivés) 1 2 3 4 L'arbre présenté dans le document illustre une phylogénie possible pour trois représentants de la lignée humaine. Questions : A l'aide des données du tableau : - justifiez la phylogénie proposée, - complétez l'arbre en y plaçant les différentes innovations évolutives document : arbre phylogénétique de trois Homininés u à v w à x à On cherche à justifier la phylogénie proposée pour 3 homininés et à placer les innovations évolutives. La phylogénie proposée suggère que H.e et P.r partagent l ancêtre commun le plus récent (ils ont le lien de parenté le plus étroit), et A.a partage avec les 2 précédents un ancêtre commun plus ancien. La phylogénie est basée sur la comparaison des caractères dérivés partagés Nous voyons que H.E et P.r partagent les plus de caractères dérivés (3 -> Canines réduites, Première phalange droite et émail des dents épais), or nous savons que plus le nombre de caractères dérivés est important plus le lien de parenté est étroit, plus l ancêtre commun est récent, ainsi ce sont H.e et P.r qui partage l ancêtre commun le plus récent, ce qui vérifie la phylogénie proposée dans l arbre proposé.
v EXERCICE 2 : Les plantes cultivées : Obtention d'une nouvelle espèce, Raphanobrassica (durée estimée 15 mn) L'Homme est capable d'agir sur le génome des plantes cultivées et d'intervenir sur la biodiversité. Document 1 : obtention d'un hybride (Informations) En 1928, Karpechenko, botaniste russe, a pu produire pour la première fois une nouvelle espèce végétale polyploïde expérimentale. Il a réalisé des croisements entre le chou commun Brassica oleracea et le radis Raphanus sativus. (espèces = hybridation) Son objectif était d'obtenir une espèce présentant des racines de radis et des feuilles de chou. Brassica et Raphanus ont le même nombre de chromosomes (2n=18) et sont phylogénétiquement proches. La fusion des gamètes (9 chromosomes de chou et 9 chromosomes de radis) conduit à un nouvel organisme hybride diploïde stérile car les chromosomes des deux lots ne sont pas homologues. Document 2 : un exemple de polyploïdie Cet hybride a subi un doublement de son stock chromosomique : une duplication chromosomique (4n=36) permettant à chaque chromosome d'avoir un homologue. L'individu produit est devenu fertile. Raphanobrassica résulte de l'assemblage de deux génomes distincts et d'une duplication chromosomique. R : chromosomes de Raphanus sativus B : chromosomes de Brassica oleracea Malheureusement, Raphanobrassica présente des racines de choux et des feuilles de radis. QCM : Cocher la réponse exacte pour chaque proposition. 1. Raphanobrassica est une variété de chou þ une nouvelle plante fertile une nouvelle plante stérile une variété de radis 2. Les processus génétiques qui ont conduit à l'obtention de Raphanobrassica sont une duplication chromosomique chez le radis et le chou, suivie d'une hybridation þ une hybridation entre deux espèces suivie d'une duplication chromosomique deux duplications successives chez deux espèces possédant 9 chromosomes chacune, suivies d'une hybridation deux hybridations successives entre deux espèces diploïdes à 36 chromosomes 3. L'hybridation entre le radis et le chou a été possible car þ ce sont deux espèces qui sont proches phylogénétiquement ces deux espèces sont génétiquement identiques les 9 chromosomes du radis sont homologues aux 9 chromosomes du chou chacune des espèces diploïdes possède 9 chromosomes 4. Raphanobrassica n'est pas cultivée aujourd'hui car c'est une espèce transgénique þ elle possède un phénotype différent de celui recherché elle possède des racines de radis elle possède des feuilles de chou
Partie 3 : Exercice 2.2 : La Pollinisation de la tomate (durée estimée 45mn) La fécondation chez les angiospermes dépend souvent d'une collaboration avec un animal pollinisateur. Dans le cas de la tomate cultivée en serre, 3 espèces interagissent : l'homme, le bourdon et la tomate À partir de l'exploitation des documents et des connaissances, préciser les interactions entre bourdon, Homme et tomate dans le cadre de la pollinisation de la tomate cultivée en serre et les conséquences de ces interactions pour chacun des partenaires. PB Document 1 : photo et schéma en coupe de la fleur de tomate Document 2 : la pollinisation de la fleur de tomate - La fleur de la tomate est autofertile (le pollen peut féconder les ovules de la même fleur) et dirigée vers le bas. - La fleur ne produit pas de nectar - Les étamines sont soudées et forment un tube fermé autour du pistil. Le tube comporte des ouvertures longitudinales internes. Le stigmate se trouve en général dans le tube formé par les étamines. - Les mouvements de la fleur font tomber le pollen des étamines sur le stigmate et hors de la fleur. Ces premiers documents nous informent sur la fleur de tomate. Nous voyons : - que c est une fleur hermaphrodite, elle possède des pièces mâles (étamines) et femelles (pistil) - que les étamines sont soudées, forment un tube autour du pistil et sont munies de fentes qui permettent la sortie du pollen à la faveur de mouvements de la fleur - que ce pollen peut tomber sur le pistil de la fleur ce qui permet une autofécondation : la fleur est autofertile. Nous savons que la fleur est organisée en 4 verticilles : - 2 de pièces stériles (sépales et pétales) - 2 de pièces fertiles (androcée = étamines et gynécée = pistil) cette organisation permet la pollinisation de la fleur et ainsi la fécondation des ovules contenus dans l ovaire et la formation des fruits : les tomates. Donc pour produire des tomates la fleur doit être fécondée et elle présente des adaptations dans ce but. Ici la fleur est autofertile, l autofécondation est favorisée par une organisation particulière de l androcée qui entoure le pistil favorisant le dépôt du pollen, contenant les gamètes mâles sur le stigmate. L absence de nectar, (adaptation pour attirer les insectes) indique que cette fleur n a, à priori, pas besoin de l intervention de pollinisateurs pour se reproduire à mouvements provoqués par le vent??? Mais ici nous considérons la reproduction dans une serre à pas de vent!!!
