SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE
- Série S -
Polynésie française, juin 2001

Corrigés

Partie 1 (8 points)

Sujet

Régulation du taux des hormones sexuelles femelles

Chaque cycle sexuel est marqué par la fin de la maturation d’un follicule ovarien qui conduit à l’ovulation.
Expliquez comment la variation du taux des hormones ovariennes est responsable de ces deux étapes.
La réponse sera illustrée de schéma(s) fonctionnel(s)

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Avant de commencer
Montrer comment les rétroactions exercée par les oestrogènes sur l’ovaire, d’abord négative puis positive contrôlent l’axe hypothalamohypophysaire et conduisent à la décharge ovulante de LH.

Corrigé

Introduction
L’évolution cyclique de l’ovaire qui contrôle par ses hormones l’évolution des effecteurs au cours du cycle dépend de la sécrétion des gonadostimulines hypophysaires, FSH et LH. Mais cette sécrétion est elle même contrôlée en retour par les hormones ovariennes. Nous montrerons qu’au cours de la phase folliculaire du cycle, les hormones ovariennes contrôlent l’axe hypothalamohypophysaire par une rétroaction d’abord négative qui devient positive vers le milieu du cycle provoquant l’apparition de la décharge ovulante de LH qui déclenche l’ovulation.
Rétroaction négative
Au cours de la phase folliculaire du cycle, un follicule ovarien se développe. Les cellules sécrétrices d’œstrogènes se multiplient sous l’action des gonadostimulines hypophysaires FSH et LH et le taux sanguin des hormones ovariennes, principalement de l’œstradiol, augmente progressivement. Les œstrogènes, alors encore en faible concentration, freinent l'axe hypothalamohypophysaire aboutissant à de faibles variations de la concentration sanguine en gonadostimulines. C’est une rétroaction négative. Le schéma ci-dessous résume ce mécanisme de contrôle.

Toutefois, la rétroaction négative exercée par les œstrogènes n’est pas permanente. Elle s’inverse au dessus d’un seuil.
Rétroaction positive
En conséquence, lorsque la concentration en œstrogènes dépasse le seuil, l’activité de l’axe hypothalamohypophysaire augmente très rapidement et la sécrétion de FSH et LH augmente ce qui produit un autorenforcement du système par la stimulation des cellules folliculaires qui en résulte. Ceci aboutit à une accélération de la maturation du follicule et une amplification considérable de la production des gonadostimulines et des oestrogènes. On parle de rétroaction positive. Le schéma ci-dessous résume ce mécanisme.
L’ovulation
Le follicule est alors mûr pour l’ovulation. Il a atteint sa taille maximale, est rempli d’une cavité de grande taille et est entouré des cellules de la granulosa et des thèques. C’est le pic de LH qui déclenche l’ovulation, c’est à dire la rupture du follicule et la libération de l’ovocyte ce qui lui vaut le nom de décharge ovulante. En même temps, il déclenche la reprise de méiose de l’ovocyte.
L'ovulation sera suivie de la formation du corps jaune à partir des restes du follicule.
Conclusion
Ainsi, si la maturation folliculaire et l’ovulation résultent de l’action des gonadostimulines, c’est le taux des hormones ovariennes qui contrôle l’activité de l’axe hypothalamohypophysaire et donc la sécrétion des gonadostimulines.


Partie 2 (7 points)

Sujet

Mécanismes de l’immunité

À l’aide de l’exploitation rigoureuse des documents et de vos connaissances, expliquez les mécanismes qui permettent à l’organisme d’assurer une réponse immunitaire à médiation cellulaire conduisant à l’élimination de cellules infectées par un virus.

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Avant de commencer
Utiliser les documents pour identifier d’une part la double reconnaissance entre cellule présentatrice d’antigène et lymphocytes T (phase d’induction) et d’autre part l’action des lymphocytes T cytotoxiques (phase effectrice). Compléter les mécanismes qui conduisent de la phase d’induction à la phase effectrice par vos connaissances.

