REVISIONS TS.

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1 REVISIONS TS

2 Etablissement de liens de parenté, phylogénèse et évolution
Relation de parenté chez les vertébrés La classification traditionnelle des vertébrés repose sur les productions épidermiques: écaille , poils, plumes, et on considère cinq groupes: poissons, amphibiens, reptiles, oiseaux et mammifères. En étudiant la possession d’autres caractères apparus au cours de l’évolution, on peut déterminer de nouveaux groupes phylogénétiques et une nouvelle classification évolutive. La mâchoire est un caractère commun à tous les vertébrés Les poissons ( Lamproie et Carpe) constitue un seul groupe phylogénétique. L’amnios est un caractère ancestraal des vertébrés. Les crocodiles et les autruches possèdent un gésier: on en déduit que les reptiles et les oiseaux forment un groupe phylogénétique et que la classification traditionnelle est erronée. Exercice 1

3 Etablissement de liens de parenté, phylogénèse et évolution
Analyse d’un arbre phylogénétique a) Le cobaye possède les caractères suivants: amnios, doigts,gésier et placenta. b) Le groupe crocodile,kiwi et cobaye forme un clade (groupe monophylétique). c) L’innovation évolutive caractéristique partagée par le crocodile et le Kiwi est le gésier. d) Les poissons forment un groupe monophylétique. Lamproie et bonite n’ont pas un ancêtre commun qui leur est propre. Exercice 2

4 Stabilité et variabilité des génomes-Evolution
Croisements chez Sordaria Sordaria est un champignon microscopique dont on connait deux souches qui diffèrent par leur aptitude à synthétiser un acide aminé: la lysine. La souche sauvage [Lys+] est capable de synthétiser la lysine et peut se développer sur un milieu dépourvu de lysine. La souche mutante [Lys-] est incapable de synthétiser de la lysine et ne peut se développer que sur un milieu enrichi en lysine. Le croisement d’une souche [Lys+] et d’une souche [Lys-] donne différents types d’asques. Trois types d’asques observés sont schématisés ci-dessous, les spores sont caractérisées par leur capacité ou non à germer sur un milieu dépourvu de lysine. Ces trois types d’asques sont les seuls types observables. Les asques de types A et B sont largement majoritaires par rapport aux asques de type C. Les asques de type C résultent de crossing-over. La proportion d’asques de type C est égale à la moitié de la proportion d’asques de type A ou B Exercice 3

5 Exercice 4 Stabilité et variabilité des génomes-Evolution
Croisements chez les drosophiles Le caractère alternatif « longueur des ailes » est déterminé par un gène existant sous deux formes alléliques : ailes longues et ailes vestigiales. Le caractère couleur du corps est déterminé par un autre gène existant sous deux formes allèliques: corps gris et corps ébène. 1 er croisement On croise deux drosophiles de races pures, l’une à ailes longues et corps gris, l’autre à ailes vestigiales et corps ébène. 2e croisement On croise une femelle de F1 avec un mâle aux ailes vestigiales et corps ébène. On obtient en F2: Phénotype Nombre de drosophiles présentant ce phénotype Ailes longues et corps gris 154 Ailes vestigiales et corps gris 147 Ailes longues et corps ébène 153 Ailes vestigiales et corps ébène 146 Les drosophiles F1 ont toutes le même génotype: on dit qu’elles sont homozygotes Le caractère vestigial est déterminé par un allèle dont l’expression est dominante. Les proportions de F2 permettent de déduire que les gènes sont liés. Le deuxième croisement met en évidence des brassages génétiques intrachromosomiques Exercice 4

6 Stabilité et variabilité des génomes-Evolution
Le caryotype de l’ovocyte au moment de l’ovulation. Un évènement important du cycle féminin est l’expulsion d’un ovocyte au 14e jour. La photographie ci-dessous représente le caryotype de cette cellule au moment de l’ « ovulation ». La cellule est haploïde Les chromosomes sont par paires. Cette cellule est le résultat final de la méiose. La masse d’ADN de cet ovocyte est la même que celle de l’ovocyte final. Exercice 5

