Sujet 2024 jour 2 - Centre étranger Amérique du Nord - Spécialité SVT - Corrigé

Sujet bac : annale 2024 – jour 2 – centre étranger Amérique du Nord

EXERCICE 1 : Collaboration interspécifique Angiospermes-Animaux

Astuce

Répondre à un exercice de type 1 au bac de SVT, ce n’est pas commencer par se lancer directement dans la rédaction de l’introduction.
Les premières minutes sont essentielles pour bien cerner le sujet, c’est-à-dire identifier les notions à développer et les notions à laisser de côté pour éviter le hors sujet.
Ici, l’élément clé est l’apparente contradiction entre la nécessité de se déplacer pour se reproduire et le mode de vie fixée d’une plante. Les indications fournies dans la question permettent d’identifier clairement que plusieurs étapes du cycle de développement d’une plante mettent en jeu des collaborations avec des animaux. Peu de pièges dans ce sujet clair, il va « suffire » d’expliquer (donc d’argumenter par des connaissances, des résultats d’expérience, etc.) les deux étapes du cycle de développement : la pollinisation (rapprochement des gamètes) et la dissémination (dispersion des graines).

Introduction :

Les plantes, comme tout organisme vivant, sont soumises à la réalisation de fonctions biologiques fondamentales pour rester en vie et se reproduire. Cependant, le mode de vie fixée de la plupart des plantes implique des adaptations liées à ce mode de vie. La reproduction sexuée impose notamment un rapprochement de deux individus de sexe différent afin de mettre en contact leurs gamètes. Le nouvel individu formé doit ensuite être dispersé dans le milieu. Que ce soit pour la fécondation ou la dispersion de la nouvelle génération, les plantes fixées semblent défavorisées face à la mobilité des animaux.
Dans ce travail, nous nous interrogerons donc sur les adaptations développées au fil de l’évolution par les plantes permettant d’assurer la rencontre des gamètes et la dispersion de la nouvelle génération. Nous constaterons notamment que ces adaptations impliquent souvent la participation d’autres espèces, notamment animales, allant jusqu’à parler de coévolution.
Pour cela nous commencerons par décrire la collaboration interspécifique de certains angiospermes (plantes à fleurs) avec des animaux lors de la dispersion des gamètes. Puis nous envisagerons d’autres mécanismes collaboratifs qui participent cette fois à la dissémination de la nouvelle génération sous forme de graines ou de fruits.

Astuce

Une introduction doit débuter par une phase de contextualisation : amener progressivement la réflexion sur le sujet. Ici, on commence par rappeler le contexte de la réalisation des grandes fonctions biologiques dont la reproduction. Or ici, nous allons constater que les plantes semblent défavorisées par leur mode de vie fixée qui empêche les déplacements nécessaires à la reproduction. Paradoxe dont la réponse sera notre développement.
On termine par une annonce de la démarche que nous allons suivre : montrer que la rencontre des gamètes peut être facilitée par la collaboration avec d’autres espèces, notamment animales, puis que cette collaboration participe aussi à la dissémination de la nouvelle génération. Ces explications permettront d’amener le concept de « coévolution » qui sera défini à ce moment-là.

La collaboration interspécifique au service de la pollinisation

Attention

Pour vous aider à visualiser le corrigé, nous allons mettre des titres aux parties du développement : il n’est pas obligatoire de les écrire sur votre copie le jour de l’épreuve, mais vous pouvez les noter sur votre brouillon pour vous aider à structurer vos idées (travail sur le plan de votre paragraphe argumenté).

La reproduction sexuée des angiospermes, étape importante de leur cycle de développement, passe par la rencontre physique d’une cellule sexuelle mâle, le spermatozoïde contenu dans le pollen, et d’une cellule sexuelle femelle, l’ovule contenu dans le pistil. Or, le mode de vie fixé des angiospermes semble empêcher cette rencontre. En effet, si beaucoup d’espèces d’angiospermes ont des fleurs hermaphrodites portant des organes mâles (les étamines) et femelles (le pistil), la fécondation au sein d’une même fleur, appelée autofécondation, est le plus souvent empêchée par des mécanismes d’inhibition puisque l’autofécondation génère trop peu de diversité génétique.

