Devoir surveillé : génétique, évolution et populations

1. a)Faux (0,5 pt). Les ovules portent tous un chromosome X (la mère est XX). La moitié des spermatozoïdes porte un X, l’autre moitié un Y : c’est le spermatozoïde qui décide, XX donne une fille, XY un garçon. (0,5 pt) (1)
2. b)Faux (0,5 pt). C’est une mutation somatique : elle n’est présente que dans les cellules issues, par mitose, de la cellule du foie mutée. Ses ovules ne la portent pas, donc ses enfants ne la recevront pas. (0,5 pt) (1)
3. c)Faux (0,5 pt). Chaque couche est plus récente que celle qu’elle recouvre (principe de superposition) : la couche du bas s’est déposée la première, ses fossiles sont les plus anciens. (0,5 pt) (1)
4. d)Faux (0,5 pt). Une population réunit des individus d’une même espèce qui vivent dans un même milieu et peuvent se reproduire entre eux. Les chabots des deux rivières ne se rencontrent jamais : ils forment deux populations, chacune avec son propre effectif. (0,5 pt) (1)

Méthode — pour justifier un « faux », on écrit la phrase juste et la règle du cours qui la prouve : chromosomes sexuels des gamètes, mutation somatique, superposition des couches, définition d’une population.

1. a)(c ; c) (0,5 pt). L’allèle c est récessif : il ne s’exprime que s’il est présent en deux exemplaires. Avec un seul allèle N, Ella serait noire. (0,5 pt) (1)
2. b)La méiose, dans les testicules : chaque spermatozoïde reçoit un chromosome de chaque paire, soit 78 ÷ 2 = 39 chromosomes (0,5 pt), donc un seul allèle de ce gène : la moitié des spermatozoïdes porte N, l’autre moitié porte c. (0,5 pt) (1)
3. c)Ovules d’Ella : tous c. Spermatozoïdes de Rocky : N ou c. Tableau : ovule c + spermatozoïde N → (N ; c), chiot noir ; ovule c + spermatozoïde c → (c ; c), chiot chocolat (0,5 pt). Chaque chiot a 1 chance sur 2 d’être chocolat. (0,5 pt) (1)
4. d)Dans une cellule reproductrice : un gamète (ovule ou spermatozoïde) ou la cellule-œuf, c’est une mutation germinale (0,5 pt). La cellule-œuf qui l’a reçue l’a recopiée, par mitoses, dans toutes les cellules du chiot, y compris celles qui fabriquent ses gamètes : il a pu la transmettre à son tour. Une mutation d’une cellule du corps ne serait pas passée aux descendants. (0,5 pt) (1)

Piège — « dominant » ne veut pas dire que tous les chiots seront noirs : un mâle noir (N ; c) peut avoir des chiots chocolat avec une femelle qui porte aussi c, car la moitié de ses spermatozoïdes porte l’allèle c.

1. a)Vertébrés (vertèbres) ⊃ ostéichthyens (squelette osseux) ⊃ tétrapodes (quatre membres) ⊃ amniotes (amnios). Sans poils ni mamelles, ce n’est pas un mammifère : son plus petit groupe est celui des amniotes. (1 pt : 0,5 pour les quatre groupes dans l’ordre, 0,5 pour les caractères) (1)
2. b)Le blaireau partage 4 caractères avec le lézard (vertèbres, squelette osseux, quatre membres, amnios) et 3 seulement avec l’alyte (pas d’amnios chez l’alyte) (0,5 pt). Il est donc plus proche parent du lézard des murailles : leur ancêtre commun est plus récent. (0,5 pt) (1)
3. c)La torpille se sépare la première ; puis la sardine ; puis l’alyte ; puis le lézard ; le blaireau est au bout de la dernière branche. Repère 1 (vertèbres) à la racine, hérité par les cinq espèces ; repère 2 (squelette osseux) juste avant le nœud des quatre espèces autres que la torpille ; repère 3 (quatre membres) juste avant le nœud alyte–lézard–blaireau ; repère 4 (amnios) juste avant le nœud lézard–blaireau ; repère 5 (poils et mamelles) sur la seule branche du blaireau. Toutes les espèces sont au bout des branches. (1 pt : 0,5 pour l’ordre des branches, 0,5 pour les repères) (1)
4. d)Sardine–alyte : 4 différences (lettres 2, 4, 6 et 11) ; sardine–blaireau : 4 (lettres 2, 4, 10 et 11) ; alyte–blaireau : 2 (lettres 6 et 10) (0,5 pt). L’alyte et le blaireau sont les plus proches : c’est en accord avec l’arbre, où ils sont réunis par le repère 3 (quatre membres) alors que la sardine s’est séparée avant eux. (0,5 pt) (1)

