ECE

3/ Histoire de l'humain

Les concepts de biologie évolutive ont une large portée explicative, présentée ici à travers plusieurs exemples. Ils permettent de comprendre l’anatomie comme le résultat d’une longue histoire évolutive, faite d’adaptations, de hasard, de contingences et de compromis. Les concepts de variation et de sélection naturelle éclairent des pratiques humaines (médicales et agricoles) et certaines de leurs conséquences.

3,1/ Traces de l'évolution

1/ Régressions en cours

Interpréter des caractéristiques anatomiques humaines en relation avec des régressions en cours (comme les dents de sagesse).

video 4' pour se mettre en apétit : https://youtu.be/phvMy9DHyt0

video 5'46 pour comprendre : https://youtu.be/p0vTo5wYvss

comparaison crânes Pan//Homo

https://www.lelivrescolaire.fr/page/5339666

dents de sagesse, petit orteil...

Comme les dents de sagesse ne sont plus indispensables, les mutations qui touchent des gènes impliqués dans leur formation n’affectent pas le succès reproducteur des individus.

La sélection naturelle n’a donc pas d’effet.

Il est donc possible que les fréquences des allèles impliqués évoluent au hasard.

Il est cependant difficile de tirer des conclusions à partir des statistiques sur les dents de sagesse ou des quelques fossiles disponibles.

Il n’est pour l’instant pas possible d’affirmer que l’absence de formation de dents de sagesse corresponde à une évolution de l’être humain.

Si ces absences semblent plus nombreuses, c’est parce qu’elles sont mieux diagnostiquées.

Ainsi il peut s’agir d’incidents liés à la diversité humaine.

Nous aurons sans doute encore longtemps une formule dentaire à 32 dents.

CORRECTION Restitution de connaissances (14 pts)

• sélection naturelle, : filtre à allèles par l'intermédiaire du milieu, de la reproduction, de l'alimentation, de la prédation, ... élimination des individus (allèles) les moins adptes à survivre et se reproduire.

• mutation génétique, : modification de gènes c'est-à-dire d'une séquence de nucléotides (bases) dans l'ADN, à l'origine de nouveaux allèles.

• métagénome, : contenu génétique d'échantillons issus d'environnements complexes, ADN total d’un échantillon issu du sol, de l’eau de mer, etc ... en le séquençant puis en le comparant aux ADN d’espèces déjà connues. Ainsi, on repère des espèces déjà connues, on peut découvrir de nouvelles espèces.

• génôme, : ensemble des gènes d'un eindividu donc d'une cellule

• gène : information génétique, héréditaire, codée par la séquence des bases dans l'ADN

la structure génétique d’une population de grand effectif est stable d’une génération à l’autre, s'il n'y a ni migration ni mutation ni sélection

vrai

faux

Le modèle mathématique de Hardy-Weinberg utilise la théorie

des probabilités

de l'évolution

du big bang

cellulaire

Globalement, les moteurs de l’Evolution

adaptent les êtres vivants à leur milieu.

dépendent de la volonté des individus.

font varier la fréquence des allèles.

ne sont liés qu'au hasard.

La dérive génétique :

crée de nouveaux gènes

crée de nouveaux allèles

sélectionne certains allèles

est moins marquée quand l'effectif de la population est petit

est moins marquée quand l'effectif de la population est grand

CORRECTION Exercice de réflexion (6 pts)

1/ le malathion ne tue pas les individus homo ou hétérozygotes possédant l'allèle R, allèle dominant sur S.

2/ Comparaison de la fréquence de l'allèle R*

Milieu	Nombre de moustiques	Nombre total d'allèles	Nombre d'allèles R	Fréquence de l'allèle R
Rural	62+11+1 = 74	74x2 = 148	11+1x2 = 13	13/148 = 0.088
Urbain	45+39+1= 85	85x2 = 170	39+1x2 = 41	41/170 = 0.241

3/ La fréquence de l'allèle R est donc plus élevée en milieu urbain qu'en milieu rural.

hyp : plus d'utilisation d'insecticide séléctionne les résistants

*Pour calculer la fréquence de l'allèle R, nous devons d'abord déterminer le nombre total d'allèles dans chaque population. Chaque moustique a deux allèles pour le gène ace-1, donc le nombre total d'allèles est le double du nombre de moustiques.