Document 3 : bourdon terrestre en train de faire vibrer une fleur de tomate pour en extraire le pollen Les bourdons se nourrissent du nectar des fleurs et récoltent le pollen pour nourrir les larves. Pour récolter le pollen, les bourdons font bouger les fleurs de tomates de façon particulièrement efficace : ils se suspendent à la fleur, leurs pièces buccales* accrochées aux étamines, puis font vibrer la fleur en activant leurs muscles du vol. Une partie du pollen qui sort des étamines tombe sur le stigmate : ce type de pollinisation est appelée pollinisation vibratile. *pièces buccales : petits organes qui entourent la bouche qui servent à manger. Les insectes (le bourdon) semblent cependant aider à la pollinisation de la fleur en provoquant des mouvements efficaces qui font tomber le pollen sur le stigmate. Les bourdons viennent récolter le pollen pour leurs larves. Les fleurs se sont adaptées à aux contraintes de la vie fixée, notamment pour leur reproduction. Bien qu autofertile la fleur de tomate bénéficie de l aide du bourdon, qui, lui, récupère le pollen : c est une coévolution entre la plante qui potentialise sa reproduction et le bourdon qui trouve de la nourriture. Document 4 : conseils aux maraîchers, donnés par une société commercialisant des ruches de bourdon Les empreintes laissées par les pièces buccales des bourdons sur les fleurs (marques de morsures) changent de couleur et deviennent brunes en l'espace d'une à quatre heures. Elles permettent de contrôler la pollinisation et le travail des bourdons. Une seule visite par un bourdon suffit pour assurer une pollinisation efficace d'une fleur de tomate. - Chaque fleur s'ouvre, puis se referme au bout d'un à trois jours suivant les conditions météorologiques. La pollinisation doit être assurée avant que la fleur ne se referme. - Afin de vérifier que la pollinisation a eu lieu, il faut récolter environ 20 fleurs refermées à différents endroits de la serre et observer s'il y a des empreintes laissées par les pièces buccales des bourdons. - Quand toutes les fleurs refermées sont marquées par les bourdons, on constate qu'elles se transforment toutes en fruits, formant des grappes complètes. Quand moins de 90% des fleurs sont marquées, les grappes de tomates sont incomplètes. Si seulement 80% des fleurs portent des marques de morsure, on doit ajouter une nouvelle ruche Les maraîchers peuvent contrôler l action pollinisatrice des bourdons grâce aux marques de morsures. Si les bourdons n interviennent pas, il semble que la fleur ne soit pas fécondée (ou peu) L Homme peut ainsi réguler le taux de fécondation à obtention de fruits en contrôlant la population de bourdons et l augmenter si besoin. Je sais que la pollinisation (dépôt du pollen sur le stigmate) est indispensable à la fécondation (le grain de pollen germe et conduit les gamètes mâles, grâce au tube pollinique jusqu aux ovules, dans l ovaire). Suite à la fécondation, l ovaire se transforme en fruit. Le maraîcher doit donc au maximum favoriser les fécondations (pollinisation efficaces) pour obtenir un maximum de fruits. Sous serre l absence de vent rend l autopollinisation de la tomate aléatoire, il a donc besoin de l intervention des bourdons qui pollinisent efficacement les tomates. L Homme utilise cette coadaptation plante/insecte à son profit et va donc contrôler qu il y a assez de bourdons pour assurer une pollinisation optimale
Mise en relation. L Homme cultive les plants de tomates pour obtenir des fruits, il a donc intérêt à favoriser les fécondations (ovaire fécondéà fruit) et donc la pollinisation de ces tomates. (doc 4). Mais la tomate est une fleur autofertile adaptée à une autopollinisation grâce aux mouvements de sa fleur (doc1 2) (vent?), dans le milieu protégé d une serre cette autofécondation s avère peu efficace (doc4) sans l intervention des bourdons qui en venant récolter le pollen pour leurs larves, provoquent des mouvements efficaces qui favorisent la chute du pollen des étamines soudées sur le pistil (pollinisation vibratile). (doc3). Ainsi il existe un bénéfice réciproque pour la plante qui potentialise sa reproduction et l insecte qui se nourri. L homme utilise cette coévolution en favorisant la présence des bourdons dans les serres, ils vont compenser l absence de vent et polliniser activement les fleurs ce qui va se traduire par une production optimale de fruits. (doc4) En savoir plus : http://www.koppert.fr/pollinisation/pollinisation-naturelle/pourquoi-utilise-ton-des-bourdons/