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Sciences de la Vie et de la Terre

Les élèves doivent traiter deux exercices du sujet.

Vous devez choisir un des deux exercices de type 1 (Exercice 1-A ou 1-B) et un des deux

exercices de type 2 (Exercice 2-A ou 2-B).

Vous devez OBLIGATOIREMENT choisir un sujet de Biologie ET un sujet de Géologie.

Les calculatrices sont autorisées.

Durée de l’épreuve : 3h30

Le sujet comporte 7 pages numérotées de 1/7 à 7/7

Vérifiez l’intégralité de votre sujet avant de commencer

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Exercice 1-A : Mobilisation des connaissances 7 points

Thème du programme : La Terre, la vie et l’organisation du vivant - Génétique et évolution

Le brassage des génomes à chaque génération

A chaque génération, la reproduction sexuée aboutit au brassage des génomes.

Montrer par quels mécanismes la reproduction sexuée produit à une diversité de génome.

Le document fourni est conçu comme une aide : il peut vous permettre d'illustrer votre exposé mais son

analyse n'est pas attendue. Vous rédigerez un exposé structuré. Vous pouvez vous appuyer sur des

représentations graphiques judicieusement choisies. On attend des arguments pour illustrer l’exposé

comme des expériences, des observations, des exemples …

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Exercice 1-B : Mobilisation des connaissances 7 points

Thème du programme : La Terre, la vie et l’organisation du vivant - À la recherche du passé

géologique de notre planète

Himalaya

Des géologues étudient une région de l'Himalaya et se demandent si un océan a pu exister à cet endroit

dans le passé.

Présenter les différents indices qu'il serait judicieux de rechercher pour prouver l'existence

d'un océan passé dans cette région de l'Himalaya puis expliquer l'origine du panorama

observé.

Votre exposé sera accompagné de schémas et s'appuiera sur l'exploitation du document fourni.

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Exercice 2-A : Pratique du raisonnement scientifique 8 points

Thème du programme : Enjeux planétaires contemporains - De la plante sauvage à la plante domestiquée

Peuplier, pâte à papier et lignine

En France, la culture du peuplier est importante notamment pour la production de pâte à papier, constituée

de cellulose quasiment pur. Le bois du peuplier est broyé et mélangé à de l'eau à haute température. Des

traitements mécaniques et chimiques lourds ont pour objectif de retirer la lignine, composé polyphénolique

réduisant la qualité du papier.

Expliquer en quoi la présence des polyphénols peut être à la fois un atout et un handicap pour la

production de pâte à papier. Discuter des problèmes que pourraient rencontrer la culture de lignées

de peupliers transgéniques pauvres en ligne.

Vous organiser votre réponse selon une démarche de votre choix en intégrant des données des documents

et des connaissances utiles.

Document 1 : Des peupliers parasités par le gui.

La productivité nette de bois de peuplier est fortement diminuée en présence de gui, une plante parasite

du peuplier très fréquente qui se développe sur ses branches. Le gui est un organisme photosynthétique

dépourvu de racines capable de former une structure appelée suçoir qui pénètre au cœur du bois et prélève

la sève brute de l'arbre.

Document 2 : Interaction entre le gui et la branche de peuplier.

Certaines variétés du peuplier sont sensibles au gui, d'autres l'empêchent de former son suçoir par la

production de polyphénols là où le gui se développe. Cette défense provoque la mort du gui. Les

polyphénols sont marqués par une fluorescence jaune.

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Document 3 : Premières étapes de la synthèse des polyphénols.

Les monomères G et S sont assemblés en grand nombre pour former des polyphénols, dont la lignine.

Document 4 : Effet de l’activité de la 4CL sur l’accumulation de lignine dans des peupliers

transgéniques.

Par transgenèse, les chercheurs ont créé des peupliers réprimant l'expression du gène codant l'enzyme

4CL. Ils ont ensuite mesuré l'activité de l'enzyme et la teneur en lignine dans le xylème des arbres âgés de

10 mois.

