dimanche 2 avril 2017

Une correction possible de la question IIb spé du bac blanc n°2

La photosynthèse est une des fonctions essentielles permettant aux plantes vertes de vivre. Empêcher la photosynthèse peut être un des moyens permettant de se débarrasser de végétaux qu'on appelle communément les mauvaises herbes. Nous allons étudier le mode d'action d'un herbicide naturel provenant de champignons, la tentoxine.

La chlorophylle au sens large, dite chlorophylle brute, est un mélange de trois groupes de pigments (doc 3) : la chlorophylle a, la chlorophylle b et les caroténoïdes (ß-carotène et xanthophylles). 
La chlorophylle intervient au niveau de la photosynthèse pour capter l'énergie lumineuse essentiellement au niveau des longueurs d'onde du rouge (autour de 650-700 nm) et du bleu (entre 400 et 450 nm). L'absorption des radiations correspondant à ces longueurs d'ondes permet d'expliquer qu'une feuille d'un végétal chlorophyllien nous apparaît verte (doc 2). 
La tentoxine détruit la chlorophylle. Les thylakoïdes des chloroplastes ne vont donc plus contenir que des caroténoïdes. L'absorption maximale des caroténoïdes se fait pour les radiations correspondant à des longueurs d'onde entre 450 et 550 nm (dans le bleu, doc 3). Cette absorption correspond à une couleur diffusée, jaune-orangée. Les feuilles se mettent donc à jaunir : c'est une chlorose.

Le rôle de la chlorophylle dans la photosynthèse est de convertir l'énergie solaire en énergie chimique. Pendant la première partie de la photosynthèse, dite phase photochimique, l'énergie photonique, transmise par la chlorophylle, est stockée sous forme d'ATP, intermédaire métabolique obligatoire dans toutes les réactions biochimiques.
Cette réaction se fait au niveau des thylakoïdes des chloroplastes, or le doc 1 nous indique que la tentoxine empêche la synthèse d'ATP.
Or les ATP fabriqués pendant la phase photochimique ont un rôle vital dans la seconde phase de la photosynthèse, phase de fixation du CO2 nécessaire à l'élaboration des glucides. Arnon (doc 3) a montré que la fixation de CO2 ne pouvait se faire qu'en présence de lumière ou en présence de RH2 et ATP. Or même en présence de lumière, il n'y a pas de fixation de CO2 si les thylakoïdes ont subi l'effet de la tentoxine. Cela signifie que la tentoxine en empêchant la synthèse d'ATP bloque le cycle de Calvin et ne permet pas au CO2 d'intégrer cette voie métabolique. Le cycle de Calvin bloqué, la plante ne peut plus élaborer de matière organique.

En bloquant le cycle de Calvin et en détruisant la chlorophylle, la tentoxine empêche la plante de fabriquer de la matière organique, ce qui va provoquer, à brève échéance, la mort du végétal.

Une correction possible de la question IIb non spé SVT du bac blanc n°2

On connait deux types de population de tétra mexicain, une population possédant des yeux et vivant en surface et une population cavernicole constituée d'individus anophtalmes. La population de surface appartient à l'espèce Astyanax mexicanus. Le première question que l'on se pose est de savoir si la population souterraine fait aussi partie de la même espèce.