Astuce — une espèce appartient à son plus petit groupe et à tous ceux qui le contiennent ; dans l’arbre, chaque caractère se place juste avant le nœud de toutes les espèces qui le possèdent, et d’elles seules.

1. a)Effectif estimé = marqués × capturés la seconde fois ÷ marqués recapturés = 28 × 35 ÷ 7 = 140 écureuils (7 marqués sur 35, soit 1 sur 5). (1 pt : 0,5 pour la relation, 0,5 pour le résultat) (0,8)
2. b)Densité = effectif ÷ surface = 140 ÷ 0,7 = 200 écureuils par km². (0,5 pt) (0,8)
3. c)Variation = (52 + 6) − (41 + 13) = 58 − 54 = + 4 (0,5 pt). L’effectif passe à 140 + 4 = 144 : la population croît légèrement. (0,5 pt) (0,8)
4. d)La mortalité, en évitant les écureuils écrasés (0,5 pt). Si le reste ne change pas, moins de décès donnent une variation plus forte : l’effectif devrait augmenter. La passerelle permet aussi aux écureuils de passer d’un côté à l’autre sans danger (arrivées et départs). (0,5 pt) (0,8)
5. e)Un caractère individuel : il varie d’un écureuil roux à l’autre dans la même espèce, alors qu’un caractère de l’espèce (une queue touffue, quatre pattes, des poils) est partagé par tous ses membres. (0,5 pt) (0,8)

Erreur fréquente — en capture-marquage-recapture, on ne divise pas 28 par 7 : on multiplie les marqués (28) par les capturés de la seconde fois (35), puis on divise par les marqués retrouvés (7).

1. a)12 lettres au départ, 11 après : c’est une délétion (0,5 pt). La 6e lettre, un A, a disparu (GGA devient GGT…) : à partir du 2e groupe, tous les groupes de trois sont changés (GGT, CAG, TC), la lecture est décalée. (0,5 pt) (1)
2. b)Induites : elles sont provoquées par un agent mutagène, les UV du soleil ; somatiques : elles touchent des cellules du corps et ne passeront pas à ses enfants (0,5 pt). Gestes : rester à l’ombre entre 12 h et 16 h, porter un T-shirt et un chapeau, des lunettes de soleil, compléter par une crème à indice élevé (deux au choix). (0,5 pt) (1)
3. c)Mutation spontanée (une erreur de copie, sans agent mutagène) et germinale (dans une cellule qui donne des gamètes) (0,5 pt). Si un spermatozoïde qui la porte féconde un ovule, la cellule-œuf la reçoit ; elle est recopiée à chaque mitose et se retrouve dans toutes les cellules de l’enfant. (0,5 pt) (1)
4. d)GTG et GTT désignent toutes deux la brique Val : la protéine ne change pas (0,5 pt). La mutation est neutre. (0,5 pt) (1)

Méthode — pour classer une mutation, on se pose deux questions séparées : sa cause (agent mutagène → induite ; erreur de copie → spontanée) et la cellule touchée (cellule du corps → somatique ; gamète ou cellule-œuf → germinale).

