Bac 2024. L’épreuve de spécialité SVT se tient les mercredi 19 et jeudi 20 juin 2024 pour tous les candidats des centres d’examens de France métropolitaine. Dans cet article, nous te proposons un corrigé des sujets tombés lors de cette session 2024.
Pour rappel : l’épreuve de spécialité SVT (sciences de la vie et de la terre) dure 3h30 heures.
Bac 2024 : les sujets de l’épreuve de spécialité SVT
Tu trouveras ci-dessous les sujets de l’épreuve de spécialité SVT des mercredi 19 et jeudi 20 juin 2024.
Bac 2024 : le sujet de l’épreuve de spécialité SVT du mercredi 19 juin 2024
SVT généralBac 2024 : le sujet de l’épreuve de spécialité SVT du jeudi 20 juin 2024
24-SVTJ2MELire aussi : Bac 2024 : tous les sujets des épreuves de spécialités
Bac 2024 : le corrigé de l’épreuve de spécialité SVT du mercredi 19 juin 2024
Exercice 1 – Les pigments des plantes à fleurs
Montrer comment les pigments interviennent dans le métabolisme et la reproduction des plantes à fleurs.
Introduction
« Roses are red, violets are blue », cette comptine pour enfant donne toute son importance aux couleurs des fleurs puisqu’elles en permettent l’identification. Les couleurs des plantes (tige, feuille, pétales, fruits…), dont celles à fleurs, dépendent des molécules présentes dans les tissus des plantes, les pigments. Ceux-ci se subdivisent en trois grandes catégories correspondant à des gammes de couleurs, caractéristiques de certaines espèces : les chlorophylles (verts), les caroténoïdes (rouge à jaune), les flavonoïdes (rouge à violet).
Les plantes à fleurs, ou angiospermes, sont des végétaux dont les organes reproducteurs et les graines se trouvent respectivement dans les fleurs et les fruits. Elles se composent d’un système racinaire les reliant au sol, et d’un système caulinaire formé des feuilles, tiges et fleurs, et relié au premier système par des tissus conducteurs. La croissance, le développement, le maintien, mais également la reproduction et la réponse aux stimuli de l’environnement extérieurs sont permis par un ensemble de réactions chimiques intracellulaires : c’est le métabolisme.
La pigmentation semble caractéristique de certaines espèces de plantes voire d’étapes de croissance, il convient donc d’étudier la manière dont les pigments interviennent dans le métabolisme et dans la reproduction des angiospermes.
Annonce du plan
Nous verrons que les pigments sont des molécules impliquées dans le métabolisme des plantes à fleurs en témoignant de la diversité des plantes, de leur état et de leur réponse aux stimuli extérieurs, et qu’ils influencent la reproduction sexuée et asexuée des plantes et le maintien des espèces.
I – Les pigments, des molécules impliquées dans le métabolisme des plantes à fleurs
- Diversité de couleurs et d’espèces
Il existe une pluralité de pigmentations différentes qui permettent de distinguer une espèce de fleur d’une autre, outre leurs caractéristiques morphologiques respectives, ou même au sein d’une même espèce : par exemple, les tulipes témoignent d’un large éventail de possibilités en termes de couleurs de pétales, qu’elles soient unies ou pluricolores, tachetées ou autre.
Ces couleurs sont dues à la présence de pigments des trois familles précitées, dont la concentration dans les tissus des plantes varie d’une plante ou d’une espèce à l’autre, en fonction des paramètres de l’environnement de vie pouvant les influencer (acidité et humidité de la terre, ressources organiques présentes, exposition à la lumière…), ou du patrimoine génétique transmis et s’exprimant (le même principe s’applique pour la couleur des yeux chez l’Homme par exemple).
- Cycle de vie et pigmentation
La pigmentation, bien que codée génétiquement, évolue également en fonction du cycle de vie de la plante. Les phases de croissance notamment peuvent témoigner d’une pigmentation évolutive, indiquant l’étape de développement de la plante : lors de l’éclosion d’une fleur ou floraison (bourgeon vert, fleur colorée), lors de la germination (c’est-à-dire la phase initiale de croissance d’un nouvel individu), lors du développement d’un fruit ou fructification (vert puis couleur propre à l’espèce lorsqu’il est mûr, par exemple les cerises devenant rouges). De même, lorsque la plante entre dans sa phase hivernale ou meurt, sa pigmentation peut changer : les fleurs comme les feuilles sèchent et deviennent jaunes, voire marron, avant de tomber. C’est ainsi que l’automne se revêt de tons orangés, saison qui correspond au début de la période hivernale des plantes où elles perdent leur feuillage avant d’en développer un nouveau au printemps.