Ensuite, nous comptons le nombre d'allèles R dans chaque population. Les moustiques R//R ont deux allèles R, les moustiques R//S ont un allèle R, et les moustiques S//S n'ont pas d'allèle R.

Enfin, nous divisons le nombre d'allèles R par le nombre total d'allèles pour obtenir la fréquence de l'allèle R.

. Réaliser un schéma expliquant comment une pression de sélection peut entraîner l'émergence d‘une résistance chez les moustiques.

. Schéma expliquant l'émergence de la résistance

La pression de sélection peut entraîner l'émergence de la résistance de la manière suivante :

1. Avant l'exposition aux insecticides : Les moustiques sont soit sensibles (S//S), soit résistants (R//S ou R//R). La fréquence de l'allèle R est faible car il n'y a pas d'avantage à être résistant.

2. Après l'exposition aux insecticides : Les moustiques sensibles meurent, tandis que les moustiques résistants survivent et se reproduisent. La fréquence de l'allèle R augmente.

3. Après plusieurs générations : La plupart des moustiques sont résistants. La fréquence de l'allèle R est élevée.

Ce processus est un exemple de sélection naturelle, où les individus les plus aptes à survivre dans leur environnement sont ceux qui se reproduisent le plus.

Daria : 402 words : https://www.the-scientist.com/penguins-are-among-the-world-s-slowest-evolving-birds-study-70249 Penguins Are Among the World’s Slowest-Evolving Birds: Study

Ines : 255 W :https://www.bbc.com/future/article/20201016-why-we-cant-survive-without-water How long can you survive without water?

Gersande : 424 W :https://www.newscientist.com/article/2332431-hummingbird-that-was-feared-extinct-is-spotted-in-colombian-mountains/ Hummingbird that was feared extinct is spotted in Colombian mountains

Cell Theory Quiz: Test Your Knowledge! : https://www.proprofs.com/quiz-school/story.php?title=cell-theory-quiz-i

4/ Drogues et neurotransmetteurs, molécules à récepteur

Extraire des informations pour comprendre certains comportements addictifs face à des molécules exogènes.

Utiliser un logiciel de modélisation et visualisation moléculaire pour comparer neurotransmetteurs et molécules exogènes.

Les neurotransmetteurs sont stockés au niveau de l'élément présynaptique dans des vesicules. Le contenu de ces vésicules est libéré (de 1 000 à 2 000 molécules en moyenne) dans l'espace synaptique au moment de l'arrivée d'un potentiel d'action.Les neurotransmetteurs (=neuromédiateurs) sont des composés chimiques libérés par les neurones

... qui peuvent se fixer à un récepteur spécifique

sur un autre neurone → transmission de l'influx nerveux

sur un myocyte → contraction du muscle.

Un neurotransmetteur ne peut faire effet que s'il se fixe à son récepteur.

Il peut exister plusieurs récepteurs différents pour un même neurotransmetteur. Certaines substances peuvent agir sur certains récepteurs et pas sur d'autres.

Tous les neurones baignent dans une « soupe » de neurotransmetteurs dont la composition varie sans cesse => milieu central fluctuant

Selon la nature du neurotransmetteur, l'élément postsynaptique aura comme réponse un potentiel postsynaptique

inhibiteur (ex : Glycine)

ou excitateur (ex : glutamate, acétylcholine),

Neurotransmetteur éliminé par :

Dégradation par enzymes de le fente synaptique.

Recaptage par le bouton synaptique.

Diffusion hors de la fente synaptique

Beaucoup de substances utilisées comme les hormones dans l'organisme (insuline & glucagon du pancréas) deviennent des neurotransmetteurs dans le système nerveux central. Inversement, les neurohormones (GnRH de l'hypothalamus) sont sécrétées comme les neurotransmetteurs et agissent comme une hormone.

