DM3 : La diversification du vivant - Se familiariser à la diversité des exemples de ce thème
- S’entraîner à bien analyser (LIRE) les documents - Réaliser un bilan
Pour chaque exercice, choisissez Vrai ou Faux pour chaque affirmation, ou répondez aux QCM et entraînez-vous à justifier avec les informations des documents et/ou vos connaissances.
Complétez le tableau bilan.
ATTENTION tout n’est pas à rendre, uniquement les questions en ROUGE
Exemple 1 : Anomalie de méiose et brassage : le pelage des chatsLes chats peuvent avoir des pigmentations différentes. Chez les femelles, on connaît la pigmentation
« tortie », noire et rousse. Cependant il arrive que certains mâles présentent aussi cette couleur de pelage.
Étudions le cas des mâles « tortie ». = PB posé
En utilisant les informations extraites des documents et vos connaissances, proposer une explication à l'existence des mâles « tortie ».
Document 1 : Pigmentation chez les chats
Un chat « tortie » possède deux pigments, l'eumélanine qui donne la couleur noire (N) et la phreomélanine qui donne la couleur rousse (R)
Ces deux pigments sont codés par deux allèles co-dominants d'un même gène (ils s'expriment autant l'un que l'autre).
Suite aux informations de ce document, on peut faire l’hypothèse que : V F Les chats « torties » sont obligatoirement hétérozygotes
V F Les chats « torties » peuvent être hétérozygotes ou homozygotes (il faut les 2 allèles N et R pour avoir les 2 pigments)
Le génotype des chats roux est
Q R//R obligatoirement (2 allèles R -> 100%
de pigment roux, phréomélanine)
! R//R ou R//N(à tortie)
Le génotype des chats noirs est Q N//N obligatoirement
! N//N ou R//N (à tortie)
Donc les mâles « torties » doivent obligatoirement être hétérozygotes : (R//N)
Le gène codant pour le pigment est situé sur le chromosome X Document 2 : Caryotypes du chat mâle et femelle
Chat mâle Chat femelle
D'après http://svtmarcq.blogspot.fr Le caryotype des mâles est
Q 2n = 38
! 2n = 36
! 2n= 19
Q 2n = 38 (dont XY)
! 2n = 38 +XY
Le caryotype des femelles est Q 2n = 38
! 2n = 36
! 2n= 19
Q 2n = 38 (dont XX)
! 2n = 38 +XX
Document 3 : Échiquier de croisement entre une femelle « tortie» et un mâle noir Notation :
Xr: chromosome X, portant un allèle codant pour la phreomélanine, le pigment roux
Xn: chromosome X, portant un allèle codant pour l'eumélanine, le pigment noir
Y: chromosome Y, ne portant aucun allèle codant pour la pigmentation
Xn y
Xn XnXn Femelle
noire XnY Mâle
noir Xr XnXr Femelle
«tortie» XrY Mâle roux D'après http://pawpeds.com V F Les chats « torties » sont obligatoirement des mâles
V F Les chats « torties » peuvent être des mâles ou des femelles
V F Les chats « torties » ne sont que des femelles car elles possèdent un chromosome X (2X) V F Les chats « torties » ne sont que des femelles car elles possèdent 2 chromosomes X
V F Les chats « torties » ne sont que des femelles car les mâles ne possèdent qu’un chromosome X V F Il peut exister des mâles « torties » (c’est le pb posé par l’énoncé !!)
Donc les mâles sont « XY », pour être « torties » ils doivent être hétérozygotes, et le gène est situé sur le chromosome X => PB ?????