- Des réponses aux stimuli extérieurs
Les pigments agissent également comme une réponse aux stimuli provenant de l’environnement de la plante. La pigmentation propre à l’espèce peut dépendre des contraintes climatiques exercées sur la plante : dans les forêts denses où la lumière peut être occultée, pour favoriser l’absorption lumineuse, les feuilles des végétaux sont généralement d’un vert plus foncé que dans un environnement plus exposé.
Ponctuellement, les paramètres environnementaux influencent la pigmentation des fleurs. Un trop grand apport en eau entraîne la dilution des pigments dans les tissus végétaux donnant ainsi des teintes jaunâtres aux feuilles et fleurs. De même, des carences hydriques ou organiques liées à un substrat trop pauvre ralentissent le métabolisme de la plante d’où des teintes similaires ; les feuilles de clématite, plante nécessitant un substrat riche, ont tendance à blanchir en cas de carence. La composition du substrat influence également la pigmentation des fleurs ou des fruits : les fleurs hortensias par exemple auront une teinte rose si la terre est basique, et bleue si elle est acide. Les arômes, pouvant être influencés par les pigments, dépendent également du substrat : une terre acide peut donner un fruit acide.
- La création de matière organique : la photosynthèse
Les plantes chlorophylliennes désignent les plantes de couleur verte (c’est-à-dire une très grande partie de végétaux), en raison de leur forte concentration en chlorophylle. Il existe trois sous-groupes de chlorophylle, en fonction de leur composition chimique. Ce pigment est contenu dans les chloroplastes, organites cellulaires des plantes chlorophylliennes, et joue un rôle essentiel dans le processus de photosynthèse. Ce processus biochimique correspond à la synthèse de matière organique (glucides et eau), donc de ressource essentielle au développement et au maintien de la plante, à partir du dioxyde de carbone et d’eau présents dans l’atmosphère et d’énergie lumineuse. La photosynthèse peut ainsi se résumer selon l’équation suivante :
- 6CO2+ 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Les ressources ainsi synthétisées sont utilisées par les cellules locales elles-mêmes, ou bien acheminées par la sève élaborée vers les autres organes tels que bourgeons, fruits, racines, ou encore stockées dans les organes souterrains ou les graines.
Pour démontrer que la chlorophylle est indispensable à la photosynthèse, un suivi des taux de dioxyde de carbone, de dioxygène et de glucose peut-être réalisé dans deux boîtes contenant respectivement une plante chlorophyllienne et une plante qui ne l’est pas, en présence de lumière. La première boîte devrait présenter des taux évoluant selon l’équation ci-dessus, à l’inverse de la seconde boîte.
Ainsi, les pigments des plantes à fleurs sont caractéristiques des espèces et des individus de ces espèces, manifestent des stades de développement, l’acquisition de traits adaptatifs ou des réponses ponctuelles aux conditions de l’environnement, et permettent la synthèse de ressources essentielles au maintien et au développement de la plante. Les pigments sont ainsi impliqués dans le métabolisme des angiospermes. Voyons maintenant comment ils interviennent dans la reproduction des plantes.
II – Pigments, reproduction et maintien de l’espèce
- La reproduction sexuée favorisée
Les couleurs des plantes et des fleurs offrent un spectacle grandiose pour l’œil humain, mais elles servent en outre à attirer les animaux dits pollinisateurs tels que les colibris, en particulier les insectes tels que les abeilles, bourdons, papillons… Les plantes à fleurs se reproduisent de manière sexuée, c’est-à-dire qu’il faut la fécondation d’un ovule femelle par un ovule mâle pour donner naissance à un nouvel individu. Dans certains cas, les gamètes du même individu peuvent se féconder : c’est l’autofécondation. Pour la plupart des angiospermes, l’intervention d’animaux pollinisateurs ou éventuellement du vent et de la pluie est nécessaire à la reproduction sexuée : c’est la fécondation croisée ou la pollinisation.
En effet, la fleur constitue l’organe reproducteur de la plante. Elle renferme le pistil, contenant les gamètes femelles, et les étamines libérant des grains de pollen correspondants aux gamètes mâles. La pollinisation intervient lorsqu’un insecte pollinisateur prélève le pollen d’une fleur puis les dépose sur une autre fleur en butinant. Ceux-ci peuvent alors tomber dans le pistil et l’union des deux gamètes résulte en un ovule, puis une graine et enfin une plante selon le processus de germination.