Si certaines espèces ont développé des mécanismes de dispersion du pollen par l’intermédiaire d’agents physiques de l’environnement, comme le vent (on parle de pollinisation anémogame), la grande majorité des angiospermes ont une pollinisation qui implique une collaboration interspécifique avec des animaux : on parle alors de pollinisation zoogame, et plus précisément entomogame puisqu’une grande partie des pollinisateurs sont des insectes.
Pour ce faire, des caractères ont été sélectionnés, car ils apportent un bénéfice pour la reproduction à l’individu porteur en facilitant cette pollinisation zoogame.
Le document fourni propose par exemple une photo de fleur d’onage en vision « humaine » et en vision « abeille ». On constate dans ce dernier cas l’existence de marques clairement identifiables, véritable balisage de la fleur, que les abeilles reconnaissent et grâce auxquelles elles vont se poser de manière privilégiée sur ces fleurs.
Cette visite n’est pas « gratuite » : en effet, une contrepartie doit engager l’insecte à réitérer ses visites. Ainsi, beaucoup d’angiospermes proposent du nectar, liquide sucré qui représente un apport nutritif important pour nombre de pollinisateurs. Cette relation à bénéfice réciproque est une véritable collaboration qui permet aux angiospermes de s’assurer de la dispersion de leur pollen. L’insecte, portant du pollen sur son corps, pourra involontairement le déposer sur le pistil d’une autre fleur de la même espèce et permettre ainsi la fécondation.
D’autres espèces ont d’autres stratégies, comme la rafflésia, dont la fleur émet une odeur qui n’est pas sans rappeler celle d’un cadavre en décomposition. Des mouches, attirées par ce type d’odeur (pour se nourrir ou pondre) se posent sur la fleur, se couvre de pollen avant de le déposer sur une autre fleur.
Si ce dernier exemple ressemble presque plus à un piège qu’à de la collaboration, celle-ci peut s’établir de manière si étroite qu’elle peut entraîner des modifications symétriques du pollinisateur et de la fleur assurant une sorte d’exclusivité du service. On parle alors de coévolution. C’est le cas de certaines orchidées dont le nectar se trouve au fond d’un éperon nectarifère très profond. Seules certaines espèces de mouche réussissent à accéder au nectar grâce à un proboscis (organe de succion) exceptionnellement long. Dans des forêts, une corrélation est même visible entre la profondeur de l’éperon de la fleur et la longueur du proboscis de la mouche. Les deux espèces ont subi des mutations qui ont engendré une sorte de dépendance de l’une par rapport à l’autre.
Ces mécanismes de pollinisation impliquent donc une collaboration avec des espèces animales. Cependant, si la fécondation est ainsi facilitée, seule une partie du chemin est réalisé, car une fois la graine formée, sa dissémination est aussi un élément clé de la réussite d’un angiosperme. En effet, si toutes les graines d’un angiosperme germaient à proximité de la plante mère, une véritable compétition existerait pour l’accès à la lumière et aux ressources (eau, minéraux). Il est bien plus intéressant, évolutivement parlant, que les graines de la future génération soient dispersées assez loin de la plante mère. Nous allons maintenant voir que cette étape de dissémination implique aussi la collaboration avec des espèces animales.

Astuce

Une transition ne se résume pas à annoncer la fin d’une partie et le début d’une autre ; la transition doit justifier la nécessité d’avoir recours à cette nouvelle partie.
Ici, nous mettons l’accent sur le fait que la pollinisation implique bien la collaboration avec des animaux mais que celle-ci n’est pas suffisante dans la mesure où les graines aussi nécessitent d’être dispersées et nous allons constater qu’à nouveau une collaboration existe avec des animaux pour cette dissémination.

La dissémination des graines implique aussi une collaboration interspécifique

Une fois la fécondation réalisée, l’ovule fécondé devient une graine et l’ovaire un fruit. S’il en existe une très grande diversité tant dans leur forme que dans leur organisation, on peut citer un exemple, la tomate :