1. a)Non. L’absence de cornes de cette vache est un caractère acquis : l’écornage ne modifie ni ses allèles ni ceux de ses ovules (0,5 pt). Elle est née avec des bourgeons de cornes : elle est (c ; c) et ne transmet que l’allèle c. Ses veaux auront des cornes ou non selon l’allèle reçu du taureau, comme si elle n’avait jamais été écornée. (0,5 pt) (1,25)
2. b)Les vaches sont (c ; c) : le caractère « cornes », récessif, ne s’exprime qu’avec deux allèles c (0,5 pt). Si Hector était (S ; c), la moitié de ses spermatozoïdes porteraient c : environ un veau sur deux serait (c ; c), avec des cornes, soit une douzaine sur 24. Aucun n’en a : Hector ne fabrique très probablement que des spermatozoïdes S, il est (S ; S) (0,5 pt). « Très probablement » seulement : le hasard pourrait, très rarement, ne donner que des veaux S. (0,5 pt) (1,25)
3. c)Les veaux sont tous (S ; c) : un S venu d’Hector, un c venu de leur mère (0,5 pt). Croisement (S ; c) × (c ; c) : spermatozoïdes S ou c, ovules tous c ; (S ; c) → sans cornes, (c ; c) → cornes (0,5 pt). Le veau a 1 chance sur 2 d’avoir des cornes. (0,5 pt) (1,25)
4. d)Pour l’éleveur, elle est favorable : plus besoin d’écorner, moins de blessures dans le troupeau (0,5 pt). Pour un bovin sauvage, privé de cornes pour se défendre, elle serait plutôt défavorable. Règle : une mutation apparaît au hasard ; c’est ensuite le milieu où vit l’individu qui la rend utile, nuisible ou sans effet. (0,5 pt) (1,25)

Astuce — pour trouver le génotype d’un parent au phénotype dominant, on regarde ses petits avec un partenaire récessif : un seul petit récessif prouve qu’il porte l’allèle récessif ; de nombreux petits tous dominants rendent (S ; S) très probable, sans le prouver.

1. a)Elles ont des poils (une fourrure) et des mamelles : ce sont des mammifères (0,5 pt). Donc aussi des amniotes, des tétrapodes, des ostéichthyens et des vertébrés. (0,5 pt) (1,25)
2. b)Oui, elles sont homologues : mêmes os, à la même place, dans le même ordre (0,5 pt). Mais cette organisation est celle du membre avant de tous les tétrapodes (le hérisson et l’éléphant l’ont aussi) : elle montre une parenté lointaine, héritée de l’ancêtre commun des tétrapodes, pas une parenté proche entre les deux taupes (0,5 pt). Leurs grosses griffes de fouisseur sont liées à leur façon de vivre (creuser) : c’est une ressemblance trompeuse. (0,5 pt) (1,25)
3. c)L’éléphant d’Afrique : 7 différences seulement, contre 18 avec le hérisson et 19 avec la taupe d’Europe (0,5 pt). Arbre : deux branches partent du nœud le plus ancien ; l’une se divise en taupe d’Europe et hérisson (6 différences), l’autre en taupe dorée et éléphant (7 différences). Le caractère « poils et mamelles », partagé par les quatre, se place avant ce nœud commun. (1 pt : 0,5 pour les deux paires, 0,5 pour le nœud commun) (1,25)
4. d)Elles ont le même mode de vie, sous terre : leurs ressemblances (yeux minuscules, griffes de fouisseur) sont liées à ce qu’elles font, pas à un ancêtre commun proche (0,5 pt). Les différences de lettres sont des mutations apparues au hasard dans des gamètes d’ancêtres (germinales), transmises puis accumulées de génération en génération : plus deux lignées sont séparées depuis longtemps, plus elles en ont. (0,5 pt) (1,25)

Piège — un organe homologue partagé par tous les tétrapodes ne départage pas deux mammifères : il faut un caractère que n’ont que certains d’entre eux, ou la comparaison de leur ADN.