La couleur des plantes et particulièrement des fleurs est essentielle pour que les insectes pollinisateurs soient attirés par celles-ci. En réalité, les insectes voient davantage de couleurs que l’œil humain, et en particulier les ultra-violets. Les pigments du groupe des flavonoïdes donnant des couleurs bleues aux fruits et fleurs, et des teintes ultra-violettes que nous ne percevons pas sont ainsi particulièrement attrayants pour les pollinisateurs, favorisant ainsi la reproduction de la plante et la survie de l’espèce.
- Couleurs et colonisation de nouveaux milieux
La pigmentation permet d’attirer de manière plus ou moins ciblée les animaux pollinisateurs en vue de la reproduction sexuée de la plante. Elle permet également d’attirer des animaux qui peuvent intervenir sur la reproduction de la plante et sa dissémination. Les cervidés sont par exemple particulièrement attirés par les bourgeons et les fleurs fraîches, dont la consommation stoppe la reproduction. Les fruits sont des ressources appréciées de nombreux animaux et leur consommation est quant à elle favorable au maintien des espèces grâce à la dissémination: les graines contenues dans les fruits sont rejetées dans les excréments des animaux à des distances variables par rapport à l’individu d’origine, ce qui permet en cas de germination réussie de coloniser de nouveaux milieux.
Bien que l’odorat soit un sens prépondérant dans la quête de fruits et fleurs par les animaux, leurs couleurs jouent un rôle essentiel dans le fait qu’ils soient facilement repérables : les oiseaux par exemple peuvent repérer de loin les cerises, mirabelles, et autres fruits grâce à leurs couleurs se détachant généralement de celles du reste de la plante. La pigmentation permet ainsi le développement et le maintien d’une espèce grâce à la dissémination.
- Des couleurs attirantes pour la reproduction asexuée
Au contraire de la reproduction sexuée, la reproduction asexuée ne requiert pas l’union de gamètes femelle et mâle. Elle correspond à une forme de clonage du patrimoine génétique par la multiplication végétative d’un individu, spontanément ou par l’intervention de l’Homme : le bouturage, le marcottage, les bulbilles.
Lorsque la multiplication végétative est assurée par l’Homme, il sélectionne certaines espèces qu’il souhaite multiplier, selon différents critères économique, agricole et esthétique : la résistance à certaines maladies ou le rendement dans le cas d’agriculture par exemple, des espèces poussant facilement, mais aussi des plantes aux qualités esthétiques ou rares. Dans le cas de plantes à fleurs, l’aspect des fleurs, leur parfum, leur facilité d’entretien… sont des critères appréciés tant par les producteurs que les consommateurs. En revanche, l’esthétique de la fleur, et notamment sa pigmentation, est privilégiée dans la sélection des plantes à multiplier, ou simplement à planter dans un espace dédié.
Selon ces mêmes critères, l’Homme peut travailler à la création d’espèces hybrides, en particulier pour les plantes à fleurs. Les roses et les camélias par exemple sont des familles particulièrement sujettes à l’hybridation, c’est-à-dire à la création d’individus avec des caractéristiques hybrides et donc de nouvelles espèces, notamment pour proposer de nouvelles couleurs. Les roses se trouvent ainsi sous un éventail de teintes, souvent obtenues grâce à l’Homme.
La pigmentation influence ainsi la sélection de certaines plantes pour leurs couleurs et leurs aspects, pour les cultiver, les multiplier, les commercialiser, ou les utiliser pour l’obtention d’espèces hybrides nouvelles et de nouvelles teintes. La couleur des plantes à fleurs participe donc de leur reproduction asexuée et au maintien de l’espèce voire la création de nouvelles.
Conclusion
Ainsi, les pigments sont des molécules contenues dans les tissus végétaux et responsables des couleurs des différentes parties des plantes à fleurs (tige, feuilles, fleurs, fruits…). Outre les qualités esthétiques promulguées aux plantes, les pigments expriment le patrimoine génétique de l’espèce et de l’individu, et interviennent dans le métabolisme des angiospermes en réponse aux paramètres extérieurs, au stade de croissance ou à l’état de la plante. Ils permettent également la production de ressources organiques grâce en particulier au processus biochimique de la photosynthèse. Le caractère attrayant des couleurs des plantes, notamment des fleurs et des fruits, pour les animaux comme pour l’Homme, favorise leur reproduction sexuée grâce à l’intervention d’animaux pollinisateurs sensibles à ces pigments, à la dissémination, et leur reproduction asexuée grâce à la sélection, la culture dont la multiplication végétative, voire l’hybridation d’espèces par l’Homme.
L’hybridation d’espèces se justifiant par de nombreux critères, notamment de rendements dans le cas de l’agriculture, ce qui pourrait faire l’objet d’études plus ciblées.