Document 4 : Exemple de répartition des chromosomes lors d'une méiose anormale dans une cellule à 2n=2 (après méiose, normalement 4 cellules à n=1)
1 2 3 4 5 6 7 8 Les gamètes anormaux sont les n° : 1, 2, 5, 6, 7, 8
Caryotype des gamètes normaux : n = 1
Caryotypes des gamètes anormaux : 2 possibilité
-« n = 0 » (2, 7, 8) manque de chromosome
-« n = 2 » (1, 5, 6) 1 chromosome surnuméraire
Ces anomalies proviennent : non disjonction des chromosomes homologues en méiose 1 (5, 6, 7, 8)
Ou non disjonction des chromatides en méiose 2 (1, 2)
Suite à une fécondation avec un gamète normal, les cellules œufs seront : - trisomiques : n° : 1, 5, 6
- monosomiques : n° : 2, 7, 8
Attention dans ce cas il s’agit d’une anomalie de disjonction des chromosomes sexuels !
Le caryotype d’un mâle « tortie » doit être : 1 seule possibilité, entraînez vous bien à justifiez les réponses fausses !
!
XnXr = femelle tortie
!
XnY = mâle noir
!
XrY = mâle roux
!
XnYr = gène sur X
!
YnYr : = gène sur X
!
XnYY = mâle noir
!
XrYY = mâle roux
!
XYrYn = gène sur X
!
XYnYn = gène sur X
!
XYrYr = gène sur X
Q XrXnY = mâle « tortie »
!
XnXnY = mâle noir
!
XrXrY = mâle roux
1S : Yà mâle
Réalisez un schéma proposant une hypothèse pour expliquer la cause de ce phénotype [mâle « tortie »] : méiose anormale + fécondation avec un gamète normal (attention la paire concernée est la paire de chromosomes sexuels !)
Anomalie de méiose chez un mâle Xn//Y par
exemple Anomalie de méiose chez une femmelle Xn//Xr
Xn//Xr Y Xn//Xr Y
Non demandé :
Mise en relation.La coloration des chats
La coloration de type tortie est la conséquence de la présence dans les cellules de deux pigments, l’un noir (phréomélanine) et l’autre roux (eumélanine). Chaque pigment est le résultat de l’expression de deux allèles (respectivement n et r) codominants d’un même gène (doc1). Ce gène est porté par le chromosome X uniquement. (doc3)
Une femelle étant de caryotype XX, elle peut porter à la fois un allèle Xn et un allèle Xr (génotype Xn//Xr).
Par contre, un mâle ayant obligatoirement un chromosome Y, il ne peut normalement avoir qu’un allèle Xn (génotype Xn//Y) ou un allèle Xr (génotype Xr//Y). Un mâle ne peut donc être que de phénotype noir ou roux. Dans les conditions normales, seules les femelles peuvent de phénotype « tortie» (doc3).
Obtention d’un mâle « tortie »
Il existe des méioses anormales qui peuvent entre autre produire des gamètes contenant deux exemplaires d’un même chromosome (par exemple deux chromosomes X).(doc4)
Si on considère le cas d’une femelle « tortie » subissant une méiose inégale ou les Xmes homologues (X) ne se séparent pas en méiose 1, il est possible d’obtenir un ovocyte contenant à la fois l’allèle Xn et l’allèle Xr La fécondation entre un de ces ovocytes anormaux avec un spermatozoïde contenant un chromosome Y donne un génotype Xn//Xr Y qui permet à un mâle d’avoir les deux allèles noir et roux.
Si on considère un mâle noir ou roux, subissant une anomalie de méiose 1, il produira des spermatozoïdes Xn//Y ou Xr//Y
La fécondation entre un de ces spermatozoïde anormaux avec un ovocyte contenant un chromosome X n ou r donne un génotype Xn//Xr Y qui permet à un mâle d’avoir les deux allèles noir et roux.
L’existence des chats mâles de phénotype « tortie » est donc la conséquence d’une méiose inégale chez une femelle « tortie » (ou un mâle). Ces femelles produisent des ovocytes Xn//Xr qui, combinés à des
spermatozoïdes Y, donne un mâle exprimant les deux allèles responsables du phénotype « tortie ».
r
La diversité des symbioses : Documents pour comprendre
Les différents types de symbioses :
Les différents types de mycorhizes :
*actinorhize : nodosités des plantes non légumineuses, contaminées par une bactérie type « Frankia »
* rumen : 1ere poche de l’estomac des ruminants, contient de nombreuses bactéries.