Corrigé

Introduction
L'immunité à médiation cellulaire, dont les effecteurs sont des lymphocytes T cytotoxiques (LTc), est mise en jeu lorsque le système immunitaire détecte du soi modifié à la surface des cellules notamment lorsqu'elles sont infectées par un virus. Les LTc qui sont alors formés détruisent les cellules cibles de façon étroitement spécifique. Les documents proposés illustrent certains des mécanismes mis en jeu lors de cette réponse et nous devrons faire appel à nos connaissances pour en compléter l’explication.
Phase d’induction
Une réaction immunitaire spécifique se déclenche lorsqu’une cellule spécialisée reconnaît un antigène et s’y lie par l’intermédiaire d’un récepteur spécifique. Cette reconnaissance s’effectue entre des cellules phagocytaires, les cellules présentatrices d’antigène (CPA) et des lymphocytes T (LT). Les LT sont des cellules munies de récepteurs T. Le document 1 illustre le mécanisme de double reconnaissance entre LT et CPA à l’origine de la réponse immunitaire. La CPA exprime l’antigène viral associé à une molécule du CMH. Seuls les LT munis du récepteur T capable de reconnaître simultanément CMH et antigène viral peuvent se lier au complexe CMH-antigène. Ils sont alors activés tandis que la CPA émet des messagers chimiques (cytokines) qui activent leur prolifération
Phase d’amplification
Deux types de LT peuvent se lier aux CPA. Les LT4 sont des lymphocytes auxiliaires sécréteurs de cytokines. Par leurs cytokines, ils activent les cellules effectrices, les LT8 ou lymphocytes cytotoxiques (LTc) aptes à détruire les cellules cibles. Si le mécanisme de double reconnaissance est similaire pour les deux catégories de lymphocytes, ils diffèrent par la présence d’un marqueur membranaire différent associé au récepteur T, le marqueur CD4 chez les LT4 et le marqueur CD8 chez les LT8. Au cours de cette phase, les LTc capables de reconnaître l’antigène viral se multiplient sous l’action des messagers chimiques émis par les LT4 formant un clone de cellules cytotoxiques, les cellules effectrices.
Phase effectrice
Le document 2 illustre les mécanismes mis en jeu lors de la phase effectrice. Lorsqu’un LTc reconnaît l’antigène viral à la surface d’une cellule infectée, il se lie avec elle, les membranes plasmiques entrant en contact comme le montre le cliché du document 2a. Le document 2b précise les mécanismes moléculaires déclenchés par la reconnaissance de l’antigène. À la suite du contact, le LTc produit des vésicules de sécrétion contenant une protéine, la perforine. L’exocytose de ces vésicules libère les molécules de perforine au contact de la cellule cible. La perforine s’intègre alors à la membrane de la cellule cible constituant des pores membranaires aboutissant à sa cytolyse.
Conclusion
Une réaction immunitaire spécifique est induite lorsqu’un antigène est détecté par une cellule immunocompétente portant un récepteur spécifique. Dans le cas de cellules infectées par un virus, après une phase d’amplification il se forme un clone de cellules effectrices, les LTc qui détruisent les cellules cibles par cytolyse.


Partie 3 (enseignement obligatoire, 5 points)

Sujet

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants

Les Bronthoridés sont des ongulés fossiles ayant vécu en Amérique du Nord au Tertiaire, de l’Éocène à l’Oligocène, parallèlement aux Équidés. Les paléontologues disposent de divers restes fossiles qui ont permis d’élaborer des reconstitutions de ces animaux.
À partir de l’analyse rigoureuse des documents et de leur mise en relation, montrez sur quels arguments les paléontologues ont pu s’appuyer pour affirmer que les Bronthoridés forment une lignée évolutive.

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Avant de commencer
Une lignée évolutive possède des caractéristiques communes héritée d’un ancêtre commun et plus ou moins modifiées chez les descendants. Il faut donc identifier ces caractéristiques dans les documents.