Exercice 2 – Stress et transit intestinal
Proposer une explication au fait que le stress aigu accélère le transit intestinal chez les rongeurs.
Le stress aigu correspond à un ensemble de réponses adaptatives de l’organisme, de natures physiologiques, émotionnelles, comportementales ou cognitives, à un élément perturbateur de l’environnement. Le stress aigu perturbe ponctuellement ou durablement dans certains cas l’équilibre de l’organisme, appelé homéostasie. La réponse au stress correspond à la production puis à la libération d’hormones et de neurotransmetteurs (CHR, ACTH) suscitant une réaction de l’organisme (l’adrénaline), puis le retour à l’homéostasie (le cortisol).
Parmi les réponses de l’organisme au stress peut être évoquée l’accélération du transit intestinal. L’étude de documents ici proposée porte sur l’accélération du transit intestinal chez des souris exposées au stress de l’évitement de l’eau (WAS), comparées à des souris témoins non exposées à ce stress. L’objet de l’étude est de proposer une explication relative à la réponse adaptative de ces souris au stress.
Le document 1 est un graphique comparant les mesures de concentration sanguines de corticostérones chez les souris témoins et celles WAS. On observe des mesures significativement différentes : moins de 100 ng/mL pour les témoins, entre 150 et 400 ng/mL pour les WAS avec un pic à 500 nG/mL pour l’une d’entre elles. On sait que la corticostérone est l’équivalent de la corticale chez l’Homme, une hormone produite en réponse au stress et permettant de rétablir l’équilibre homéostatique. La forte concentration de cette hormone chez les WAS indique donc qu’il y a eu une réponse adaptative plutôt forte chez les souris exposées.
Le document 2 est une étude des neurones du plexus myentérique dans l’intestin, et impliqués dans le transit intestinal. Le document 2)a) est un schéma en coupe de l’intestin, dont les plexus myentériques et sous-muqueux, constitués de neurones, constituent les parois, et sont engagés dans les cycles de contraction-relâchement du transit. Le document 2)b) met en évidence l’activité de ces neurones lors de la digestion grâce à la présence de la protéine Fos, par immunohistochimie : chez les souris témoin, seule une protéine est visible, contre environ 12 chez les WAS. La protéine Fos étant un marqueur de l’activité neuronale intestinale, l’immunohistochimie met en évidence qu’il y a une forte activité intestinale chez les souris soumises au stress. Le document 2)c) compare les mesures de concentration sanguine d’acétylcholine dans le plexus myentérique chez des souris témoins et deux groupes de souris WAS chez qui on a ou non injecté du CORT 108297, un antagoniste des récepteurs à la corticostérone. On observe que la différence de concentration n’est pas significative entre les témoins et les WAS + CORT (respectivement 1 et 0,8 µmol/g), tandis qu’elle l’est entre les témoins et les WAS sans CORT (1,5 µmol/g). On sait que l’acétylcholine est une protéine neurotransmetteur produite par les récepteurs à la corticostérone, en présence donc de corticostérone. Lorsque les antagonistes CORT se fixent sur les récepteurs, la corticostérone ne peut donc pas s’y fixer, et l’acétylcholine n’est donc pas produite, d’où la plus faible concentration. La forte concentration en acétylcholine semble corrélée à l’activité des neurones marquée par la présence de la protéine Fos (document 2)b)). Le document 1) nous indique que les souris soumises au stress présentent une forte concentration en corticostérone : le stress entraîne donc la production de corticostérone dont la fixation sur les récepteurs correspondants entraîne la production d’acétylcholine, donc l’activité des neurones des plexus myentériques et donc la contraction musculaire de l’intestin activant le transit.