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Exercice 2-B : Pratique du raisonnement scientifique 8 points

Thème du programme : Enjeux planétaires contemporains - À la recherche du passé géologique de notre planète

Des géochronomètres à la conquête de Mars

La NASA veut prochainement envoyer sur Mars un rover avec un spectromètre de masse pour réaliser la datation des roches. La NASA souhaite ainsi répondre à quatre interrogations :

• définir les ères géologiques avec précision ;

• apporter des informations sur la naissance de la planète ;

• obtenir les âges des dernières activités volcaniques de la planète ;

• définir l'époque où l'eau et l’atmosphère martienne étaient présentes à la surface de la planète pour déterminer la période où la vie a pu exister sur Mars.

À partir de l'étude des documents et des connaissances, expliquer les raisons pour lesquelles un spectromètre de masse sensible aux isotopes du couple K/Ar paraît intéressant pour un jour équiper un rover en partance pour mars.

Vous organiser votre réponse selon une démarche de votre choix en intégrant des données des documents

et des connaissances utiles.

Document 1 : Critères indispensables pour qu'un géochronomètre puisse être sélectionné par la

NASA.

• Accessibilité et intérêt géologique : l'élément père radioactif doit être présent sur les surfaces.

L'idéal serait un élément présent dans de nombreux minéraux et dans de nombreuses roches.

• Age : la demi-vie de l'élément père radioactif doit être adaptée à l'âge attendu.

• Instrument : les technologies mesurant les éléments père et fils doivent être compatibles à la

mesure spatiale (miniaturisation, poids des instruments, etc.).

Document 2 : Age de la surface de Mars comparé à celui de la Terre

Comparativement à la terre, la surface de mars est essentiellement composée de vieux terrains.

Cette différence est principalement due à la tectonique des plaques active sur Terre, qui conduit

notamment au renouvellement continu de la croûte océanique. L'activité volcanique martienne,

représenté, entre autres, par le plus grand volcan du système solaire (Olympus Mons), serait encore

potentiellement présente.

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Document 3 : Différents géochronomètres disponibles

La datation sera d'autant plus précise que l'âge de

l'échantillon ne correspond pas à un nombre excessif

de période. L'idéal est que le nombre de périodes

n’excède pas la dizaine.

Document 4 : Teneur en potassium (K) en % sur la surface martienne.

Document 5 : Des éléments difficilement accessibles.

Contrairement au potassium qui est un élément majeur, les éléments-pères radioactifs (U, Rb) ne

sont en général présents qu’en très faible proportion et sur des phases minérales difficiles d'accès.

Ils nécessitent des protocoles de laboratoire très lourds et des instruments de mesure très précis.

Par exemple, la datation U-Pb est le plus souvent obtenue à partir de zircon, qui sont des minéraux

peu abondants de roches plutoniques, absentes de la surface de Mars et qui ont une taille

restreinte. Détecter, recueillir, extraire, préparer et mesurer in situ l'âge des zircons martiens est

actuellement impossible.

Document 6 : Des instruments en cours de miniaturisation.

Outils disponibles Demi-vie (= période

T) de l’élément-père 235U/207Pb 704 Ma

40K/40Ar 1.25 Ga 87Rb/87Sr 48.8 Ga

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Correction

Exercice1-A

Arguments scientifiques possibles (Expérience, observation, exemples, ...)

Eléments des connaissances attendus

Dessins d’interprétation de figures de méiose et de fécondation

Définition de la reproduction sexuée, impliquant méiose et fécondation. Ces deux processus peuvent être schématisés.

Le résultat d’un test-cross (F1×P2 du doc 1, avec F1 issus de P1×P2) donne des phénotypes parentaux majoritaires et des phénotypes recombinés minoritaires. Or, ce test-cross nous informe des gamètes produits par les individus F1.

Mise en évidence d’un brassage intrachromosomique, à illustrer sous forme d’un schéma, en localisant les deux gènes liés sur lesquels s’est appuyé l’élève.

Dessin d’observation d’un chiasma chromosomique au MET

Exemple de croisements à partir de 2 populations P1 et P2 de lignées pures, au choix du candidat, pour lesquelles on étudie deux caractères gouvernés par deux gènes indépendants. Le résultat d’un test-cross (F1×P2, avec F1 issus de P1×P2) donne des phénotypes parentaux et des phénotypes recombinés en proportion égale. Or, ce test-cross nous informe des gamètes produits par les individus F1.

