Bac 2022 Sciences de la vie et de la Terre : sujet et corrigé

EXERCICE 1 - première proposition : modulation de la contraction musculaire (7 POINTS)

L’intensité de la contraction d’un muscle varie selon l’importance du raccourcissement des cellules musculaires qui le constituent : on parle de modulation de la contraction musculaire. Chaque cellule musculaire est commandée par un neurone moteur qui intègre des messages nerveux d’origines multiples.

QUESTION :

Expliquer les mécanismes nerveux qui permettent de moduler la contraction d’une cellule musculaire.

Vous rédigerez un texte argumenté. On attend des expériences, des observations, des exemples pour appuyer votre exposé et argumenter votre propos.

EXERCICE 1 - deuxième proposition : Variation climatique au Carbonifère (7 POINTS)

Le Carbonifère est une période géologique qui s’étend d’environ -360 à -300 millions d’années. Le nom de cette période provient des vastes couches de charbon qui se sont formées à partir des végétaux de cette époque. En effet, différents indices fossiles permettent de reconstituer la flore de l’époque : de grandes forêts se développent et prospèrent à l’équateur, mais aussi dans les zones tempérées, aux plus hautes latitudes.
La température moyenne au Carbonifère, stable pendant la première partie de cette période, a ensuite diminué.

QUESTION :

Montrer que les grandes forêts du Carbonifère ont pu participer au piégeage du $C{O}_2$ atmosphérique, contribuant ainsi au refroidissement constaté au cours de cette période.

Vous rédigerez un texte argumenté. On attend des expériences, des observations, des exemples pour appuyer votre exposé et argumenter votre propos.

EXERCICE 2 : Allogamie chez les angiospermes (8 POINTS)

Contrairement à l’autogamie, l’allogamie correspond à la fécondation croisée entre individus distincts d’une même espèce. D’une manière générale, l’allogamie est plus favorable à la diversité génétique que l’autogamie. Des mécanismes favorisant ce mode de reproduction ont été sélectionnés dans de nombreux groupes d’angiospermes au cours de l’évolution. C’est le cas en particulier au sein d’espèces capables de produire de la chaleur (thermogéniques) comme chez les philodendrons.

QUESTION

Expliquer en quoi les particularités des philodendrons thermogéniques favorisent l’allogamie.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.

Document 1 : les inflorescences de philodendrons

Les philodendrons ont des fleurs mâles et des fleurs femelles disposées sur un axe. L’ensemble forme une inflorescence entourée par une structure ressemblant à une grande feuille, la bractée.

Photographies de l’inflorescence des philodendrons (Vue d'ensemble et différentes parties : 1 : fleurs femelles, 2 : fleurs mâles, 3 : partie stérile).

Document 2 : la thermogenèse chez les angiospermes

Document 2a : la respiration alternative
La majorité des angiospermes présente une température proche de celle de l’environnement. Cependant, certains végétaux ont des tissus qui sont capables de produire de la chaleur par un ensemble de mécanismes que l’on nomme « thermogenèse ». La thermogenèse a lieu au sein des membranes mitochondriales des tissus concernés.

Schéma simplifié de la synthèse d’ATP et de la production de chaleur au sein des membranes mitochondriales des cellules thermogéniques (faisant intervenir la chaîne respiratoire, l'ATP synthase et la protéine UCP).

Document 2b : profil d’expression du gène UCP
Une analyse de l’expression du gène codant pour la protéine UCP a été réalisée dans différentes parties d’un plant de philodendron thermogénique et à différents moments. Les résultats sont présentés dans le document ci-dessous. La présence d’une bande blanche indique que le gène UCP est exprimé et son intensité traduit le niveau d’expression du gène.

Profil d’expression du gène UCP dans différentes parties d’un plant de philodendron (Feuille, Bractée, Partie stérile de l'inflorescence avant, pendant et après la phase thermogénique).

Document 3 : thermogénèse et reproduction sexuée

Document 3a : photographies de l’inflorescence de Philodendron adamantum pendant la période de reproduction sexuée
L’inflorescence de chaque individu suit le processus de maturation décrit ci-dessous. Cependant, il existe un décalage dans le temps de la maturation des inflorescences de différents individus. Par ailleurs, lorsque les fleurs mâles d’un organisme deviennent matures, les pistils de la même inflorescence ne sont plus réceptifs aux pollens.
Sur les différentes observations effectuées pendant l’expérience, seule l’espèce de coléoptère Erioscelis emarginata a été trouvée au contact de l’inflorescence.

Chronologie :

• 1er jour : maturation des fleurs femelles (07h00 - 09h00 ; 18h30 - 21h30)
• 2ème jour : maturation des fleurs mâles (07h00 : présence de coléoptère ; 11h00 - 12h30 : production de résine ; 18h00 : coléoptère recouvert de pollen quittant l'inflorescence).

Document 3b : évolution de la thermogenèse de Philodendron solimoesense
L’évolution de la thermogenèse de Philodendron solimoesense est comparable à celle de Philodendron adamantum. On a mesuré la différence de température entre l’inflorescence et l’air ambiant à partir du moment où les fleurs femelles atteignent leur maturité.

Graphique : Evolution de la différence de température entre l’inflorescence et l’air ambiant pendant la période de reproduction sexuée (pics de température observés le 1er jour vers 18h00 et le 2ème jour).

Document 4 : libération de molécules odorantes par l’inflorescence des philodendrons

Document 4a : effet des molécules odorantes
Des études menées sur Philodendron adamantum ont montré que ses inflorescences émettaient une odeur lors du premier jour de la période de reproduction sexuée vers 18h30. La présence de 39 composés volatils différents a été révélée. Le dihydro-$\beta$-ionone et le méthyl jasmonate faisaient partie des composés les plus présents. Pour comprendre le rôle de ces substances émises par le végétal, on a placé à l’extérieur des appâts parfumés contenant ces deux molécules pendant 4 nuits et on a compté le nombre d’insectes s’en approchant.

Graphique : Evolution du nombre d’insectes s’approchant des appâts en fonction de la nature des substances déposées (Aucune, Méthyl jasmonate, Dihydro-$\beta$-ionone, ou mélange des deux).

Document 4b : effet de la température sur le mouvement des masses d’air
La masse volumique de l’air varie en fonction de différents paramètres comme la pression atmosphérique, la température et l’humidité. Une diminution locale de la masse volumique de l’air conduit à un mouvement ascendant de cette masse.

Evolution de la masse volumique de l’air sec en fonction de la température à une pression de 1 atmosphère