Exercice 1 — Définitions et notions fondamentales
1. Définition d'un fossile et type de roche (1,5 pt)
Un fossile est un reste (os, coquille, dent, empreinte) ou une trace d'un être vivant ancien, conservé dans une roche. Les fossiles se forment dans les roches sédimentaires : lorsqu'un organisme mort est rapidement recouvert par des sédiments (sable, boue, vase), les parties dures se minéralisent peu à peu et se conservent au fil du temps.
- Éléments attendus : définition (reste/trace d'organisme ancien) + type de roche (sédimentaire) + idée de conservation/minéralisation.
2. Définition d'une mutation et conséquences (1,5 pt)Une
mutation est une modification aléatoire et héréditaire de la séquence d'ADN d'un organisme. Elle peut survenir spontanément lors de la réplication de l'ADN ou être provoquée par des agents mutagènes (UV, substances chimiques).
Ses conséquences peuvent être :
- Neutre : aucun effet visible sur le phénotype (majorité des cas).
- Défavorable (délétère) : peut nuire à la survie ou à la reproduction de l'individu.
- Favorable : peut améliorer l'adaptation à l'environnement et être favorisée par la sélection naturelle.
3. Définition de l'espèce biologique (1 pt)Une
espèce biologique est un groupe d'individus capables de se reproduire entre eux et de donner une
descendance fertile et viable. Les individus d'espèces différentes ne peuvent pas se reproduire ensemble, ou leur descendance est stérile (ex. : le mulet, issu de l'âne et de la jument, est stérile).
Exercice 2 — Preuves de l'évolution
1. Deux types de preuves de l'évolution avec exemples (4 pt)
Preuve 1 : les fossiles (preuves paléontologiques)
Les fossiles témoignent de l'existence d'espèces disparues et montrent que les êtres vivants ont changé au cours du temps. Ils permettent de reconstituer des lignées évolutives et de trouver des espèces de transition.
Exemple : Archaeopteryx (environ 150 millions d'années) possède à la fois des caractères de reptile (dents, griffes aux ailes, longue queue osseuse) et des caractères d'oiseau (plumes, ailes). Il constitue une forme de transition entre reptiles et oiseaux, ce qui témoigne d'une évolution entre ces deux groupes.
Preuve 2 : les homologies anatomiques
Des structures anatomiques similaires dans leur organisation mais aux fonctions différentes prouvent une origine commune (ancêtre commun).
Exemple : Le membre chiridien présente la même organisation osseuse de base (humérus, radius/ulna, os du carpe, phalanges) chez des Vertébrés très différents : bras humain (préhension), nageoire du dauphin (nage), aile de la chauve-souris (vol), patte du cheval (marche). Ces structures homologues prouvent que tous ces Vertébrés descendent d'un ancêtre commun.
On pouvait aussi citer les homologies moléculaires : ressemblances de séquences d'ADN entre espèces apparentées (ex. : 98,7 % de similitude ADN entre Homme et chimpanzé).
2. Rareté de la fossilisation et condition nécessaire (1 pt)
La fossilisation est rare car elle nécessite la réunion de conditions très particulières : l'organisme doit être rapidement enfoui dans des sédiments après sa mort, avant d'être décomposé par les bactéries ou consommé par des charognards. La grande majorité des organismes morts se décomposent sans laisser de trace. De plus, seules les parties dures (os, coquilles, dents) se fossilisent facilement.
- Condition à citer : enfouissement rapide dans des sédiments (ou : absence de décomposition rapide, ou : présence de parties dures).
Exercice 3 — La sélection naturelle
1. Les trois conditions de la sélection naturelle (3 pt)
Pour que la sélection naturelle puisse agir, trois conditions sont nécessaires :
- La variabilité : les individus d'une même population présentent des différences héréditaires (caractères différents, ex. couleur, taille, résistance à une maladie). (1 pt)
- L'hérédité : les caractères variables doivent être transmissibles des parents à la descendance (caractères génétiques). (1 pt)
- La lutte pour la survie / reproduction différentielle : tous les individus ne survivent pas et ne se reproduisent pas de la même façon. Les ressources sont limitées ; les individus mieux adaptés survivent davantage et laissent plus de descendants. (1 pt)
2. Le phalène du bouleau et l'industrialisation (2 pt)Avant l'industrialisation, les troncs de bouleaux étaient couverts de lichens clairs. La forme
claire du phalène (
Biston betularia) était bien camouflée sur ces troncs et donc peu prédatée par les oiseaux. Elle était majoritaire dans la population.