Le document 3) est une étude du transit intestinal des souris dans différentes conditions. Le document 3)a) expose la mesure de la force de contraction de la bande de la paroi intestinale en réponse à une stimulation électrique (EFS) chez deux groupes de souris soumises au stress de l’évitement de l’eau, l’un dont les récepteurs à l’acétylcholine étaient fonctionnels, l’autre dont ils étaient bloqués par l’un de ses antagonistes, l’atropine. On observe chez le premier groupe une à deux contractions d’environ 1 N/g de tissu toutes les 10 secondes, avec un pic à près de 2 N/g lors de l’EFS, tandis que chez le deuxième groupe chez qui l’on a injecté de l’atropine, les contractions sont plus irrégulières et plus faibles, voire absentes, avant l’EFS où le pic est d’environ 1 N/g de tissu. Lorsque l’acétylcholine ne peut pas se fixer sur les transmetteurs, la contraction est donc plus faible, voire absente. L’acétylcholine joue donc un rôle direct dans la contraction musculaire de la paroi intestinale. Le document 3)b) est un comptage des boulettes fécales émises avant et après exposition au stress de l’évitement de l’eau chez deux groupes de souris, l’un témoin et l’autre chez qui on a injecté du CORT 108297. On observe chez le premier groupe sans injection une significative différence du nombre de boulettes émises avant et après le stress en une heure : pour 15 souris, 10 ont émis 5 crottes ou moins environ avant le stress, tandis que 12/15 en ont émis 10 ou plus au total après le stress. Le stress a donc provoqué chez elles une émission importante de boulettes fécales. Chez le groupe avec CORT, il n’y a qu’une faible augmentation de l’émission avant et après le stress : pour 5 souris, entre 2 et 7 boulettes avant le stress, entre 5 et 10 au total après le stress. On sait que le CORT est un antagoniste de la corticostérone et qu’il l’empêche donc de se fixer sur ses récepteurs. Chez le groupe WAS + CORT, l’émission de boulettes fécales a peu augmenté contrairement au groupe témoin : la fixation de la corticostérone sur ses récepteurs augmente donc l’émission des boulettes fécales. Or, nous avons vu que l’acétylcholine jouait un rôle direct sur la contraction musculaire, et que celle-ci était en faible concentration dans le sang en présence de CORT. La corticostérone permet donc par la fixation sur ses récepteurs la production d’acétylcholine qui active les neurones et donc la contraction musculaire nécessaire au transit intestinal.
Ainsi, on observe chez les souris exposées au stress de l’évitement de l’eau que l’émission de boulettes fécales augmente dans le temps avant et après l’exposition. Les documents et les expériences qu’ils décrivent permettent d’établir un lien entre le transit intestinal des souris, l’exposition au stress, et les hormones produites et étudiées. En situation de stress chez les souris, l’hormone corticostérone est produite. Celle-ci se fixe sur les récepteurs dédiés et situés dans les plexus myentériques et muqueux composant la paroi intestinale. La réception de cette hormone entraîne la production de la protéine et neurotransmetteur acétylcholine. Celle-ci active les neurones composant les plexus ce qui entraîne la contraction et la libération de protéines Fos marquant l’activité neuronale locale. La contraction de l’intestin accélère donc le transit intestinal, d’où l’émission de matière fécale. Au contraire, les souris chez qui de l’antagoniste de la corticostérone a été injecté, et dont la fixation a été affaiblie, montrent de plus faibles concentrations en acétylcholine, puissance de contraction, et émission fécale. La corticostérone est donc une hormone essentielle dans la réponse adaptative de l’organisme des souris au stress, dont l’accélération du transit et la défécation semblent être des résultats probants. Si le stress semble accélérer le transit des souris, il serait pertinent d’étudier si la vitesse du transit intestinal croît avec l’importance du stress ou la durée de son exposition.
Bac 2024 : le corrigé de l’épreuve de spécialité SVT du jeudi 20 juin 2024
Exercice 1 – Tumeur cérébrale et motricité
Expliquer en quoi une tumeur cérébrale peut entraîner la perte de motricité volontaire d’un membre sans supprimer les réflexes myotatiques de ce même membre.
Introduction
Les jeux olympiques et surtout paralympiques à venir, et l’entraînement physique des sportifs y participant, sont autant de démonstrations de possibilité d’adaptation du corps humain à un mode de vie, une activité, ou à un handicap. Le corps serait donc en partie malléable, permettant de pallier certains problèmes, voire des pertes de motricité. Celle-ci correspond à l’ensemble des mouvements et déplacements du corps, dont les mouvements volontaires, c’est-à-dire ceux que nous souhaitons faire, et les mouvements réflexes, des réponses prévisibles, immédiates et involontaires de l’organisme à une stimulation. Parmi ces réflexes se trouvent notamment les réflexes myotatiques correspondant à l’extension ou à l’étirement d’un muscle. La perte de motricité peut survenir suite à une diminution de la masse musculaire d’une partie du corps, à un accident ou à une maladie affectant cette même partie ou le système nerveux.
Parmi ces maladies, on peut notamment citer les tumeurs cérébrales, c’est-à-dire un amas de cellules cancéreuses, qui le deviennent suite à un nombre important de mutations cellulaires. Les tumeurs localisées dans le cerveau peuvent impacter les fonctions assurées par cet organe essentiel, dont les fonctions motrices. Il n’est ainsi pas rare que des patients atteints de cette maladie perdent la possibilité l’un de leurs membres, voire une partie du corps, sans pour autant que les réflexes soient inactifs.