Mise en évidence d’un brassage interchromosomique, à illustrer sous forme d’un schéma avec 2 gènes indépendants. Le schéma doit montrer que selon la disposition des chromosomes homologues de part et d’autre du plan équatorial en métaphase I, la combinaison allélique des gamètes change. Un échiquier de croisement du test-cross illustre les 4 phénotypes obtenus et équiprobables.

Les chromosomes portent une multitude de gènes. Chez l’humain, on en compte environ 30 000.

Les brassages intra et interchromosomiques lors de la méiose produisent une infinité de gamètes à la combinaison allélique unique. Ce brassage est amplifié par la rencontre aléatoire des gamètes lors de la fécondation

Exercice 1-B

Himalaya

Indices à rechercher :

- Présence d’anciens blocs basculés délimités par des failles normales.

- Présence de roches de la lithosphère océanique ayant subi de l’hydratation.

- Présence de roches sédimentaires d’origine océanique.

- Présence de roches avec des minéraux formés en profondeur.

- Failles, plis, chevauchements.

Expliquer l’origine du panorama observé :

- Les gabbros se sont mis en place lors de la phase « Océan » lorsque la lithosphère océanique se formait dans

une zone soumise à des forces d’extension.

- L’arrivée en altitude s’explique par le fait que les forces se sont inversées et la région a été soumise à des

forces de compression : l’océan s’est fermé et les gabbros se sont retrouvés en altitude.

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GRILLE DE DÉTERMINATION DE NOTE PARTIE I – 7 points

Critères de référence (et descripteurs du niveau de maîtrise attendu dans la cadre des attendus du programme de

SVT)

• Logique et complétude1 de la construction du texte par rapport à la question posée ;

• Exactitude et complétude des connaissances2 à mobiliser dans les champs disciplinaires concernés

(sciences de la vie et/ou sciences de la Terre) ;

• Pertinence3 , complétude et exactitude des arguments nécessaires pour étayer l’exposé (principes ou

exemples d’expériences, observations, situations concrètes… éventuellement issus du ou des documents

proposés) ;

• Qualité de l’exposé (syntaxe, vocabulaire scientifique, clarté de tout mode de communication scientifique

approprié).

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Exercice 2-A : Peuplier, pâte à papier et lignine

On constate que les polyphénols semblent protéger les peupliers en limitant le développement des

suçoirs du gui (document 2). Il apparaît alors que la production de polyphénols par les peupliers permet

d’augmenter la production de bois utilisé pour la pâte à papier.

Pourtant, le texte introductif de l’exercice nous apprend que la lignine (qui est aussi un polyphénol) est un

composé posant problème pour l’industrie du papier et dont on cherche à réduire la teneur dans le bois

servant de matières premières.

Les lignées transgéniques permettent ici de réduire la teneur en lignine (documents 3 et 4) ce qui semble

favorable pour la production du papier mais pourrait poser problème en rendant les peupliers en

question beaucoup plus sensible au gui.

Il semble donc qu’il faille trouver un compromis entre la limitation du développement du gui et

l’obtention de bois pauvres en lignine pour la fabrication du papier.

Exercice 2-B - Des géochronomètres à la conquête de Mars

Éléments scientifiques attendus tirés des documents :

- Les roches martiennes ont plus de 3 milliards d’années

→ Demi-vie de l’élément-père doit permettre des mesures aussi anciennes.

- Demi-vies de U/Pb ; K/Ar ; Rb/Sr supérieures à 700 Ma

→ Ces trois techniques semblent adaptées au sol martien.

- L’élément K est omniprésent sur la surface martienne

→ L’élément K semble facilement accessible en surface.

- Rareté des éléments U et Rb dans les roches martiennes

→ Ces éléments semblent peu exploitables.

- Difficulté à préparer les échantillons et instruments lourds pour utiliser les éléments U et Rb

→ La compatibilité technologique n’est pas présente.