Corrigé

Introduction
On appelle lignée évolutive un ensemble d’espèces descendant les une des autres qui se sont succédé au cours des temps géologiques. Des caractéristiques identifiables issues d’un ancêtre commun se transmettent au sein d’une lignée évolutive. L’examen des restes fossiles des vertébrés constitués par les parties dures (squelette et dents) permet de reconnaître ces caractéristiques communes, comme par exemple chez les Bronthoridés, ongulés fossiles de l’ère tertiaire aujourd’hui disparus et de reconstituer leur morphologie.
Document 4
Le document 4 montre que les Bronthoridés ont été regroupés au sein d’une seule lignée, notamment par les caractéristiques de leur squelette. Celui-ci présente le même aspect général chez des espèces identifiées à des périodes successives de l’ère tertiaire. Eotitanops, un des plus anciens représentants, présentait déjà l’aspect général du squelette avec la position caractéristique des membres observée chez tous les représentants et la même structure du crâne même si cette dernière se complique quelque peu au cours du temps. Une même colonne vertébrale munie d’une crête est identifiable dès Limnohyos priscus (- 50 Ma) et se retrouve un peu plus développée 20 Ma plus tard chez Brontotherium platyceras, dernier représentant de la lignée disparu à la fin de l’Oligocène inférieur.
Document 2
L’examen plus détaillé du membre antérieur de trois espèces présentes de – 33 Ma à – 55 Ma confirme la parenté de ces espèces car il montre une remarquable stabilité de sa structure. Les éléments squelettiques constituant les « mains » sont les mêmes à l’exception d’une phalange supplémentaire apparue au doigt 1 il y a 50 Ma avec Limnohyops et de leur raccourcissement et épaississement relatifs au cours du temps. Ceci est à mettre en rapport avec l’augmentation de taille constatée dans la lignée (document 1).
Document 3
Le document 3 apporte un argument supplémentaire à la réunion dans une même lignée des espèces considérées. On constate en effet que la structure d’une demi mâchoire et celle des dents sont globalement les mêmes chez deux Bronthoridés. En effet, chaque demi mâchoire porte sept dents de dimensions croissantes construites sur le même plan avec crêtes et tubercules dentaires comparables. Les variations observées sont minimes entre les deux espèces et concernent la taille des dents et les détails de leur ornementation. On en déduit que comme le squelette, les dents et la mâchoire constituent un caractère transmis dans cette lignée.
L’ensemble des caractères anatomiques identifiables chez les fossiles a conduit aux reconstitutions du document 1.
Document 1
Le document 1 présente les espèces de Bronthoridés qui se sont succédé pendant 25 Ma au Tertiaire. La lignée a été présente de l’Éocène à l’Oligocène et montre au cours du temps une tendance à l’augmentation de la taille aboutissant à des animaux massifs comme Brontotherium platyceras à la fin de l’Oligocène inférieur il y a 30 Ma alors que l’ancêtre commun présent à l’Éocène inférieur il y a 55 Ma, Lamdotherium, était un petit animal. Une telle augmentation de taille n’est pas rare dans les lignées évolutives. Le document montre également que si les représentants des Bronthoridés de l’Éocène étaient dépourvus de cornes, celles-ci sont apparues dans la lignée au début de l’Oligocène inférieur avec B. leidyi.
Conclusion
L’ensemble des documents présentés montre que les Bronthoridés présentent des caractéristiques communes déjà présentes chez les premiers représentants même si la taille a augmenté au cours du temps. La morphologie générale reconstituée par l’examen du squelette, la structure du squelette des membres, de la colonne vertébrale, du crâne, de la mâchoire et les dents obéit au même plan. Des variations sont apparues au cours du temps (taille globale, crête vertébrale, cornes) mais le plan général est resté. Ces observations montrent que les Bronthoridés constituent une lignée évolutive qui descend d’un ancêtre commun présent à l’Éocène inférieur, Lamdotherium et qu’ils ont disparu à la fin de l’Oligocène inférieur avec B. platyceras.


Partie 3 (enseignement de spécialité, 5 points)

Sujet

Évolution humaine et environnement

On se propose de reconstituer les conditions climatiques dans lesquelles l’Homme a évolué au cours du Quaternaire.
Exploiter les documents pour reconstituer l’évolution probable du climat dans l’Est de la France au cours de la période du Quaternaire considérée.

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Avant de commencer
Les données paléontologiques couvrent la plus longue période (document 2). Les données géologiques (document 3) et polliniques (document 1) permettent d’apporter des précisions sur des périodes plus courtes.