Les neurotransmetteurs sont divisés en plusieurs catégories :

• monoamines : synthétisées à partir d'un acide aminé : catécholamines (dopamine, (nor)adrénaline) ← tyrosine ; sérotonine ← tryptophane ; GABA ← acide glutamique ; histamine ← histidine

• acides aminés : acide glutamique, acide aspartique, glycine

• endorphines, molécules similaires aux opiacés

• substances chimiques diverses : acétylcholine, adénosine, …

Quelques modes d ’action des drogues

Effet agoniste : La drogue a le même effet que le neurotransmetteur.

antagoniste : La drogue bloque le récepteur du neurotransmetteur.

Inhibiteur de recaptage : La drogue empêche la recapture du neurotransmetteur.

Inhibiteur de la sécrétion : La drogue empêche la sécrétion du neurotransmetteur

acétylcholine : https://libmol.org/?pubchem=187&embedded=1

récepteur : https://libmol.org/?pdb=3pmz&embedded=1

recepteur+curare : https://libmol.org/?pdb=3pmz&embedded=1

recepteur+nicotine : https://libmol.org/?libmol=336&embedded=1

acétylcholine, botox, curare, nicotine, strychnine ...

Animation McGill : La jonction neuromusculaire et la contraction des muscles : http://lecerveau.mcgill.ca/flash/i/i_06/i_06_m/i_06_m_mou/i_06_m_mou.html

la synapse neuromusculaire met en jeu l’acétylcholine. La formation puis la propagation d’un potentiel d’action dans la cellule musculaire entraînent l’ouverture de canaux calciques à l’origine d’une augmentation de la concentration cytosolique en ions calcium, provenant du réticulum sarcoplasmique pour les muscles squelettiques. La prise de substances exogènes (alcool, drogues) peut entraîner la perturbation des messages nerveux et provoquer des comportements addictifs.

2/ Evolution fossilisée

F Étudier l’évolution de la biodiversité durant la crise Crétacé-Paléocène notamment avec le groupe des archosauriens et/ou les foraminifères marins (micro-organismes).

http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?page=recherche&recherche=foraminiferes

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1631071305002336#fig002

http://didac.free.fr/bac_s_archive_2003-12/ts04pondichery/doc3.htm

L’étude de la biodiversité du passé par l’examen des fossiles montre que l’état actuel de la biodiversité correspond à une étape de l’histoire du vivant. Ainsi les organismes vivants actuels ne représentent-ils qu’une infime partie des organismes ayant existé depuis le début de la vie. Les crises biologiques sont un exemple de modification importante de la biodiversité (extinctions massives suivies de diversification).

3/ Effets anthropiques

F Envisager les effets des pratiques humaines contemporaines sur la biodiversité (6ème crise biologique) comme un exemple d’interactions entre espèces dirigeant l’évolution de la biodiversité.

video 3'17 : http://www.lumni.fr/video/la-6e-extinction-de-masse-a-commence

https://youtu.be/So_4UzvyPO4

video 3'29 : http://www.lumni.fr/video/les-grandes-extinctions

https://www.nationalgeographic.fr/environnement/la-sixieme-extinction-massive-a-deja-commence

https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/biodiversite-nous-sommes-entres-6e-extinction-masse-il-ny-plus-aucun-doute-96064/

https://reporterre.net/La-sixieme-crise-d-extinction-des-especes-c-est-maintenant

La pêche dans le lac Victoria : un exemple de mal-développement : http://geoconfluences.ens-lyon.fr/geoconfluences/informations-scientifiques/dossiers-thematiques/developpement-durable-approches-geographiques/corpus-documentaire/la-peche-dans-le-lac-victoria-un-exemple-de-mal-developpement

QCM sur le sujet : https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=seconde&id=149

espèces, variabilité, crise biologique, extinction massive et diversification.

De nombreux facteurs, dont l’activité humaine, provoquent des modifications de la biodiversité.

Bilan / La biodiversité change au cours du temps.