Deux croisements sont proposés (doc 2) :
un croisement 1 entre deux poissons cavernicoles mais ne provenant pas de la même grotte
un croisement 2 entre un poisson de surface et un poisson provenant d'une des deux grottes.
Intéressons-nous d'abord au croisement n° 2.
Ce croisement donne naissance à des alevins viables et fertiles, c'est à dire pouvant eux-mêmes engendrer des descendants. Ce résultat correspond au critère d'interfécondité entre deux individus tel que Buffon a défini l'espèce au XVIIIème siècle. Cependant, on connait des croisements interspécifiques donnant des individus viables et fertiles comme c'est le cas pour le Pizzly, hybride entre un ours brun et un ours blanc. Ce seul croisement est donc insuffisant pour être sûr que les deux types de poissons sont des variétés d'une même espèce.
Le croisement 1 a lieu entre deux individus cavernicoles mais provenant de grottes différentes. Pour analyser ce croisement, il faut, cependant, faire une supposition, c'est que les deux grottes n'ont pas de communications entre elles, sinon la démonstration tombe d'elle-même.
L'isolement géographique entre les deux poissons cavernicoles et le fait qu'ils soient interféconds permet de dire qu'ils descendent chacun d'une même souche ancestrale aérienne d'Astyanax mexicanus. Malgré la divergence d'évolution qui peut être due à l'adaptation des deux populations aux différences de conditions physico-chimiques régnant peut-être dans les deux grottes, la persistance de  l'interfécondité entre les deux poissons cavernicoles et entre un des poissons cavernicoles et un poisson de surface, permet de penser que les trois populations font partie de la même espèce. Cette affirmation est étayé par la grande ressemblance morphologique entre les deux types de population (doc 3a).

Ce problème résolu, intéressons-nous maintenant à l'absence d'yeux et à son origine.

Les gènes du développement sont des gènes homéotiques intervenant dans le plan d'organisation des être vivants. Dans le cadre de cette étude, les gènes du développement qui interviennent sur le développement de l'œil chez Astyanax mexicanus sont dlx3b, shh et pax2a (doc 1, expérience 1).
Pendant les premiers stades de développement de l'œil, l'évolution morphologique est la même chez un individu de surface et chez un individu cavernicole (doc 3b). C'est au stade 24 h que le divergence se fait jour. Chez les poissons souterrains, l'œil arrête de se développer. Pour autant, il ne disparait pas complètement. Chez un individu adulte de 3 mois, il existe encore d'importants restes de la structure oculaire. En revanche, part rapport à un individu vivant en surface, les territoires entourant le globe oculaire se sont développés et ont recouvert complètement l'œil. Si on injecte de l'ARNm produit par le gène shh à un poisson vivant en surface, on constate que l'œil semble recouvert par la peau (doc 1, expérience 2). C'est donc un excès de production de protéine Sonic Hedgehog induite par une augmentation artificielle de l'ARNm qui entraîne l'apparition d'une morphologie comparable à un poisson cavernicole, chez un poisson de surface.
On peut donc supposer que la modification morphologique subit par les poissons cavernicoles est due à une modification d'expression du gène shh, alors que l'expression des gènes dlx3b et pax2a est la même chez les deux populations.

Comme il n'est pas fait mention dans les documents proposés de mutations ayant touché le gène shh, on peut supposer que la modification a touché la séquence régulatrice induisant la quantité de protéine Sonic Hedgehog fabriquée.

Une correction possible des exercices I et IIa du bac blanc n° 2

Exercice I. Question de synthèse

L'eau est un des facteurs essentiels de la mise en place de la lithosphère continentale. Elle intervient dans de nombreux phénomènes. Nous nous intéresserons à son intervention dans la mise en place de nouveaux matériaux continentaux dans les zones de subduction puis à son rôle dans le recyclage de ces mêmes matériaux lors des phénomènes de disparition des chaînes de montagne