7 Stabilité et variabilité des génomes-Evolution
Chromosomes et division cellulaire Au cours de certaines divisions cellulaires, on peut observer des chromosomes présentant l’aspect visible sur la photographie ci-dessous. Les chromosomes photographiés sont observables au cours de la mitose La cellule photographiée, comportant ce chromosome est en prophase I. Sur cette photographie, on peut voir deux chromosomes associés par leurs centromères. Au cours de la phase présentée, les chromosomes peuvent échanger des portions de chromatides Exercice 6

8 Stabilité et variabilité des génomes-Evolution
Résultats de croisements de drosophiles Pour expliquer la diversité des génomes, on réalise un croisement test ou test-cross chez la drosophile, en considérant deux couples d’allèles: Vg et vg+ , pu et pu+ Les résultats de ce croisement sont indiqués dans le tableau ci-dessous: Femelles issues de la F1 X Mâles [vg+;pu+] [vg;pu] Génération F2 mâles et femelles confondus [vg+;pu+] [vg+;pu] [vg;pu+] [vg;pu] Pourcentages des différents phénotypes 43.5% 6.5% A la génération F1, les femelles sont hétérozygotes pour les deux gènes considérés, les mâles sont homozygotes Les proportions des différents phénotypes obtenus illustrent le brassage interchromosomique Les gènes vg et pu sont situés sur le même chromosome. Les génotypes des femelles de la génération F1 s’écrivent donc (vg+,pu//vg,pu+) Exercice 7

9 Stabilité et variabilité des génomes-Evolution
Variation de la quantité d’ADN au cours de la reproduction sexuée Au cours de la reproduction sexuée, alternent les phases haploïde et diploïde; on cherche à préciser les mécanismes qui permettent à l’espèce de conserver son équipement chromosomique. La cellule de départ, au moment A , est haploïde. Au temps F, il est possible d’observer des bivalents. La méiose est achevée au temps H. La première division de la cellule-œuf conserve l’équipement chromosomique. Exercice 8

10 Stabilité et variabilité des génomes-Evolution
Le brassage de l’information génétique On étudie chez la drosophile la transmission nde deux gènes différents possédant chacun deux versions alléliques: Couleur du corps: noir ( black:b) ou gris:b+) Forme des ailes: tordues ( curved:c ) ou normales ( c+) 1er croisement: individus de souche pure P À corps gris et ailes normales X À corps noir et ailes tordues F1 100% corps gris et ailes normales 2e croisement Femelles F1 Mâles à corps noir et ailes tordues F2 107: corps gris et ailes normales 109: corps noir et ailes tordues 38: corps noir et ailes tordues 40: corps noir et ailes normales Un individu de souche pure ne possède qu’un type d’allèle pour un caractère. D’après les résultats du premier croisement, on déduit que les caractères dominants sont: corps gris et ailes normales. On déduit des proportions obtenues en F2 que les gènes sont situés sur des chromosomes indépendants Les drosphiles de F1 ont pour génotype: ( b//b+,c//c+) Exercice 9

11 Stabilité et variabilité des génomes-Evolution
Le brassage de l’information génétique Pour déterminer chez le moustique la position relative des gènes de la couleur du corps et de la couleur de l’œil, on réalise deux séries d’expériences. a) Les résultats obtenus en F1 montrent que le type sauvage, corps gris et œil prune , est dominant. b) D’après les résultats obtenus en F2, on peut dire que le gène codant pour la couleur du corps et celui codant pour la couleur des yeux sont situés sur des chromosomes différents.. c) Si on prend les symboles suivant: - g+  corps gris, - g  corps noir, - p+  œil prune, - p  œil clair? Le génotype des femelles F1 doit être noté ( g+//g,p+//p) . d) Le pourcentage de recombinaisons de 28.9% montrent que les gènes considérés sont liés. Exercice 10