Germer trop près de la plante mère, c’est instaurer une compétition entre la nouvelle génération et cette plante mère au niveau de l’accès à la lumière, mais aussi pour les ressources, comme l’eau ou les minéraux. Il est ainsi évolutivement plus favorable de disséminer les graines et/ou les fruits. Comme pour la pollinisation, différentes stratégies se sont progressivement mises en place par sélection naturelle. Une dissémination des graines ou fruits est possible par le vent (dissémination anémochore) ou par l’intermédiaire d’une collaboration avec un animal (dissémination zoochore).
Comme pour la pollinisation, des adaptations permettent d’augmenter la probabilité que la graine ou le fruit soit consommé(e) ou transporté(e) par un animal. Ainsi, des graines vont porter à leur surface des sortes de crochets s’agrippant au pelage de certains animaux. Dans ce cas, le transport est involontaire.
D’autres stratégies consistent à produire un fruit riche en sucres ou en éléments nutritifs. Cet apport nutritif incite donc de nombreux animaux (insectes, chauves-souris, rongeurs, primates, etc.) à consommer ces fruits.
Les graines contenues dans les fruits peuvent alors être disséminés si l’animal les recrache ou s’il les évacue par les excréments. C’est ce que l’on peut voir dans le document proposé avec des excréments de renard roux contenant des noyaux de cerises. Les graines pourraient ainsi germer loin de l’arbre initial.
Comme pour la pollinisation, la collaboration pour la dissémination des graines peut aller plus loin et prendre la forme d’une coévolution. C’est le cas de celle unissant les primates à plusieurs espèces d’arbres qui produisent des fruits gorgés de sucre. Ces fruits peuvent représenter plus de 80 % de la ration alimentaire de ces primates, assurant ainsi une très grande probabilité que la graine contenue dans ces fruits soit dispersée.
La dissémination des graines représentant la nouvelle génération est donc une autre étape du cycle de développement de certains angiospermes impliquant une collaboration avec des animaux. Certaines de ces collaborations sont présentes depuis des millions d’années.

Conclusion :

Astuce

Une conclusion n’est pas un simple récapitulatif des différentes parties traitées : elle doit répondre clairement au sujet et terminer si possible par une ouverture qui montre au correcteur sa maîtrise du sujet dans toutes ses dimensions.

Le mode de vie fixée des angiospermes semble à première vue incompatible avec la réalisation de certaines étapes du cycle de développement de ces organismes. Des mécanismes adaptatifs ont cependant progressivement été sélectionnés. La rencontre des gamètes, la pollinisation, peut ainsi être assurée en collaboration avec des animaux qui, en échange, de nectar sucré, vont disperser le pollen de fleurs en fleurs. Une fois la fécondation réalisée, la dissémination des graines peut aussi être facilitée par la collaboration avec des animaux qui assurent cette action en consommant les fruits contenant les graines.
Parfois, cette collaboration peut atteindre un niveau supérieur d’interaction avec des partenaires (plante et animal) qui vont avoir des modifications assurant une sorte d’exclusivité. On parle alors de coévolution.
D’autres recherches ont mis en évidence que d’autres fonctions peuvent impliquer des collaborations avec des animaux. Des plantes peuvent ainsi héberger des insectes, comme les fourmis, en échange d’une protection contre des prédateurs. La collaboration est ainsi un type d’interactions entre organismes bien plus répandus qu’on pourrait l’imaginer.

EXERCICE 2 : La grotte Cosquer, témoin du changement climatique

Introduction :

Astuce

Une introduction doit débuter par une phase de contextualisation : il s’agit d’amener progressivement la réflexion sur le sujet. Ici, on commence par faire émerger le fait que le climat a dû profondément changer pour que l’entrée d’une grotte, qui devait nécessairement se faire à pied donc au-dessus du niveau de la mer, puisse aujourd’hui se situer à 37 mètres de profondeur sous la mer.
On termine par une annonce de la démarche que nous allons suivre, démarche qui est clairement indiquée dans le sujet : analyser différents indices afin de reconstituer l’évolution du climat depuis l’occupation de la grotte à nos jours. Nous avons choisi de séparer l’analyse d’indices plutôt biologiques (pollen, fossiles) puis géologiques (traces rivages, $\delta^{18}\text{O}$).

La Grotte Cosquer, située près de Marseille, est un chef -d’œuvre de l’art rupestre. Sa découverte est récente et n’a pas été facile : son accès n’est possible qu’en plongée car son entrée est aujourd’hui située à 37 mètres de profondeur. Le fait que cette grotte était auparavant accessible à pied témoigne des profonds changements que subit le climat, que cela soit au niveau méditerranéen ou global. Le passage sous l’eau de l’entrée d’une telle grotte semble indiquer un important réchauffement qui aurait provoqué une remontée du niveau des eaux.
On se propose dans ce travail d’analyser différents indices afin d’apporter une reconstitution précise du climat global et méditerranéen depuis l’occupation de la Grotte Cosquer jusqu’à nos jours.
Nous commencerons dans un premier temps par une analyse des indices biologiques avant de vérifier leur concordance avec des indices géologiques.