1. a)Avec les tétrapodes : quatre membres à doigts. Comme les « poissons » : des branchies et une nageoire de queue à rayons osseux (0,5 pt). Il mêle des caractères de deux groupes : c’est une forme intermédiaire. (0,5 pt) (1)
2. b)La couche B : dans des couches non retournées, chaque couche est plus ancienne que celle qui la recouvre (superposition). (0,5 pt) (1)
3. c)Ichthyostega : il partage avec la grenouille les membres à doigts, que Tiktaalik n’a pas encore (0,5 pt). Tiktaalik (≈ 375 Ma) est plus ancien qu’Ichthyostega (≈ 365 Ma) (0,5 pt) : un fossile qui n’a que les os de bras précède un fossile à doigts, c’est le même ordre que dans l’arbre, où Tiktaalik se détache avant les tétrapodes à doigts. (0,5 pt) (1)
4. d)Ce que fait un animal pendant sa vie (s’appuyer sur ses nageoires) est acquis : cela ne modifie pas son ADN et ne se transmet pas (0,5 pt). Un caractère nouveau, comme des doigts, naît d’une mutation apparue au hasard, dans un gamète, puis transmise aux descendants ; c’est ensuite le milieu (des eaux peu profondes) qui a pu la rendre favorable. Il faut donc retirer « parce que ». (0,5 pt) (1)

Erreur fréquente — « apparu pour » ou « parce qu’il en avait besoin » : un caractère nouveau vient d’une mutation au hasard, et ce qu’un animal acquiert par l’usage pendant sa vie ne passe pas à ses petits.

1. a)La chasse augmentait la mortalité (0,5 pt) ; la protection l’a fait baisser (0,5 pt). Le lâcher de 1994 est une réintroduction : une immigration organisée par les humains, qui fait passer l’effectif de 0 à 20 sans aucune naissance. (0,5 pt) (1,2)
2. b)Effectif ≈ marqués × observés ÷ marqués revus = 43 × 60 ÷ 10 = 258 bouquetins (10 sur 60 portent un collier, soit 1 sur 6) (0,5 pt). Condition (une au choix) : les colliers ne tombent pas, et les bouquetins marqués ont eu le temps de se mêler aux autres avant le second comptage. (0,5 pt) (1,2)
3. c)Croissance lente de 1994 à 2002 (de 20 à 62), rapide de 2002 à 2014 (de 62 à 230), qui ralentit de 2014 à 2018 (de 230 à 255), puis un plateau de 2018 à 2026 (0,5 pt). Hausses successives : + 14, + 28, + 48, + 65, + 55, + 25, + 7, − 4 ; la plus forte est entre 2006 et 2010 : 175 − 110 = + 65 (0,5 pt). Capacité d’accueil : environ 260 bouquetins, la valeur du plateau. (0,5 pt) (1,2)
4. d)Deux au choix : la nourriture des pentes, limitée, et la compétition entre bouquetins, qui font baisser la natalité et monter la mortalité ; un hiver très enneigé (climat), qui augmente la mortalité ; des prédateurs (aigle royal, renard, loup) ou une maladie, qui augmentent la mortalité. (1 pt : 0,5 par facteur avec son paramètre) (1,2)
5. e)Effectif stable : entrées = sorties. 50 + 2 = 52 = décès + 6, donc décès = 52 − 6 = 46. (1 pt : 0,5 pour l’égalité, 0,5 pour le résultat) (1,2)

Méthode — pour lire une série de comptages, je calcule la hausse entre deux comptages successifs : la plus forte marque la phase rapide ; des hausses proches de zéro marquent le plateau, c’est-à-dire la capacité d’accueil.