Il convient ainsi de se demander en quoi une tumeur cérébrale peut entraîner la perte de motricité volontaire d’un membre sans que les réflexes myotatiques de ce même membre soient affectés.
Nous verrons les organes et circuits neuronaux impliqués dans la réalisation des mouvements volontaires et des réflexes myotatiques, ainsi que les effets d’une tumeur cérébrale sur ces deux types de motricités.
I – Les mouvements volontaires, contrôlés par le cerveau
A) Les aires motrices du cortex cérébral
Le cerveau est l’organe principal du système nerveux central, essentiel à l’organisme pour en assurer les fonctions vitales, telles que le maintien des autres organes, l’exercice des fonctions cognitives, ou encore le mouvement. L’encéphale, c’est-à-dire la partie du système nerveux central contenu dans la boîte crânienne, se subdivise en deux hémisphères, et elles-mêmes en plusieurs parties appelées aires, assurant chacune une fonction particulière. L’aire de Broca est par exemple impliquée dans le traitement du langage et de la parole.
Les mouvements volontaires, c’est-à-dire ceux que nous contrôlons, sont associés au cortex moteur, désignant l’ensemble des aires cérébrales impliquées dans la planification, l’exécution et le contrôle de ces mouvements. Le cortex moteur se situe dans le lobe frontal du cortex cérébral. On peut citer notamment l’aire motrice primaire et le cortex préprimaire, impliqués dans la mise en mouvement d’une partie du corps et des muscles et articulations connexes. À noter que chaque partie du corps est contrôlée par l’hémisphère cérébral du côté opposé.
Lire aussi : SVT : cerveau et mouvement volontaire – AuFutur
B) Les neurones pyramidaux, spécialisés dans le mouvement
Le cerveau est composé de cellules nerveuses appelées neurones et de cellules gliales. Les neurones sont responsables du codage et de la transmission des messages nerveux aux muscles sous forme de potentiels d’action nerveux puis musculaires. Ils sont composés de dendrites et axones, axes faisant circuler les messages nerveux, et ils sont reliés entre eux par des synapses. Les cellules gliales sont non nerveuses et contribuent au maintien de l’environnement neuronal et au bon fonctionnement de leurs confrères.
Parmi ces neurones, certains sont des cellules spécialisées dans la motricité volontaire : les neurones pyramidaux. Pour faciliter la transmission nerveuse, ils disposent de davantage de connections nerveuses que leurs semblables non spécialisés d’où une forme triangulaire et d’où enfin leur nom. Plus précisément, ces neurones transmettent un message nerveux au bulbe rachidien via leurs axones, message converti d’intensité proportionnelle en neurotransmetteurs et communiqués aux motoneurones, des neurones spécialisés et localisés dans les muscles visés par le mouvement. Un motoneurone est relié à plusieurs cellules musculaires qu’il active grâce à ce neurotransmetteur : cette association forme une unité motrice.
C) Cellules cancéreuses et altération des aires cérébrales
Une cellule, porteuse du patrimoine génétique d’un individu, peut subir des mutations alléliques lors de la réplication de l’ADN ou plus largement de la division cellulaire. Les anomalies peuvent être détectées et modifiées, ou bien être trop conséquentes entraînant la destruction de la cellule dans la plupart des cas. Dans le cas contraire, les mutations peuvent être suffisamment nombreuses ou conséquentes pour que la cellule concernée devienne indépendante aux autres, formant alors une cellule cancéreuse, une lignée de cellules cancéreuses, puis une tumeur localisée, voire un cancer si elles se répandent.
Parce qu’elles agissent comme des cellules étrangères aux cellules initiales de l’organisme, elles ne peuvent pas assurer leurs fonctions, voire entraver le bon fonctionnement des cellules impliquées dans la région concernée. Dans le cas d’une tumeur cérébrale, les cellules cancéreuses peuvent entraver la bonne irrigation et donc le maintien des cellules locales, ou la transmission nerveuse. Ainsi, les neurones moteurs peuvent être mal alimentés et présenter des dysfonctionnements, voire leur activité peut être entièrement occultée, d’où l’affaiblissement de l’intensité de mouvements, voire l’incapacité de mouvoir certaines parties du corps. Si la masse musculaire n’est pas stimulée, elle diminue, ce qui rend davantage difficile le mouvement.
Les mouvements volontaires sont donc contrôlés par les neurones pyramidaux spécialisés dans le mouvement, situés dans les aires motrices dédiées du cortex cérébral. La présence d’une tumeur agit directement sur le fonctionnement et le maintien de ces neurones, et donc entrave le mouvement des parties du corps associées aux aires affectées. Cependant, les réflexes peuvent être conservés malgré cette perte de mobilité volontaire.