La reconstitution du climat à l’aide d’indices biologiques

Le document 1 nous permet d’identifier des périodes d’occupation de la grotte Cosquer. De plus, nous pourrions interpréter un arrêt de son occupation par une inaccessibilité de son entrée à la suite d’une montée des eaux (même si cela ne resterait qu’une hypothèse, la grotte ayant pu tout simplement être abandonnée).
Les échantillons récoltés en 1992 (charbon de bois, peinture) ont été analysés par la méthode du carbone 14. Cette méthode de datation absolue repose sur l’utilisation de radiochronomètre. En effet, certains isotopes comme le carbone 14 ont la propriété d’être radioactifs et se de désintégrer à une vitesse connue et constante. On parle ainsi d’isotopes pères (ici, le carbone 14) qui se désintègrent en éléments fils (ici, l’azote 14). Ainsi, il est possible, en analysant le contenu d’un échantillon actuel, de déduire l’âge de fermeture du système, c’est-à-dire la formation d’une roche, ou ici, puisqu’il s’agit du carbone 14, de la mort d’un organisme. Grâce à la reconstitution par méthode graphique (méthode de la droite dite isochrone), on peut remonter à l’âge de l’échantillon.

La datation des charbons de bois et des peintures indiquent ici une occupation entre – 27 000 ans et – 15 500 ans. L’accès à la grotte était donc possible au moins durant cet intervalle. L’occupation s’arrêtant il y a 15 500 ans, nous sommes à la recherche d’indices qui concorderaient avec montée du niveau des mers qui aurait condamné la grotte.
Le document 2 apporte plus de précisions. Il décrit l’évolution de la proportion (en %) de quelques espèces de foraminifères en Méditerranée entre – 20 000 ans et nos jours.
Les foraminifères sont un groupe d’organismes très importants pour la reconstitution des paléoenvironnements. En effet, ils possèdent toutes les caractéristiques d’un bon fossile stratigraphique : Ils doivent avoir une évolution rapide (donc une forme biologique caractéristique et une période de vie au niveau de l’espèce plutôt brève), et avoir une aire de répartition mondiale (pour généraliser une observation).
On considère alors qu’une couche stratigraphique a le même âge que le fossile identifié.
Ici, on constate que ces foraminifères exigent des températures de la mer plus ou moins strictes. Plusieurs espèces nous renseignent sur le climat de ces époques.
Deux espèces voient leur proportion diminuer entre – 20 000 ans et aujourd’hui, jusqu’à même quasiment disparaître. Il s’agit de Turborotalita quiqueloba et Neogloboquadrina pachyderma qui vivent plutôt dans des eaux à moins de 10 °C, donc un climat plutôt froid, et dont la chute est surtout visible autour de – 10 000 ans.
À l’inverse, trois espèces voient leur proportion augmenter dans cette même période. Il s’agit de Globigerina bulloides, Globorotalia inflata et Globigerinoïdes ruber (pink et white) qui vivent plutôt dans des eaux à plus de 15 °C et même 20 °C pour certains.
Ces données paléontologiques semblent aller dans le sens d’un réchauffement du climat global autour de – 10 000 ans qui aurait provoqué une montée importante du niveau des mers par fonte des glaces et dilatation de l’eau, rendant l’accès à la grotte Cosquer impossible.
Le document 5 apporte d’autres indices biologiques par l’analyse des spectres polliniques en Italie (à environ 300 km de la grotte). La proportion en différents pollens permet, après leur identification, de récréer des associations végétales caractéristiques d’un climat très froid (toundra), froid (forêt de conifères type taïga) ou tempéré (forêt de feuillus). Cette analyse n’est possible que par acceptation du principe d’actualisme qui postule que tout fossile ou reste biologique ressemblant à une espèce actuelle peuvent être considérés comme ayant les mêmes exigences écologiques (température, milieu de vie, etc.).
Ainsi, en Italie, on observe une rupture assez nette de la végétation aux alentours de – 10 000 ans à nouveau. Avant, la végétation est surtout marquée par la présence de pollens d’Armoises et de graminées caractéristiques d’une toundra, donc d’un climat très froid. À partir de – 10 000 ans, ces espèces chutent drastiquement, remplacées par des pollens de pins, mais aussi de noisetiers, caractéristiques d’un climat de plus en plus tempéré.
Le scénario d’un réchauffement important à partir de – 10 000 ans se confirme à nouveau.
Les indices de type biologique sont supposés être des reflets des variations du climat et donc devraient être confirmés par l’analyse d’indices cette fois de type géologique.