Exemple 2 : Les nodosité des fabacées
V F Les bactéries se développent dans les cellules des racines
V F Les bactéries se développent autour des cellules
V F Les bactéries permettent la fabrication des protéines par les fabacées
V F Les bactéries permettent la fabrication des glucides par les fabacées
V F Les bactéries utilisent les protéines fabriquées par les fabacées
V F Les bactéries utilisent les glucides produits par photosynthèse V F Il s’agit d’une endosymbiose V F Il s’agit d’une ectosymbiose V F Les fabacées sont des plantes
alimentaires intéressantes parce qu’elles produisent des glucides V F Les fabacées sont des plantes alimentaires intéressantes parce qu’elles produisent des protéines V F Sans bactéries, les fabacées ne pourraient pas utiliser l’azote atmosphérique
V F Cette association est bénéfique aux 2 espèces
Quel est l’intérêt évolutif de cette association pour les 2 espèces ?
Grâce à cette endosymbiose (les bactéries se développent DANS les cellules de la racine des fabacées)
- les fabacées peuvent utiliser l’azote atmosphérique (N2àNH4+, transformable en acides aminés) pour produire des protéines
- les bactéries utilisent les glucides produits par les fabacées grâce à la photosynthèse pour
produire l’énergie et le carbone nécessaire à leur activité de transformation du N2 atmosphérique.
Elles sont de plus protégées à l’intérieur des cellules.
Document pour comprendre : Les racines des fabacées sont colonisées par des bactéries de type Rhyzobium qui y pénètrent par des
« cordons d’infection » qui se développent au niveau des poils absorbants (cellules où les racines réalisent l’absorption d’eau et d’éléments minéraux) ê
- Accessoirement cette propriété est utilisée par l’homme qui cultive les fabacées : sources de protéines végétales.
Exemple 3 : Les mycorhizes
Il existe souvent des relations symbiotiques entre plantes et champignons. Ces associations à bénéfices réciproques sont des mycorhizes.
En utilisant les informations des documents et les connaissances, mettre en évidence les principaux rôles des mycorhizes dans la nutrition hydrominérale des plantes.
Puis, argumenter l'hypothèse que ce type de symbiose a pu contribuer à la colonisation du milieu aérien par les plantes, il y a environ 400 Ma.
Document 1 : Surface d'échange avec le sol pour une plante mycorhizée ou non
Les deux schémas ci-dessous comparent une partie des appareils racinaires de deux plants d'une même
espèce, l'un mycorhizé ê et l'autre non ê
D'après www.arboris.be V F La présence d’une mycorhize diminue la surface d’absorption de la racine
V F La présence d’une mycorhize augmente la zone de sol explorée par la racine V F La présence d’une mycorhize améliore l’alimentation de la plante
Donc la présence de la mycorhize, augmente la surface d’exploration du sol par les racines, augmentant la surface d’absorbation et donc l’alimentation de la plante
Document 2 : Nutrition hydrominérale de la plante et mycorhizes
Graphe 2-a : Accroissement en hauteur de plants de Cupressus atlantica préalablement inoculés ou non par des champignons mycorhiziens au cours de la première année de plantation. o: Plants non inoculés ; n:
plants mycorhizés. (Croissance >>)
V F Globalement, les plantes mycorhizées se développent mieux qu’une plate non inoculée V F La présence d’une mycorhize ne favorise la croissance que pendant la saison sèche V F La présence d’une mycorhize favorise toujours la croissance (juillet =)
V F La croissance est favorisée par une meilleure alimentation de la plante grâce à la présence de mycorhize (doc1)
La meilleure alimentation de la plante en eau (doc1) favorise sa croissance. Sauf quand la quantité d’eau est minimum en pleine saison sèche.
Graphe 2-b : Mesure de la biomasse et des quantités d’azote (N) et de phosphore (P) pour trois lots de plants d’Acacia holosericea après deux années de plantation.