1. a)C’est possible si les deux parents sont (Rh+ ; Rh−) : l’allèle Rh+, dominant, masque Rh−, et chacun transmet Rh− à la moitié de ses gamètes (0,5 pt). Tableau : spermatozoïdes Rh+ ou Rh−, ovules Rh+ ou Rh− → (Rh+ ; Rh+), (Rh+ ; Rh−) et (Rh− ; Rh+) : rhésus positif ; (Rh− ; Rh−) : rhésus négatif. L’enfant a 1 chance sur 4 d’être de rhésus négatif. (0,5 pt) (1)
2. b)La méiose ne coupe pas les chromosomes : chaque spermatozoïde reçoit un chromosome entier de chaque paire, tiré au hasard, soit 23 chromosomes (0,5 pt). La fécondation (23 + 23) redonne 46 chromosomes à la cellule-œuf. (0,5 pt) (1)
3. c)Une maladie contagieuse agit plus dans une population dense : les contacts y sont plus fréquents, elle passe plus vite d’un individu à l’autre (0,5 pt). Le climat, lui, frappe quelle que soit la densité. (0,5 pt) (1)
4. d)La superposition dit seulement que la couche du haut est plus récente (0,5 pt). Elle ne dit rien de la parenté : l’espèce du haut peut être une cousine, ou appartenir à une tout autre lignée ; la parenté se déduit des caractères partagés, pas de la position des couches. (0,5 pt) (1)
5. e)Une mutation est aléatoire : elle apparaît au hasard, sans « viser » un gène, aussi souvent dans un milieu que dans un autre (0,5 pt). Le milieu ne la provoque pas : il la rend ensuite utile, nuisible ou sans effet. (0,5 pt) (1)

Méthode — pour corriger une phrase, « c’est faux » ne suffit pas : on écrit la phrase juste et on la prouve, par un tableau de croisement, une règle du cours ou un contre-exemple.

1. a)Somatique : elle est apparue dans une cellule du corps de l’arbre, au départ de cette branche (un bourgeon), pas dans un gamète (0,5 pt). Toutes les cellules de la branche descendent, par mitoses, de cette cellule mutée, qui a recopié son ADN à chaque division ; les autres branches viennent de cellules non mutées. (0,5 pt) (1,25)
2. b)Même nombre de lettres (15) : deux substitutions, à la lettre 6 (T → G) et à la lettre 7 (A → G) (0,5 pt). La lettre 6 change GTT en GTG : deux groupes qui désignent Val, la brique ne change pas, mutation neutre (0,5 pt). La lettre 7 change AAG (Lys) en GAG (Glu) : la protéine change d’une brique, c’est cette mutation qui peut expliquer la nouvelle couleur. (0,5 pt) (1,25)
3. c)Un rameau greffé est un morceau de la branche rouge : ses cellules portent la mutation et, en grandissant par mitoses, la recopient dans toutes les cellules nouvelles (0,5 pt). Les pommiers obtenus ont la même information génétique que la branche : ce sont des clones, issus d’une reproduction asexuée. (0,5 pt) (1,25)
4. d)Le cours dit qu’une mutation somatique ne passe pas aux descendants nés de la reproduction sexuée : elle n’est pas dans les gamètes, donc pas dans la cellule-œuf (0,5 pt). La greffe ne passe ni par des gamètes ni par une cellule-œuf : on multiplie des morceaux de l’arbre muté, dont les cellules continuent de se diviser par mitose. La mutation est conservée, pas transmise à un descendant au sens du cours (0,5 pt). Il n’y a donc pas de contradiction. (0,5 pt) (1,25)

Piège — une substitution ne change pas forcément la protéine : il faut regarder si le nouveau groupe de trois désigne une autre brique (GTT et GTG désignent toutes deux Val).