Introduction
On reconstitue l’évolution des climats au cours des temps géologiques en exploitant des données de diverses origines. Nous essayerons ainsi de reconstituer l’évolution du climat de – 360 000 ans à l’actuel, période terminale de l’ère Quaternaire, en utilisant des données paléontologiques, géologiques et polliniques. Le document 2 va nous permettre d’esquisser les grands traits de l’évolution climatique sur l’ensemble de la période. Le document 3 nous permettra de préciser certains événements des 100 000 dernières années tandis que le document 1 concerne les 10 000 dernières années. On peut noter qu’au cours de cette période plusieurs hominidés ont laissé des traces fossiles en Europe comme Homo erectus, H. sapiens neanderthalensis, H. sapiens sapiens.
Document 2
Le document 2 présente des fossiles de mammifères découverts près de Strasbourg dans des terrains quaternaires constitués principalement de lœss qui s’est déposé de – 360 000 à l’actuel avec d’autres dépôts notamment d’origine fluviatile (limons). Le lœss est constitué de particules minérales très fines transportées par le vent notamment dans les steppes périglaciaires. La succession de faunes de climats froids et de climats tempérés et chauds pendant cette période reflète les changements climatiques. De – 360 000 à – 300 000 ans, dans le lœss ancien inférieur, on observe des fossiles qui témoignent d’une faune de mammifères de climats tempérés et chauds, rhinocéros de Merck, cerf, sanglier. Le climat était donc tempéré à chaud. Toutefois, à la fin de la période, l’apparition de Elephas trogontherii animal de climat froid montre que le climat a dû se refroidir. En effet, de – 300 000 à – 120 000 ans, c’est une faune de climats froids qui est présente avec le mammouth et E. trogontherii. Un bref intermède de réchauffement se produit durant les 20 000 années suivantes avec un foisonnement d’espèces de climats tempérés et chauds puisque toutes les espèces indicatrices de ces climats sont présentes. Le froid revient vers – 100 000 ans à la limite lœss ancien moyen et lœss ancien supérieur avec de nouveau le mammouth, E. trogontherii et l’apparition du renne. Il persiste ensuite jusqu’à – 10 000 où le retour de l’auroch du cerf et du sanglier témoigne de l’installation d’un climat chaud ou tempéré tel le climat actuel.
Document 3
Le document 3 permet de préciser par des indices géologiques l’avancement des glaciers au cours de la période – 100 000 à  - 10 000 ans. Le profil géologique tracé le long du flanc ouest des Vosges montre que les glaciers se sont avancés jusqu’à une altitude de quelque 600 m, alors que l’on n’en trouve aujourd’hui qu’à une altitude beaucoup plus élevée sous notre climat. Les glaciers ont dû descendre du Hohneck d’est en ouest compte tenu de son altitude (1 362 m). Ceci s’est produit à deux reprises une fois jusqu’à 7,5 km, une autre fois jusqu’à 15 km. Ces données confirment les informations apportées par les fossiles de mammifères. Le Würm, de – 100 000 à – 10 000 était une époque glaciaire.
Document 1
Le diagramme pollinique permet de préciser l’évolution du climat pendant les 10 000 dernières années dans les Vosges dont les informations du document 1 montrent qu’il s’agissait d’une période chaude à tempérée. En effet, l’abondance relative des pollens d’arbres aux exigences climatiques différentes est, comme celle de fossiles d’animaux, indicatrice des climats passés. À Sewen, on observe que de – 10 000 à – 9 000 ans les bouleaux d’abord les plus abondants ont été remplacés progressivement par des pins dont la fourchette de tolérance thermique est de 1 °C plus élevée, indiquant un léger réchauffement. Puis, vers – 7 700,  ans l’apparition successive du noisetier et du chêne dont le minimum thermique est supérieur de 3 °C à celui du pin et le maximum supérieur de 2 °C indique un réchauffement qui a duré jusqu’à environ – 2 000 ans. Leur diminution puis l’augmentation du hêtre à partir d’environ – 2 000 ans jusqu’à l’actuel indique un léger refroidissement correspondant au climat tempéré actuel puisque les pollens actuels présentent les mêmes proportions.
Conclusion
De – 360 000 ans jusqu’à l’actuel, le climat a changé à plusieurs reprises. Des périodes tempérées ou chaudes attestées par les faunes de mammifères ont alterné avec des périodes froides. Entre – 100 000 et – 10 000, l’avancée des glaciers et la présence de mammifères de climats froids témoignent d’une période glaciaire. De – 10  000 jusqu’à l’actuel, le climat s’est progressivement réchauffé comme le montrent les faunes et les pollens, ces derniers indicateurs permettant de préciser que la période la plus chaude s’est produite de – 5 800 à – 2 000 ans avant que ne s’installe le climat actuel.