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II – Les réflexes, contrôlés par la moelle épinière
A) Les réflexes myotatiques, des mouvements non volontaires
Comme énoncé ci-dessus, les réflexes correspondent aux réponses musculaires prévisibles, immédiates, et involontaires à un stimulus. Contrairement aux mouvements volontaires initiés et contrôlés par le cerveau, les réflexes sont la stimulation non volontaire de muscle. Les tests sur les réflexes myotatiques, correspondant aux gestes d’extensions ou de flexions des muscles, permettent ainsi d’apprécier le bon fonctionnement du système nerveux, responsables de ces réponses. On peut citer notamment le réflexe rotulien consistant en un étirement de la jambe lorsque l’on frappe sous le genou. Ces réflexes peuvent être innés ou bien acquis.
B) Du stimulus à la moelle épinière, la formation d’arcs réflexes
Pourquoi la perte de motricité volontaire ne semble pas affecter les réflexes ? En réalité, les mouvements volontaires et de types réflexes n’empruntent pas le même chemin nerveux. Les premiers sont initiés par le cerveau comme précité, tandis que les réflexes dépendent directement de la moelle épinière, autre organe formant le système nerveux central.
Plus précisément, ce chemin correspond à un arc réflexe, formé de cinq éléments : un récepteur sensoriel, la voie nerveuse sensorielle, le système nerveux central, la voie nerveuse motrice, et l’effecteur musculaire provoquant le mouvement. Le stimulus est donc perçu par les cellules sensorielles et transmet en conséquence un message nerveux sensoriel à la moelle épinière via les neurones sensoriels du nerf rachidien. Ce message est ensuite converti en neurotransmetteur par les motoneurones de la moelle, en intensité proportionnelle, avant d’être transmis aux cellules musculaires sous forme de potentiel d’action.
Pour résumer, le mouvement volontaire est initié par le cerveau, et se traduit par la transmission d’un message nerveux aux cellules musculaires du membre visé. Un réflexe se met en place grâce à un circuit, un arc réflexe, où un message nerveux est de même transmis aux cellules sensorielles, à la moelle épinière, et aux cellules musculaires visées. L’acquisition de nouveaux réflexes conduit à la formation de nouveaux arcs réflexes.
C) Tumeur, muscles et réflexes
Comme nous l’avons vu, les arcs réflexes ne sollicitent pas le cerveau, mais la moelle épinière. Une tumeur localisée dans l’encéphale n’intervient donc pas au niveau des arcs réflexes, d’où la possibilité de ceux-ci indépendamment de la mobilité volontaire permise. En revanche, la migration des cellules cancéreuses et leur fixation, par exemple sur la moelle épinière, voire le développement d’un cancer, peut alors agir de manière localisée sur les cellules et donc sur l’exécution des réflexes. Autre dommage collatéral, la perte de masse musculaire due à une perte de mobilité peut de même altérer l’efficacité ou l’intensité des réflexes.
Ainsi, les réflexes sont des réponses à des stimulus extérieurs, dont la perception entraîne une réponse musculaire par l’intermédiaire de la moelle épinière, et non du cerveau. Une tumeur cérébrale et les pertes de motricité potentielles n’affectent donc pas directement les réflexes, sauf dans le cas du développement d’un cancer ou de cellules cancéreuses localisées sur la moelle, ou en raison de la perte de masse musculaire localisée.
Lire aussi : SVT : les réflexes – AuFutur
Conclusion
Ainsi, les mouvements que nous souhaitons faire sont initiés et contrôlés par le cerveau, et plus précisément les cortex moteurs et prémoteurs situés dans le lobe frontal, grâce à la transmission d’un message nerveux converti en potentiel d’action entre les neurones pyramidaux, cellules neuronales spécialisées dans le mouvement, et les cellules musculaires, les motoneurones. Les réflexes sont quant à eux des réponses musculaires à un stimulus extérieur, réalisés immédiatement et involontairement grâce à des arcs réflexes qui ne font pas intervenir le cerveau, mais la moelle épinière et son nerf rachidien, des neurones sensoriels percevant le stimulus, et des motoneurones situés dans les muscles. Les réflexes myotatiques correspondent en particulier aux mouvements d’extension et de flexion des muscles. Une tumeur, caractérisée par une accumulation localisée de cellules mutées, peut perturber l’équilibre et les fonctions normales de son lieu d’implantation. Une tumeur cérébrale, si elle est localisée dans ou à proximité des aires motrices, peut impacter le maintien des cellules locales ou la transmission des messages nerveux, c’est-à-dire que la communication entre le cerveau et les muscles d’un ou de plusieurs membres peut être affaiblie, voire stoppée. C’est ainsi qu’une tumeur cérébrale peut amoindrir, voire entraîner la perte de mobilité de certains membres que les aires et l’hémisphère cérébraux affectés contrôlent, sans pour autant affaiblir les réflexes qui ne dépendent pas du cerveau. Les réflexes myotatiques ne sont donc qu’indirectement affectés par une tumeur localisée dans l’encéphale, en cas par exemple de perte de masse musculaire nécessaire à la réalisation du mouvement, ou en cas de propagation des cellules cancéreuses à proximité de la moelle épinière ou des muscles.