Astuce

Une transition ne se résume pas à annoncer la fin d’une partie et le début d’une autre ; la transition doit justifier la nécessité d’avoir recours à cette nouvelle partie. Ici, on montre que nous n’avons analysé qu’une partie des arguments et qu’il faut donc chercher confirmation auprès d’une autre catégorie d’indices. Il faut donc poursuivre l’explication.

La reconstitution du climat à l’aide d’indices géologiques

Le premier indice de type géologique que nous pouvons analyser se trouve dans le document 4. Nous pouvons repérer des traces des anciens rivages de la mer Méditerranée à différentes époques. En effet, par utilisation à nouveau du principe d’actualisme, on considère que certains indices (graviers, galets, coquillages) sont caractéristiques du rivage, donc de la séparation mer/littoral.
Quatre lignes de rivages ont été identifiées dans la région. Au fur et à mesure que l’on avance dans le temps, ces rivages sont de plus en plus proches du rivage actuel. Il y a 20 000 ans, le rivage se situait au niveau des canyons sous-marins actuels, soit à plus de 130 m de profondeur aujourd’hui. Il y a 13 850 ans, le rivage se situait à 100 m de profondeur aujourd’hui ; il y a 11 700 ans à 90 m et il y a 8 500 ans à 50 m de profondeur aujourd’hui. Cette évolution concorde à nouveau avec le scénario d’un réchauffement climatique depuis 20 000 ans qui se traduit par une montée du niveau des mers.
Le dernier indice est peut-être le plus important, car il apporte des informations sur le climat ailleurs que dans la région marseillaise et permet une analyse plus mondiale.
Il s’agit de l’analyse de la variation du $\delta^{18}\text{O}$. Le $\delta^{18}\text{O}$ est un paléothermomètre. L’oxygène possède deux isotopes qui se distinguent par une masse différente. L’$^{16}\text{O}$ est ainsi plus léger que l’$^{18}\text{O}$. Ce dernier va donc s’évaporer moins facilement et se concentrer plus facilement dans les pluies ou les chutes de neige. Le $\delta^{18}\text{O}$ est une comparaison de la proportion en $^{18}\text{O}$ et $^{16}\text{O}$, dans un échantillon de glace par exemple. Plus le climat est froid, plus le $\delta^{18}\text{O}$ diminue, alors que plus le climat est chaud, plus ce delta sera élevé (car plus de $^{18}\text{O}$ aura pu s’évaporer et se retrouver dans les glaces des pôles).
C’est ce qu’on constate avec le graphique fourni qui fait clairement le lien entre un $\delta^{18}\text{O}$ élevé et une température de l’air plus chaude, et entre un $\delta^{18}\text{O}$ faible et une température de l’air plus froide (les températures très froides du graphique s’expliquent par une analyse d’échantillon de glace du Groënland, pas de la région marseillaise !)

Astuce

Des graphiques ou données fournis par le sujet peuvent tout à fait être rapidement reproduits dans votre copie si vous souhaitez mettre en avant des données issues de votre lecture et de votre analyse. Mais il y a encore mieux : vous pouvez découper les documents utiles, les compléter et les coller dans votre copie !

La hausse brutale du $\delta^{18}\text{O}$ autour de – 10 000 ans s’explique donc à nouveau par un réchauffement global du climat et donc une montée du niveau des mers par la fonte des glaces associée.

Conclusion :

Astuce

Une conclusion consiste à récapituler les différentes informations et déductions développées dans le travail. Rien de nouveau ne doit donc être apporté. Il est aussi intéressant de terminer par une ouverture du sujet qui montre au correcteur la capacité du candidat à élargir le sujet.

L’analyse d’indices très différents (pollens, traces d’occupation, $\delta^{18}\text{O}$, etc.) permet d’apporter une explication robuste sur l’évolution du climat, non seulement dans la région de la grotte Cosquer mais aussi au niveau global.
Tout concorde vers un réchauffement du climat aux alentours de – 10 000 ans, avec un passage d’une ère glaciaire à une période interglaciaire. Les raisons de ce changement ne sont pas abordées, mais on sait que les variations de paramètres astronomiques sont en jeu. Ce réchauffement a provoqué une hausse du niveau des mers rendant inaccessible l’accès à l’entrée de la grotte Cosquer, piégeant pour l’éternité les peintures réalisées sur ces parois. Et ces peintures rupestres risquent même de disparaître, puisque le réchauffement climatique actuel, d’origine anthropique, amplifie la montée des eaux qui commencent à engloutir la grotte elle-même, provoquant à terme la perte définitive de ces ornements.