- Utilisation d’un faisceau laser pour permettre de faire fondre en surface les échantillons et ainsi

mesurer les teneurs en K et Ar.

Éléments scientifiques attendus issus des connaissances :

- Accessibilité et sens géologique : éléments-père présent sur la surface, dans de nombreux

minéraux et de nombreuses roches.

- - Demi-vie de l’élément-père doit être adaptée à l’âge attendu.

- - Compatibilité technologique : miniaturisation, poids des instruments (…)

Conclusion/synthèse :

Les trois critères identifiés par la NASA semblent réunis dans le cas d’un spectromètre K/Ar :

- Accessibilité et sens géologique : K est un élément majeur omniprésent à la surface de Mars.

- Demi-vie adaptée : 1,25 Ma. Les âges mesurés devraient être entre la 3e et la 4e période de cet

élément, donc bien inférieurs à 10 périodes.

- Compatibilité technologique : utilisation d’un laser pour percer la surface des échantillons et

ainsi faire les mesures.

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GRILLES DE DÉTERMINATION DE NOTE exercice 2 – 8 points

Les trois curseurs sont indépendants.

L’échelle concerne ici l’organisation de l’exposé : la démarche personnelle a-t-elle une logique apparente ? Le

problème posé est-il pris en compte tout au long de la démarche ? La démarche n’omet-elle pas la prise en

compte d’éléments importants pour répondre en totalité au problème posé ? Une réponse conclusive est-elle

apportée au problème posé ? La rédaction est-elle de qualité (expression claire, vocabulaire scientifique

rigoureux, illustrations éventuelles, etc.) ?

Une démarche est considérée comme cohérente si elle est logique et qu’elle permet de répondre au problème

posé.

L’échelle concerne ici le prélèvement et l’analyse des informations ainsi que la mobilisation des connaissances :

quelles sont les informations identifiées comme étant en lien avec le problème posé (sélection) ? Leur analyse

est-elle précise (quantification, conditions d’obtention des données, identification du témoin, prise en compte

des barres d’erreurs…) ? Quelles sont les connaissances mobilisées (de façon explicite ou implicite) ? Sont-elles

en lien avec le problème posé (choix pertinent) ? Sont-elles exactes ?

Les informations extraites des documents sont utiles à la résolution du problème, elles sont complètes. Le

candidat a su trier les informations utiles. Les connaissances mobilisées sont celles utiles à la résolution du

problème.

Analyse des documents et mobilisation des connaissances dans le cadre du problème scientifique posé (A)

3 2 1 0

Informations issues des documents pertinentes,

rigoureuses et complètes et connaissances mobilisées

pertinentes et complètes pour interpréter

Informations issues des documents incomplètes ou

peu rigoureuses et connaissances à mobiliser

insuffisantes pour interpréter

Seuls quelques éléments pertinents issus des

documents et/ou des connaissances

Absence ou très mauvaise qualité de traitement des

éléments prélevés

Sont ici évaluées les mises en relation : comment les informations et les connaissances sont-elles exploitées pour

répondre au problème posé ? Des interprétations pertinentes sont-elles proposées ? Des critiques sont-elles formulées ?

Les relations de causes à effets ou les corrélations attendues sont-elles identifiées ?

Les mises en relations opérées permettent de résoudre le problème. Il peut s’agir d’une mise en relation d’informations

d’un document avec une ou des connaissances, d’une mise en relations entre des informations de différents documents,

d’informations de différents documents et de connaissances, etc.

Exploitation (mise en relation/confrontation) des informations prélevées et des connaissances au service de la résolution du problème (E)

3 2 1 0 Argumentation complète et pertinente pour répondre au

problème posé Argumentation incomplète ou peu rigoureuse Argumentation

absente et/ou réponse explicative absente ou

incohérente Réponse explicative, cohérente et complète au problème scientifique

Réponse explicative cohérente avec le problème posé

Absence de réponse ou réponse non cohérente avec le problème posé

Démarche de résolution personnelle (D)

2 1 0

Construction d’une démarche cohérente bien adaptée au sujet

Construction insuffisamment cohérente Absence de démarche ou démarche

incohérente

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