12 La datation en sciences de la terre
La place de Lucy Lucy est un australopithèque ( fossile) qui a été découvert en Ethiopie, dans la région de l’Hadar en Les géologues ont pu établir la colonne stratigraphique ci-dessous. Les sédiments, constitués de graviers, sables et argiles, sont d’origine lacustre et détritique, déposés dans le fossé d’effondrement du rift africain et intercalé de formations volcaniques. Les géologues ont fait des datations pour estimer l’âge de Lucy. On peut dater directement le squelette de Lucy par la méthode du Carbone 14. On peut dater par radiochronologie les sédiments qui contiennent les restes de Lucy Avec le couple K/Arg, on mesure l’élément père. Voici les résultats des datations avec le couple K/Arg: Pour les cendres volcaniques: 2, ans Pour la coulée de basalte: 3, ans On en déduit un encadrement de l’âge de Lucy; ces résultats sont compatibles avec la datation des inversions magnétiques. Exercice 11

13 La datation en sciences de la terre
Datation d’un granite Pour déterminer l’âge d’un granite, on mesure avec un spectromètre de masse les nombres d’atomes de 87Sr, 86 Sr et 87 Rb dans différents minéraux de ce granite Les résultats obtenus permettent de construire une droite isochrone d’équation y=ax+b A étant le coefficient directeur de la droite, l’âge du granite est donné par la relation : T= Ln(a+1)/λ Le 87Rb est un élément radioactif qui se décompose régulièrement en 87Sr au cours du temps. Les trois minéraux du granite contenait la même quantité de 87Rb lors de la fermeture du système. La quantité de 86Sr reste stable au cours du temps car cet élément n’est ni radioactif ni radiogénique. Le granite est âgé de 351 millions d’années. Exercice 12

14 La datation en sciences de la terre
Datation absolue La méthode rubidium-strontium est fondée sur la décroissance radioactive du 87Rb un isotope instable du rubidium qui se désintègre spontanément en 87Sr, un isotope stable du strontium. Pour connaître l’âge d’une roche, on mesure dans différents minéraux de cette roche les quantités de 87Rb et 87Sr ainsi que de 86Sr, un isotope stable dont la quantité est supposée constante au cours du temps. Les valeurs des rapports 87Rb/86Sr et 87Sr/86Sr fournies par ces mesures sont reportées sur un graphique. La datation s’appuie alors sur la construction de la droite isochrone qui permet d’évaluer l’âge de cette roche. Des mesures isotopiques ont été réalisées sur des échantillons et des minéraux de deux granites G1 et G2, dont les résultats sont rassemblés dans le graphique ci-dessous: Le rapport 87Rb/86SR et le rapport 87Sr/86Sr diminuent constamment au cours du temps. Le géochronomètre 87Rb/87Sr est utilisé pour mesurer des évènements anciens de 107 années ouplus Les pentes des droites reliant les mesures effectuées sur G1 ou G2 sont proportionnelles à l’âge de ces granites. Le granite G1 est plus ancien que le granite G2 Exercice 13

15 La datation en sciences de la terre
Coupe géologique simplifiée a) L’intrusion du pluton granitique s’est produite après le dépôt des couches B,C et D et après l’intrusion du filon G. b) Les roches métamorphiques F sont une conséquence de l’intrusion E.. c) La couche A était présente avant l’intrusion du pluton E. d) C’est l’intrusion du pluton E qui est la cause de la faille. La faille affecte le pluton après sa formation. Exercice 14

16 La datation en sciences de la terre
Datation au C14 Des fragments de bois carbonisés ont été retrouvés dans un dépôt de cendres volcaniques de la Montagne Pelée en Martinique. Le carbone 14 contenu dans ces fragments a permis de dater l’éruption volcanique responsable de leur carbonisation: elle a eu lieu il y a années. Le 14C est un géochronomètre limité au quaternaire récent La radioactivité du 14C dans l’atmosphère est égale à la quantité de 14C dans l’échantillon lors de la fermeture du système. Le 14C peur être utilisé pour déterminer l’âge de tout type de roche à condition que sa date de formation soit récente. La méthode Ru/Sr peut également être remplacer pour dater des fragments de bois carbonisés. Exercice 15