* biomasse : masse de matière produite par un être vivant.
Contrairement au lot témoin, les lots COI024 et IR100 sont mycorhizés.
D'après Le projet majeur africain de la Grande Muraille Verte - A. Dia et R. Duponnois (2-a et 2-b) V F Globalement, les plantes mycorhizées produisent plus de matière (biomasse >>)
= bois
V F La mycorhize ne participe pas à l’alimentation minérale (N & P >>)
V F La présence d’une mycorhize favorise l’absorption d’éléments minéraux qui entrent dans la composition de la matière vivante (N & P entre dans la composition des molécules du vivant : acides aminés, acides nucléique)
V F La production de matière est favorisée par une meilleure alimentation de la plante en eau (doc2b) et en éléments minéraux grâce à la présence de mycorhize (doc1)
Parallèlement à l’alimentation en eau, la mycorhize favorise l’absorption des éléments minéraux indispensables à la production des molécules du vivant qui entrent dans la composition de la matière végétale ce qui participe donc à leur croissance.
Document 3 : Exemple d'endomycorhize actuelle
Arbuscule intracellulaire d'une endomycorhize actuelle dans une cellule de maïs (MEB, barre blanche = 5
!m). Le maïs, comme 85 % des plantes actuelles, est mycorhyzé.
D'après http://acces.ens-lyon.fr
* mycélium : ensemble des filaments qui forment la majorité du « corps » du champignon
V F Il y a des filaments mycéliens dans la cellule de mais
V F Il y a des cellules de mais dans le champignon
V F C’est une endomycorhize V F C’est une endosymbiose
Document 4 : La flore de Rhynie
Le site de Rhynie, situé en Écosse, est un gisement fossilifère exceptionnel daté d'environ - 410 Ma. On y trouve les plus anciennes formes connues de végétaux vasculaires* à ramifications aériennes, comme Aglaophyton, Rhynia...
Ces espèces possédaient une cuticule protectrice, des stomates et des
trachéides constituant des tissus conducteurs de sève brute. En revanche, ils ne présentaient pas de système racinaire bien développé mais de simples rhizomes* permettant avant tout la fixation de la plante sur le sol. (pas de rôle d’absorption)
D'après Illustration de F. Gantet
* végétaux vasculaires : avec des vaisseaux de conduction des sèves
* Rhizomes : tiges sous-terraines
Document 5 : Coupe transversale d'un rhizome fossile d'Aglaophyton de Rhynie Les fossiles de Rhynie ont bénéficié d’une conservation exceptionnelle.
En (a), coupe transversale d'un rhizome fossile d'Aglaophyton de Rhynie (lame mince en MO, x 15) et, en (b), détail de deux cellules (x 600).
D'après F. LE TACON et M.-A. SELOSSE, Rev. for. fr., XLIX – 1997.
V
F Il y a 410 Ma, les végétaux vasculaires existaient
V
F L’espèce fossile d’
Aglaophyton présentait des vaisseaux conducteursV
FL’espèce fossile d’
Aglaophyton présentait des racinesV
FUn végétal sans racines est plus efficace quant à son alimentation.
V
FUn rhizome sert avant tout à l’alimentation
VF Le document 5b présente 2 cellules de rhizome
V
F Dans les cellules du doc 5b je vois une structure qui ressemble à celle présentée dans le doc3
V
F
Aglaophyton devait être mycorhizéeV
FLes symbioses mycorhiziennes sont des mécanismes très récents dans l’histoire de la vie V
FLes symbioses mycorhiziennes sont apparues avec l’apparition des racines
V
F Les symbioses mycorhiziennes ont permis l’efficacité de l’alimentation des plantes avant l’apparition des racines
VF Les symbioses mycoriziennes existent depuis au moins 410 Ma
V
F Les symbioses mycorhiziennes ont permis l’installation des végétaux chlorophylliens sur les continents Rédigez la mise en relation qui répond au(x) problème(s) posé(s) (quelques lignes)
Mise en relation :
Les mycorhizes participent directement à l’alimentation hydrominérale des plantes : - elles augmentent la surface d’échange racinaire (doc1) et
- ainsi augmentent l’absorption de l’eau et des éléments minéraux (docs 2)
- ce qui permet une meilleure croissance, grâce à une production accrue de molécules organiques (doc2b)
Les mycorhizes ont pu participer à la colonisation du milieu aérien il y a 400Ma
- les premières plantes vasculaires dépourvues de système racinaires possèdent cependant des vaisseaux conducteurs de sèves. (doc4)
- Leur alimentation hydrominérale semble avoir été assurée par des endosymbioses que l’on peut très bien identifier sur le doc 5 en le comparant à une espèce actuelle : le maïs (doc3).