1. a)Ovule de jument : 64 ÷ 2 = 32 ; spermatozoïde d’âne : 62 ÷ 2 = 31 (méiose) (0,5 pt) ; cellule-œuf de mulet : 32 + 31 = 63 (fécondation). (0,5 pt) (1)
2. b)La mitose ne demande pas de paires : chaque chromosome est copié, puis les deux exemplaires se séparent ; chaque cellule fille reçoit les 63 chromosomes (0,5 pt). La méiose doit séparer les deux chromosomes de chaque paire pour en donner un à chaque gamète (0,5 pt). Or le mulet a un nombre impair de chromosomes, et ceux du cheval et de l’âne ne sont pas semblables deux à deux : ils ne forment pas de vraies paires, et les gamètes obtenus ont un nombre de chromosomes anormal. (0,5 pt) (1)
3. c)Non. Une population réunit des individus d’une même espèce qui peuvent se reproduire entre eux ; les mulets, stériles, ne peuvent pas avoir de petits ensemble : chaque mulet naît d’un croisement entre deux autres espèces (0,5 pt). Leur nombre ne dépend que des accouplements de juments et d’ânes, et des décès. (0,5 pt) (1)
4. d)Ce caractère hérité partagé a été reçu de leur ancêtre commun : cet ancêtre avait déjà un seul doigt développé, terminé par un sabot. C’est un indice de parenté proche entre le cheval et l’âne. (0,5 pt) (1)

Astuce — la mitose copie puis partage chaque chromosome, sans avoir besoin de paires ; la méiose, elle, sépare les deux chromosomes de chaque paire : sans vraies paires, elle ne donne pas de gamètes normaux.

1. a)Seulement la natalité et la mortalité (0,5 pt). L’île est isolée : aucun mouflon n’arrivait (pas d’immigration) et aucun ne partait (pas d’émigration). (0,5 pt) (1,2)
2. b)Une croissance de plus en plus rapide (d’environ 2 à 100, puis à 700) : une croissance exponentielle, dans un milieu neuf, sans prédateur (0,5 pt). L’effectif a dépassé ce que l’île pouvait nourrir : l’herbe trop broutée manque, un hiver de famine fait chuter l’effectif, l’herbe repousse, l’effectif remonte, puis chute de nouveau. Au lieu d’un plateau, l’effectif oscille. (0,5 pt) (1,2)
3. c)4 au plus : chacun des deux fondateurs porte deux allèles de chaque gène (0,5 pt). En 2000, toujours 4 au plus (0,5 pt) : la méiose et la fécondation mélangent les allèles des fondateurs, elles n’en créent aucun ; aucun mouflon du continent n’est arrivé sur l’île pour en apporter d’autres. (0,5 pt) (1,2)
4. d)Par une mutation de ce gène, au hasard (erreur de copie ou agent mutagène) (0,5 pt). Pour passer aux générations suivantes, elle doit être germinale : apparue dans un gamète ou une cellule-œuf, elle se retrouvera dans toutes les cellules du jeune, y compris celles qui fabriqueront ses gamètes. (0,5 pt) (1,2)
5. e)Plutôt acquis : la petite taille n’est pas apparue chez les premiers descendants du couple, mais vingt ans plus tard, quand l’herbe a manqué ; c’est l’effet du milieu (la nourriture) sur le phénotype (0,5 pt). Expérience (avant 2010) : élever des agneaux nés sur l’île avec une nourriture abondante (lot 1) et des agneaux nés de mouflons du continent avec la même nourriture (lot 2, témoin), puis comparer leur taille adulte (0,5 pt). S’ils atteignent la même taille, la petite taille était acquise ; si les agneaux de l’île restent plus petits, elle dépend de leurs allèles. (0,5 pt) (1,2)

Erreur fréquente — croire qu’une population nombreuse a forcément beaucoup d’allèles : 700 mouflons nés de deux fondateurs n’ont, pour chaque gène, que les allèles de ces deux fondateurs, tant qu’aucune mutation n’en crée de nouveaux.