Exercice 1 — Vocabulaire et définitions
1. Définitions :
- Allèle : forme alternative d'un même gène, occupant le même locus sur deux chromosomes homologues. Un allèle résulte d'une mutation et peut entraîner un phénotype différent.
- Mutation : modification aléatoire et héréditaire de la séquence de nucléotides de l'ADN. Elle crée de nouveaux allèles et est à l'origine de la diversité génétique. Elle peut être neutre, favorable ou défavorable.
- Brassage génétique : ensemble des mécanismes (brassage interchromosomique et crossing-over lors de la méiose, fécondation aléatoire) qui produisent de nouvelles combinaisons d'allèles, augmentant ainsi la diversité génétique des individus d'une même espèce.
- Sélection naturelle : processus par lequel les individus porteurs de caractères héréditaires avantageux dans un environnement donné survivent mieux et se reproduisent davantage. Ces caractères se transmettent à la descendance et leur fréquence augmente dans la population au fil des générations.
2. Homozygote / hétérozygote :Un individu
homozygote pour un gène possède deux allèles
identiques pour ce gène (ex. : (A//A) ou (a//a) pour le gène de la couleur des yeux).
Un individu
hétérozygote possède deux allèles
différents pour ce gène (ex. : (A//a)).
Exemple : pour le groupe sanguin ABO, un individu de génotype (I
A//I
A) est homozygote (groupe A) ; un individu (I
A//I
B) est hétérozygote (groupe AB).
Exercice 2 — La méiose et la diversité génétique
1. Le crossing-over et la diversité génétique (2 pts) :
Un crossing-over (ou enjambement) est un échange de segments d'ADN entre deux chromosomes homologues lors de la prophase I de la méiose. Les chromosomes s'entrecroient en un point appelé chiasma et échangent des fragments.
Il contribue à la diversité génétique en créant de nouvelles combinaisons d'allèles sur un même chromosome, combinaisons qui n'existaient ni chez le père ni chez la mère. C'est le brassage intrachromosomique.
2. Brassage interchromosomique vs intrachromosomique (2 pts) :
- Brassage interchromosomique : lors de la méiose, les paires de chromosomes homologues se séparent et se répartissent de façon aléatoire dans les cellules filles. Pour 23 paires humaines, cela produit 223 ≈ 8 millions de combinaisons chromosomiques possibles. Il porte sur des chromosomes entiers.
- Brassage intrachromosomique (crossing-over) : échange de segments entre deux chromosomes homologues. Il crée de nouvelles combinaisons d'allèles à l'intérieur d'un même chromosome, en plus des combinaisons dues au brassage interchromosomique.
3. Chaque gamète est génétiquement unique (1 pt) :Parce que la méiose combine les deux types de brassage : la répartition aléatoire des chromosomes (interchromosomique) et les crossing-over (intrachromosomique). La probabilité que deux gamètes issus de la même méiose soient identiques est quasi nulle. Chaque gamète possède donc une combinaison d'allèles unique.
Exercice 3 — Les mutations
1. Deux causes de mutations (2 pts) :
- Rayonnements UV (nature physique) : les ultraviolets du soleil peuvent endommager l'ADN en modifiant la liaison entre certains nucléotides (dimères de thymine), provoquant des erreurs lors de la réplication.
- Erreurs aléatoires lors de la réplication de l'ADN (nature aléatoire) : lors de la copie de l'ADN avant chaque division cellulaire, des nucléotides incorrects peuvent être incorporés. La plupart sont corrigés par les enzymes de réparation, mais certaines erreurs persistent et constituent des mutations.
Autres exemples acceptés : agents mutagènes chimiques (tabac, certains solvants), rayons X (nature physique).
2. Mutation somatique vs germinale (2 pts) :Une
cellule somatique (peau, foie, muscle…) ne participe pas à la reproduction. Même si elle est mutée, cette mutation reste cantonnée à l'organisme de l'individu et
ne peut pas être transmise à ses descendants, car elle n'est pas présente dans les gamètes.
En revanche, une
cellule germinale (ovocyte ou spermatozoïde) est directement impliquée dans la reproduction. Si elle porte une mutation, celle-ci sera présente dans le zygote formé lors de la fécondation, et donc dans
toutes les cellules du nouvel individu. Cette mutation sera héréditaire et potentiellement transmise à la génération suivante.
Exercice 4 — Analyse d'un document
Document : pinsons des Galápagos (Darwin) — becs variés selon les îles.
1. Facteur de sélection sur chaque île (1 pt) :
- Île à graines dures : le facteur de sélection est la disponibilité de graines dures (ressource alimentaire dominante). Seuls les pinsons dotés d'un bec épais et fort peuvent briser ces graines et se nourrir efficacement.
- Île à fleurs tubulaires : le facteur de sélection est la forme des fleurs (ressource alimentaire = nectar au fond de tubes). Seuls les pinsons à bec fin et long peuvent y accéder.
2. Comment la sélection naturelle conduit à la diversité des becs (2 pts) :Au départ, la population ancestrale de pinsons présentait une
variabilité génétique de la forme du bec (due à des mutations). Sur chaque île, l'environnement (type de nourriture disponible) constitue une pression de sélection différente :
— Sur les îles à graines dures, les pinsons à bec épais mangent mieux, survivent et se reproduisent davantage → leur fréquence augmente dans la population.
— Sur les îles à fleurs tubulaires, ce sont les pinsons à bec fin qui sont avantagés → leur fréquence augmente.
Génération après génération, la sélection naturelle a
augmenté la fréquence des allèles codant pour le bec le mieux adapté à chaque île, conduisant à la diversité observée.
3. Même espèce ou espèces différentes ? Spéciation. (2 pts) :Les pinsons des Galápagos constituent en réalité
plusieurs espèces différentes (une quinzaine d'espèces distinctes décrites).
La
spéciation s'est produite ainsi : les pinsons d'une espèce ancestrale ont colonisé différentes îles. Chaque population a été
isolée géographiquement, évoluant indépendamment sous des pressions de sélection différentes. Au fil du temps, les différences génétiques se sont accumulées jusqu'à ce que les populations ne puissent plus se reproduire entre elles. Une nouvelle espèce est née quand deux populations ne peuvent plus se croiser (ou ne donnent plus de descendance fertile).
Exercice 5 — Synthèse
Le schéma-bilan attendu doit faire apparaître la chaîne causale suivante, avec des flèches et des justifications courtes :
Mutations de l'ADN
↓ créent de nouveaux allèles
Diversité des allèles
↓ réorganisés par
Brassage génétique (méiose : crossing-over + brassage interchromosomique) + Fécondation aléatoire
↓ produit
Diversité des individus (génotypes et phénotypes variés)
↓ soumis à
Sélection naturelle (les individus les mieux adaptés survivent et se reproduisent davantage)
↓ sur de nombreuses générations conduit à
Évolution des espèces → Spéciation → Diversité du vivant
Critères de réussite :
- Toutes les étapes sont présentes et dans le bon ordre.
- Les flèches sont accompagnées d'un mot ou d'une courte explication du lien causal.
- Les termes clés (mutation, allèle, brassage, sélection naturelle, spéciation) sont correctement utilisés.