Il y a 400 Ma, la mise en place de symbioses avec des champignons permettent aux premiers végétaux vasculaires de coloniser le milieu aérien en permettant à ces plantes d’absorber l’eau et les éléments minéraux dont elles ont besoin pour produire leur matière et croître.
Ces mécanismes ont été conservés par l’évolution malgré l’apparition de surfaces d’échange spécialisée comme les racines.
Exemple 4 : la polyploïdisation Exercice 1 : entraînement
Exercice 1 (type bac 2.1 )
Les spartines sont des plantes de la famille des Poacées (anciennement Graminées) se développant le plus souvent sur les vases salées du littoral. Jusqu’au milieu du XIXème siècle, les vasières littorales des côtes de la baie de Southampton, au sud de l’Angleterre, étaient peuplées de l’espèce Spartina maritima.
(1ere présente )
L’introduction par l’Homme d’une autre espèce de spartine, Spartina alterniflora,(2ième) en provenance de l’Amérique, fut rapidement suivie par l’apparition, vers 1870, d’une nouvelle espèce
hybride, Spartina townsendi, (3ième) se reproduisant uniquement de façon asexuée : les nouveaux individus se formaient à partir de tiges souterraines rampantes d’une plante mère stérile.
Vers 1880, on vit émerger une nouvelle espèce appelée Spartina anglica,(4ième) issue de Spartina townsendi, et qui, cette fois, se reproduisait de façon sexuée, par l’intermédiaire de graines. Spartina anglica s’est rapidement propagée sur les côtes européennes.
Des études génétiques ont montré que chez de rares plants de Spartina townsendi, des cellules mères des gamètes se retrouvaient avec un doublement du nombre de chromosomes (endoréplication : réplication de l’ADN suivie d’une séparation des chromatides sans division cellulaire) avant de subir la réplication précédant la méiose.
Cochez LA proposition exacte pour chaque question :
Détails : page suivante
1)
Méiose Hybridation
S.maritima (2n= 60) àn=30
S towsendi (« 2n » = 61) stérile S.alterniflora (2n = 62) àn=31
2)
Spartina townsendi, (3ième) se reproduisant uniquement de façon asexuée : les nouveaux individus se formaient à partir de tiges souterraines rampantes d’une plante mère stérile.
S. towsendi est stérile, elle ne peut effectuer de méiose, son caryotype est constitué de 30 chromosomes (ß maritima) et 31 (ß alterniflora), non homologues, donc ils ne peuvent s’appariés, donc pas de méiose normale.
Des études génétiques ont montré que chez de rares plants de Spartina townsendi, des cellules mères des gamètes se retrouvaient avec un doublement du nombre de chromosomes (endoréplication : réplication de l’ADN suivie d’une séparation des chromatides sans division cellulaire) avant de subir la réplication précédant la méiose.
S. Towsendi Cellule mères
des gamètes Endoréplication Séparation des chromatides, mais pas de division cellulaire
Méiose
Réplication Méiose 1 (Séparation de Xmes
homologues)
Méiose 2 (séparation de chromatides)
« 2n » = 61 Xmes à une chromatide.
(30 +31, non homologues)
2n = 61 Xmes à
2 chromatides « 2n » = 122 Xmes à 1
chromatide = 61 paires de Xmes homologues.