A. La production de nouveaux matériaux continentaux dans les zones de subduction

C'est au niveau d'une dorsale océanique que se met en place la lithosphère océanique, notamment le gabbro qui constitue la couche inférieure de la croûte. Très vite ce gabbro subit une hydratation due à la circulation de l'eau dans les fissures du matériaux. Ce gabbro subit donc un métamorphisme à basse pression et basse température : on parle alors de métagabbro caractérisé par des minéraux donnant une couleur verte à la roche comme la chlorite ou la hornblende. On parle de métagabbro de faciès schiste vert. Tout au long du déplacement de la plaque, celle-ci se charge en eau. 
Les conditions changent au niveau de la zone de subduction. En s'enfonçant dans l'asthénosphère, la plaque subit une augmentation de pression et de température. Commence alors un nouveau processus de métamorphisme : du faciès schiste vert, on passe au faciès schiste bleu, caractérisé par un minéral appelé glaucophane. Les variations de conditions environnementales entraînent une déshydratation de la plaque qui se poursuivra une grande partie de son trajet dans la subduction. Le stade terminal de cette déshydratation est donné par l'éclogite qui est un métagabbro caractérisé par la présence de minéraux-repères comme la jadéite et de grenat. On considère que la plaque disparaît vers 600 km de profondeur.
L'eau libérée lors du processus de subduction a un rôle fondamental dans la mise en place de nouveaux matériaux continentaux. En effet, le manteau lithosphérique est essentiellement constitué de péridotite. Or la température de fusion partielle de la péridotite anhydre est largement supérieur à la température qui règne dans une zone de subduction. L'apport en eau, provenant du métamorphisme affectant la plaque subduite, hydrate la péridotite, entrainant un abaissement du point de fusion partielle de la roche. Ce phénomène, qui se produit vers 100 km de profondeur, permet la mise en place d'un réservoir magmatique. 
Le magma ainsi formé peut se frayer un chemin dans les fractures de la croûte continentale. Pendant ce déplacement, il se charge en silice provenant de la roche continentale pré-existante, littéralement cuite par le magma (autour de 950 °C). Plus le magma se charge en silice et plus il devient visqueux.
Cette viscosité a deux conséquences :
— une partie du magma ne parvient pas à la surface et cristallise en profondeur, donnant une roche plutonique grenue comme la granodiorite (dans le cas d'un taux de silice relativement élevé) ou le granite lorsque le taux de silice est beaucoup plus important
— le magma qui provient à la surface provoque des éruptions explosives (volcans gris) et la genèse de roches éruptives de type microlithiques comme l'andésite (même magma que la granodiorite) ou la rhyolite (même magma que le granite)

Schéma de mise en place de nouveaux matériaux dans une zone de subduction


B. L'eau et le recyclage des matériaux continentaux

Dès qu'une orogenèse a eu lieu, la chaîne de montagne commence à subir l'effet de l'érosion, c'est à dire la destruction par un certain nombre d'agents environnementaux. Le plus important est certainement l'eau, qui agit de deux façons :
— l'érosion physique, qui correspond à la destruction d'une chaîne de montagne par des effondrements lies à la fragilisation par la circulation de l'eau dans le massif
— l'altération chimique, qui correspond à une hydrolyse progressive de certains minéraux comme les micas, alors que d'autres ne la subisse pas comme le quartz. La roche change d'aspect et devient moins compacte comme on peut le voir dans le passage d'un granite sain à un granite altéré. De nouveaux minéraux peuvent alors apparaître comme les argiles. 
Les matériaux érodés sont transportés par l'eau, d'abord par ruissellement puis dans des cours d'eau. C'est Hjulström qui a établit la relation entre la taille de l'élément transporté, la vitesse du courant et le comportement de l'élément : érosion, transport ou sédimentation.
Plus la vitesse du courant diminue et moins la taille de l'élément transporté est importante. Lez zones de sédimentation les plus importantes sont les lacs, mais surtout les océans. La cas le plus caractéristique de sédimentation marine est la golfe du Bengale où se déversent le Gange et le Brahmapoutre. A partir de ces sédiments de natures variées, peuvent se mettre en place des roches sédimentaires.

On constate ainsi que l'eau joue aussi bien sur la géodynamique interne que sur la géodynamique externe. Sur la géodynamique interne par son intervention dans la mise en place du magmatisme de subduction et sur la géodynamique externe par son rôle comme agent d'érosion, de transport et de sédimentation.

Question IIa

1. réponse 4
2. réponse 2
3. réponse 2
4. réponse 4