Avec l'industrialisation, la pollution a recouvert les troncs de suie noire, tuant les lichens. La forme
sombre est alors devenue mieux camouflée sur les troncs noircis, donc moins prédatée, et a survécu et s'est reproduite davantage. La forme claire, au contraire, est devenue plus visible et a été éliminée par la prédation.
Résultat : la fréquence de la forme sombre a augmenté dans la population, tandis que celle de la forme claire a diminué. C'est la sélection naturelle qui a modifié la composition de la population en réponse au changement de milieu.
- Éléments attendus : changement de l'environnement (suie) → changement de l'avantage sélectif → augmentation de la forme sombre, diminution de la forme claire.
Exercice 4 — Spéciation et classification
1. Mécanisme de spéciation allopatrique (2 pt)
La spéciation allopatrique est l'apparition de nouvelles espèces à partir d'une espèce ancestrale dont les populations ont été séparées par une barrière géographique (montagne, mer, fleuve, désert…).
Étapes du mécanisme :
- Étape 1 — Isolement géographique : une barrière géographique divise une population en deux groupes qui ne peuvent plus se croiser (plus d'échange de gènes). (0,5 pt)
- Étape 2 — Accumulation de différences génétiques : dans chaque groupe isolé, des mutations différentes apparaissent de manière aléatoire. La sélection naturelle favorise des caractères différents selon les conditions locales propres à chaque milieu. Les deux groupes divergent génétiquement de plus en plus. (1 pt)
- Étape 3 — Spéciation : après suffisamment de générations, les deux groupes sont devenus si différents génétiquement qu'ils ne peuvent plus se reproduire entre eux (isolement reproducteur). Deux espèces distinctes sont formées. (0,5 pt)
2. Synapomorphie — définition et exemple (2 pt)Une
synapomorphie est un caractère dérivé (apparu dans l'évolution, donc « nouveau » par rapport à l'ancêtre primitif) qui est
partagé par plusieurs espèces descendant d'un même ancêtre commun. Ce caractère permet de regrouper ces espèces dans un même groupe phylogénétique (clade).
(1 pt)Exemple chez les Vertébrés : La présence d'un
amnios (membrane entourant l'embryon) est une synapomorphie qui définit le groupe des Amniotes : elle est partagée par tous les Reptiles, tous les Oiseaux et tous les Mammifères, et témoigne de leur ancêtre commun. La présence de
poils et de glandes mammaires est une synapomorphie propre aux Mammifères.
(1 pt)
Exercice 5 — Raisonnement sur document
Interprétation des données de comparaison de protéines (2 pt)
Les données indiquent le nombre de différences dans la séquence d'une protéine par rapport à la séquence humaine :
- Chimpanzé : 0 différence
- Rat : 30 différences
- Grenouille : 67 différences
Interprétation :- Le chimpanzé est l'espèce la plus proche de l'Homme : sa séquence protéique est identique à 100 % à celle de l'Homme. Leur ancêtre commun est donc le plus récent (divergence il y a environ 7 millions d'années). (0,5 pt)
- La grenouille est l'espèce la plus éloignée de l'Homme : elle présente 67 différences, ce qui indique une divergence très ancienne de l'ancêtre commun. (0,5 pt)
- Plus le nombre de différences est élevé entre deux espèces, plus leur ancêtre commun est ancien : la divergence Homme/rat est plus ancienne que la divergence Homme/chimpanzé, et la divergence Homme/grenouille est la plus ancienne des trois. (1 pt)
Conclusion : Ces données confirment l'arbre phylogénétique établi par d'autres méthodes : Homme et chimpanzé sont plus proches entre eux qu'avec le rat ou la grenouille, et les Mammifères (Homme, chimpanzé, rat) forment un groupe plus proche parent que celui des Amphibiens (grenouille).