2/ Le message nerveux, de nature électrique

concevoir et rendre compte (schéma de montage et résultats) des différentes manipulations à faire

plusieurs axones forment un nerf et voilà ce que donne la transmission du message à l’échelle de l’organe (nerf) et non plus de la cellule (neurone) :

Enregistrement sur un nerf de crabe / ExAO : http://jean-jacques.auclair.pagesperso-orange.fr/nerf/nerf.htm

Logiciel de simulation ExAO nerf crabe : « simnerf » de Philippe Cosentino à télécharger : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/?p=663 : https://www.pedagogie.ac-nice.fr//svt/productions/flash/modeledenerf/simnerf.zip

• prendre des notes, pour montrer les notions de :

• potentiel d'action

• potentiel global d'un nerf

• artéfact de stimulation

• temps de latence

• seuil infra/supra-liminaire

• recrutement

• période réfractaire

• seuil d'excitabilité

Logiciel « Nerf » de Pierre Perez à télécharger :  https://disciplines.ac-toulouse.fr/svt/les-logiciels-de-pierre-perez ; http://tice.svt.free.fr/spip.php?article1446

la transmission du message repose sur le potentiel de repos

video 1'53 https://youtu.be/WjYiwVZBN8E?si=EpORhYHPxDKJCSGJ explication moléculaire avec bel accent canadien de C.Proulx

potentiel transmembranaire, de repos, toute cellule, -70 mV = différence de concentrations ioniques de part et d'autre de la membrane plasmique

potentiel d'action =

• propagation du message nerveux

• inversion transitoire et brutale de la polarisation membranaire

• dépolarisation-repolarisation-hyperpolarisation de proche en proche

• échange d'ions entre intérieur et extérieur de la membrane plasmique de l'axone

le neurone obéit à la loi du tout ou rien : un potentiel d'action atteint le seuil (infraliminaire) ou pas

le codage dans le neurone se fait en fréquence de potentiels d’action alors que le codage dans le nerf se fait en amplitude, par le nombre de cellules recrutées

Le nerf conduit des signaux électriques. Le nerf est constitué de fibres nerveuses (axones des neurones) qui répondent à une stimulation par un signal électrique. L'excitabilité est la propriété fondamentale des neurones.

Le message véhiculé, appelé potentiel global du nerf, correspond à la somme des messages parcourant les fibres nerveuses constituant le nerf. Le seuil de réponse du nerf (minimum ou maximum) correspond au nombre de fibres recrutées. Le message nerveux est donc codé par le nombre de fibres mises en jeu. Entre la stimulation et la réponse du nerf, il y a un temps de latence ; entre deux stimulations, il existe une période réfractaire pendant laquelle le nerf n'est pas excitable.

3/ La jonction synaptique, transmission chimique

Observation de synapses en MET : http://bio.m2osw.com/gcartable/systeme nerveux/synapm.e..JPG

Du neurone à la pensée diapo CNRS : https://lejournal.cnrs.fr/diaporamas/du-neurone-a-la-pensee

observation de la plaque motrice en MO :

http://www.udel.edu/biology/Wags/histopage/colorpage/cne/cnemep.GIF ;

http://www.diplomatie.gouv.fr/fr/IMG/jpg/19gde-2.jpg :

http://histoblog.viabloga.com/images/Diapositive8_4_t.800.jpg,

observation de la plaque motrice en MEB : http://www.udel.edu/biology/Wags/histopage/empage/em/em3.gif ;

Passage d'une cellule à l'autre : la synapse. Un message nerveux est transmis d'un neurone à d'autres neurones ou à des myocytes par des synapses.

Synapse [grec Συν : syn : ensemble ; Ηαπτειν : haptein : toucher, saisir] = point de connexion entre deux neurones.

1 mm3 de substance grise du cortex peut contenir 5 milliards de synapses.

Étapes de la transmission synaptique :

1. Arrivée du message nerveux (= PA, influx nerveux)

2. Migration des vésicules de NT vers la FS

3. Exocytose des vésicules et libération du NT dans la FS

4. Fixation des NT sur la membrane PS

5. Création éventuelle d'un nouveau PA ou contraction du myocyte

6. Dégradation et recapture des NT

Les neurotransmetteurs sont stockés au niveau de l'élément présynaptique dans des vesicules. Le contenu de ces vésicules est libéré (de 1 000 à 2 000 molécules en moyenne) dans l'espace synaptique au moment de l'arrivée d'un potentiel d'action. Les neurotransmetteurs (neuromédiateurs) sont des composés chimiques libérés par les neurones qui peuvent se fixer à un récepteur spécifique :

• sur un autre neurone → transmission de l'influx nerveux

• sur un myocyte → contraction du muscle.