122 Xmes (61 paires) à 2 chromatides.
2 cellules haploïdes, n=
61 Xmes à 2 chromatides.
4 cellues haploïdes, n=
61 Xmes à 1 chromatide : GAMETES
*
3)
Vers 1880, on vit émerger une nouvelle espèce appelée Spartina anglica,(4ième) issue de Spartina townsendi, et qui, cette fois, se reproduisait de façon sexuée, par l’intermédiaire de graines. Spartina anglica s’est rapidement propagée sur les côtes européennes.
Des études génétiques ont montré que chez de rares plants de Spartina townsendi, des cellules mères des gamètes se retrouvaient avec un doublement du nombre de chromosomes (endoréplication : réplication de l’ADN suivie d’une séparation des chromatides sans division cellulaire) avant de subir la réplication précédant la méiose.
n=61 + n=61 à 2n = 122 (S. anglica) 4)
n=61
(30 xmes 2 exemplaires
d’homologues+1) 2n =
30 paires de Xmes (4 exemplaires) + 1 paire d’homologues Fécondation
n=61
(30 xmes 2 exemplaires d’homologues+1) 5)
Méiose 1)Hybridation Polyploïdisation Fécondation
S.maritima àn=30 Endoréplication +
méiose
S towsendi (« 2n » =
61) stérile n = 61 2n = 122
S.alterniflora àn=31
Exercice 2 : l ‘histoire des Séneçons
Les séneçons sont des plantes appartenant à la famille des astéracées.
- Senecio squalidus est un hybride issu de deux espèces siciliennes
diploïdes (2n = 20) : Senecio aethnensis (Sa) et Senecio chrysanthemfolius(Sch).
- Introduit en Grande-Bretagne, il s’est hybridé avec le séneçon commun local, espèce diploïde comportant 40 chromosomes, pour donner par alloplyploidie Senecio cambrensis (Sca) qui comporte 60 chromosomes.
Reconstituez l’histoire de cette plante : expliquez, sous forme de schémas précisement annotés, la formation de Senecio cambresis.
Vous définirez les termes employés dans vos annotations.
Deux hypothèses peuvent être envisagées. (une seule est demandée)
Caryotypes, mécanismesHybridation : reproduction entre des individus appartenant à 2 espèces différentes (descendance le plus souvent stérile, mais chez les végétaux la reproduction asexuée permet à ces hybrides de se multiplier et de se maintenir)
Polyploïdisation : multiplication accidentelle du nombre de lots de chromosomes (accident de mitose ou de méiose = non disjonction des chromosomes homologues)
Allopolyploïdisation : conjugaison des effets d’une hybridation et d’une polyploïdisation (Les lots de chromosomes de 2 espèces s’ajoutent)
Plus détaillé :
Hybridation
(Non demandé dans l’exercice, que l’hybride soit stérile ne change rien à la suite)
Exemple 5 : Diversification et comportement
V
F Le comportement est apparu au moins 2 fois dans 2 populations différentes chez les mésanges
V
FLe comportement est apparu plusieurs fois à plusieurs endroits différents dans toute la Grande Bretagne
V
F Le caractère s’est transmis par apprentissage
V
F Cet exemple peut être qualifié de mécanisme de diversification du vivant car d’autresespèces l’ont acquis
V
FCet exemple peut être qualifié de mécanisme de diversification du vivant car les mésanges qui le pratiquent sont devenues des espèces différentes
V
F Cet exemple peut être qualifié de mécanisme de diversification du vivant car il permet aux espèces qui le possèdent d’exploiter de nouvelles ressources alimentaires
V
FL’ouverture des bouteilles de lait est un caractère inné chez les mésanges
V F
Ce comportement représente un avantage pour les mésanges
V
F Le caractère s’est transmis génétiquement dansles populations de mésanges
Tableau bilan : les autres* mécanismes de diversification du vivant.
* que brassages génétiques
à recopier et compléter en utilisant votre cours, le DM et votre livre