17 Crise biologique et géologique
La limite Permo-triasique Une des grandes coupures mises en place dans le calendrier géologique se situe vers -250 MA ( millions d’années); c’est la limite entre la fin de l’ère primaire ( Permien) et le début de l’ère secondaire (Trias). Les brachiopodes sont des invertébrés marins qui vivent fixés sur le sol par un pédoncule. Les bivalves sont des mollusques vivants libres ou fixés. Brachiopodes et bivalves vivent dans les mêmes milieux littoraux. Vers -265 MA, une forte régression s’installe découvrant la quasi-totalité des habitats côtiers. À la fin du Permien, un volcanisme intense modifie le taux de CO2, donc le climat et le niveau remonte. À cette date,-250 MA, il y a une extinction des bivalves et des brachiopodes. Après cette date, les bivalves occupent de nouvelles niches écologiques. Les évènements biologiques sont indépendants des évènements géologiques. À -250 MA , c’est la plus grande crise biologique de tous les temps. Exercice 16

18 Action des pilules pour homme
La procréation Action des pilules pour homme Le fonctionnement de l’appareil reproducteur masculin est sous contrôle hormonal. Les connaissances des régulations entre les organes permettent la mise au point de « pilule pour homme » contenant un stéroïde de synthèse analogue de la testostérone naturelle et ayant les mêmes effets. L’injection de testostérone de synthèse augmente la production de spermatozoïdes La testostérone exerce un rétrocontrôle négatif sur l’hypophyse. Le taux de FSH et le nombre de spermatozoïdes diminuent en même temps, on en déduit que la spermatogenèse est contrôlée par l’hormone FSH. Cette pilule est un contraceptif efficace après deux mois de traitement. Exercice 17

19 La détermination du phénotype sexuel des hommes à utérus
La procréation La détermination du phénotype sexuel des hommes à utérus Certains individus adultes de phénotype masculin sans équivoque (organe génitaux externes de type masculin) possèdent des voies génitales femelles, persistant à côté des voies génitales mâles différenciées, avec des testicules fonctionnels. Leur caryotype est de type XY Les concentrations plasmatiques de testostérone et d’hormone anti-mullérienne (AMH) ont été suivies chez un individu présentant cette particularité. L’analyse de l’ADN a révélé une mutation affectant le gène situé sur le chromosome 19, responsable de la synthèse de l’AMH: en position 282, un triplet GAA a été transformé en triplet TAA ( stop). Le patient est homozygote pour cette mutation. a) Le caryotype porte l’information nécessaire à la différenciation des gonades indifférenciées en testicules. b) Pendant la vie fœtale, la testostérone permet la disparition des canaux de Muller.. c) La persistance des canaux de Muller est liée à un fonctionnement défaillant du testicule fœtal de cet individu. d)La mutation du gène du chromosome 19 est une mutation non-sens. Exercice 18

20 La détermination du phénotype sexuel
La procréation La détermination du phénotype sexuel On réalise deux séries d’expériences chez des foetus de lapin femelle âgées de20 jours: 1er cas A: on greffe sur un ovaire un testicule prélevé sur un mâle de même âge. 2e cas B: on implante sur un ovaire un cristal d’un dérivé de testostérone. Huit jours après ,on observe les résultats présentés sur les documents A et B qui montrent que: Chez un fœtus âgeé de 20 jours les tractus génitaux sont déjà différenciés; La présence d’un ovaire fœtal permet le maintien des canaux de Müller; Le testicule fœtal sécrète une hormone autre que la testostérone qui entraîne la régression des canaux de Müller; La testostérone n’a pas d’action sur les canaux de Müller. Exercice 18