Au niveau d'une synapse, le message nerveux présynaptique, codé en fréquence de potentiels d'action, est traduit en message chimique codé en concentration de neurotransmetteur. La quantité de neurotransmetteur libérée par un potentiel d’action présynaptique est insuffisante pour déclencher un potentiel d’action post-synaptique, c'est la sommation temporelle ou spatiale qui permet la naissance d'un potentiel d'action post synaptique.

synapse, (bouton synaptique, neuromédiateur exocytose, fente synaptique, récepteur post-synaptique,

Logiciel « Nerf » de Pierre Perez à télécharger :  https://disciplines.ac-toulouse.fr/svt/les-logiciels-de-pierre-perez ; http://tice.svt.free.fr/spip.php?

animation fonctionnement synapse : https://planet-vie.ens.fr/thematiques/cellules-et-molecules/la-transmission-synaptique

Synapse chimique, Codage électrique en fréquence, codage chimique en concentration.

relais synaptique

2/ Evolution fossilisée

I observation de microfossiles au microscope : tentez d'identifier quelques microfossiles à partir de la clef distribuée (c)

F Étudier l’évolution de la biodiversité durant la crise Crétacé-Paléocène notamment avec le groupe des archosauriens et/ou les foraminifères marins (micro-organismes).

http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?page=recherche&recherche=foraminiferes

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1631071305002336#fig002

http://didac.free.fr/bac_s_archive_2003-12/ts04pondichery/doc3.htm

correction Restitution de connaissances (14 pts)

• migration : changement de lieu d'un organisme provoquant l'isolement de certains génômes, donc une évolution différente et éventuellement un croisement avec une nouvelle population et dans ce cas l'apport de nouveaux gènes pour la population.

• dérive génétique, : modification aléatoire de la fréquence des allèles dans une population

• séquençage, : trouver l'ordre des bases (nucléotides) dans le molécule d'ADN

• metabarcoding, : comparer toutes les séquences d’ADN retrouvées dans un échantillon d’eau ou de sol à la banque de données, les chercheurs peuvent identifier les espèces qui se trouvent dans cet échantillon

• allèles : versions d'un gène

La sélection naturelle

n'est pas liée à des facteurs environnementaux.

favorise toujours les êtres vivants les plus forts.

n’est pas liée au mécanisme de spéciation.

favorise des gènes liés aux caractères avantageux.

Quelle proposition vous semble le mieux « résumer » la sélection naturelle ?

« La loi du plus fort ».

« Seul contre tous ».

« Nécessité fait force de loi ».

« Une place pour chacun, chacun à sa place ».

La sélection naturelle résulte de, est la conséquence de...

la pression du milieu

des interactions entre les organismes

la fréquence des allèles au sein d'une population

la modification des allèles

la mutation génétique ne correspond pas à

l'échange de bases d'une séquence (substitution)

l'addition de bases

la délétion de bases

la complémentarité des bases

correction Exercice de réflexion (6 pts)

1/ La méthode de « capture-marquage-recapture » repose sur des calculs effectués sur un échantillon. Si on suppose que la proportion d’individus marqués est identique dans l’échantillon de recapture et dans la population totale, l’effectif de celle-ci s’obtient par le calcul d’une quatrième proportionnelle.

2/ la méthode CMR peut être utilisée en épidémiologie en considérant les patients d'un médecins généralistes comme le premier lot d'individus marqués et les patients admis à l'hôpital comme le deuxième lot. Le nombre de patients ayant consulté un généraliste par rapport au total admis à l'hôpital peut donner une idée du nombre total de patients atteints de la maladie étudiée, ici le diabète de type 2

3/ 454x1469/151 = 4 416 malades souffrant de diabète de type 2 à Liverpool.

marqués relâchés	n1	1469
capturés non marqués	no	454-151
capturés marqués	p	151
capturés au total : no+p	n2	454
estimation de la population : n1 x n2 / p	N	4416
fréquence marquée observée : p/n2	f	0,33
√n2		12,29
Intervalle mini : f – 1 / √n2	m	0,25
Intervalle maxi : f + 1 / √n2	M	3,36
amplitude : M-m	a	3,11
marge d’erreur : a/2	Ɛ	1,56