21 La convergence lithosphérique et ses effets
Le métamorphisme dans les Alpes Les gabbros sont des roches grenues, qui constituent la croûte océanique. Lors de la formation de la chaîne des Alpes, l’océan Alpin s’est refermé, la croûte océanique a été entraînée dans la collision et métamorphisée. L'étude des gabbros métamorphisés ou métagabbros, permet de définir les conditions P, T, t (Pression, Temps, température) auxquelles les roches ont été soumises. Les gabbros sont constitués essentiellement de cristaux de plagioclases et de pyroxènes, et se sont formés à l’axe des dorsales, à 5 km environ de profondeur et à une température de 600°C. Les métagabbros gardent les traces des déformations subies par les minéraux acquis lors du métamorphisme, dans des conditions P,T,t,différentes des conditions d’origine. Les documents A et B représentent des lames minces réalisées dans un même échantillon de métagabbro. a) La glaucophane est formée à 300°C, sous une pression de 600Mpa. b) Chronologiquement (doc.B), suivant le principe d’inclusion, la glaucophane s’est formée avant le pyroxène et le plagioclase. c) Des réaction chimiques entre les cristaux de pyroxène et de plagioclase ont permis l’apparition de la glaucophane.. d) Le métagabbro a d’abord subi un enfouissement rapide en profondeur, puis est remonté à l’affleurement.. Exercice 20

22 La convergence lithosphérique et ses effets
Subduction Le document fournit des informations sur quelques particularités géologiques et tectoniques de la Nouvelle-Zélande. La plaque Pacifique plonge sous la plaque indo-australienne. La plaque subduite entre en fusion partielle entre 75 et 200 km de profondeur. Le magma formé dans cette zone est de nature andésitique Une étude géologique de la Nouvelle-Zélande montrerait aussi des affleurements de granodiorites. Exercice 21

23 La convergence lithosphérique et ses effets
Magmatisme dans une zone de subduction Au niveau des zones de subduction, on constate un volcanisme aérien intense et explosif, et on cherche son origine. Le volcanisme de la zone de subduction est semblable à celui d’une dorsale. À 100 km de profondeur sous le continent, le manteau lithosphérique est toujours rigide. La plaque plongeante se réchauffe en disparaissant dans la zone de subduction, elle atteint un température qui permet sa fusion et est à l’origine du magma Dans la zone de subduction, la présence d’eau qui percole vers la plaque chevauchante abaisse la température de fusion des péridotites du manteau et provoque leur fusion partielle. Exercice 22

24 Réactions immunitaires et myélome
Immunologie Réactions immunitaires et myélome Un individu présente un myélome: cancer de la moelle osseuse. Les molécules du sérum peuvent être séparées et identifiées par électrophorèse, et leur concentration évaluée par densité optique. Dans le document les résultats sont comparés à l’électrophorèse d’un individu non malade. La détection d’un fort taux de gammaglobulines montre qu’il y aune réaction immunitaire. Les cellules cancéreuses produisent des anti-corps Les gammaglobulines sont synthétisées par les lymphocytes T La concentration des gammaglobulines forme un « pic » localisé ; on en déduit qu’elles sont formées par un seul clone de plasmocytes, et qu’une seule sorte de cellule est atteinte Exercice 23

25 Exercice 24 Immunologie Virus de la grippe
Dans l’étude suivante, des souris ayant subi différents traitement sont infectées par le virus de la grippe Les résultats de l’expérience A s’expliquent par une absence de lymphocytes. L’expérience B met en évidence le rôle des lymphocytes B. Dans l’expérience B, la souris a été vaccinée. L’expérience C ne démontre pas que les virus sont des parasites obligatoires des cellules. Exercice 24

26 Evolution de l’infection par le VIH
Immunologie Evolution de l’infection par le VIH En l’absence de traitement, l’infection par le VIH ( virus responsable du SIDA) se traduit par une évolution caractéristique du nombre de lymphocytes T4 en relation avec la concentration de virus dans le sang (charge virale). Le document ci-dessous présente cette évolution et permet de dégager les grandes étapes de la maladie a) Les lymphocytes T4 sont des cellules cibles du virus car ils possèdent des protéines membranaires CD4 . b) La phase chronique(=asymptomatique) est une période de quelques années pendant laquelle les symptômes se développent. c) Le SIDA se manifeste par des maladies opportunistes qui apparaissent quand la concentration en LT4 est inférieure à 200 cellules par mm3 de sang. d) Une personne séropositive est atteinte du SIDA. Non , elle a été infectée et présente une réaction immunitaire vis-à-vis du VIH. Exercice 25