Si la tumeur peut être soignée et que les cellules responsables du dysfonctionnement local sont détruites, la rééducation et la plasticité cérébrales peuvent permettre de recouvrer une partie ou bien la totalité de la mobilité des membres atteints. La rééducation et la réalisation d’exercices ciblés permettent notamment de redévelopper de la masse musculaire suffisante au mouvement, et à reconstituer des circuits neuronaux pour fluidifier le geste. Le cerveau peut cependant être durablement atteint, limitant les effets bénéfiques de la rééducation.
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Exercice 2 – Température et germination des graines
Proposer un mécanisme expliquant comment la température peut influencer la germination des graines d’Arabidopsis thaliana.
Chez les végétaux, la naissance d’un nouvel individu correspond à la germination d’une graine, qui est le résultat de la fécondation des gamètes femelles par celles mâles chez les plantes mères. La graine contient la plantule qui se développe grâce aux réserves organiques contenues dans la graine, en présence d’eau et sous certaines conditions de températures, auxquelles semblent être sensibles les phytochromes, des molécules engagées dans le processus de germination. L’objet de l’étude de document est de proposer un mécanisme expliquant l’influence que la température peut avoir sur la germination des graines de l’espèce végétale Arabidopsis thaliana.
Dans le document 1, des graines de cette espèce sont placées dans des environnements humides à différentes températures, afin d’en apprécier l’influence sur la germination et le mécanisme de thermo-inhibition. Les petites feuilles en fin d’expérience indiquent que les températures de 22 et 28°c ont permis la germination des graines, tandis que celles des températures au-delà de 28°c et jusqu’à 34°c n’ont pas germé. Or, on sait que la germination peut être bloquée par le mécanisme de thermo-inhibition si les températures ne sont pas satisfaisantes pour l’espèce. Pour cette espèce, le mécanisme de la thermo-inhibition semble donc être actif lorsque la température est strictement supérieure à 28°c.
Le document 2 propose un graphique des pourcentages de graines de riz germées selon une durée d’imbibition dans de l’eau (témoin) ou trois solutions de concentration variable d’acide abscissique (ABA). On observe qu’il n’y a pas d’évolution significative de ces pourcentages en deçà de 25 heures d’expérience. Au bout de 35 heures puis à 47 heures (fin de l’expérience), l’échantillon témoin présente 65% puis 95% de graines germées, l’échantillon à 0,5 µM d’ABA en présente 25 puis 75%, tandis que les échantillons à 1 µM et 5 µM ne présentent qu’une faible évolution respectivement entre 10 puis 20% et environ 10% en fin d’expérience. On sait que des résultats similaires ont été observés pour l’espèce étudiée, et que l’expérience a été effectuée à 28°c, température permettant la germination des graines de cette même espèce d’après le document 1. On sait de plus que l’acide abscissique est une hormone végétale impliquée dans la germination. Donc une forte concentration en acide abscissique semble réduire la germination des graines, qui semble nécessiter dans les conditions de l’expérience au moins 25 heures d’imbibition.
Le document 3 expose les résultats d’une expérience portant sur l’influence d’un phytochrome sous une forme mutante inactive (phytochrome B) sur la germination de graines de notre espèce à différentes températures. On n’observe aucune germination aux températures testées de 22°c, 28°c et plus de 28°c. Or, le document 1 nous indique que les températures de 22 et 28°c sont normalement propices à la germination. On sait que les phytochromes sont des molécules sensibles à la température et qu’une hausse de celle-ci peut les rendre inactifs. Ils se présentent dans l’expérience sous leur forme inactive. Donc les phytochromes dans leur forme active sont nécessaires au processus de germination, et le seuil de 28°c les fait peut-être entrer dans leur forme inactive.
Le document 4 présente la quantité de molécules ABI5 mesurée par électrophorèse dans des graines de notre espèce présentant un phytochrome muté donc inactif (PhyB) et sans mutation (WT, témoin). On observe chez le témoin WT que la concentration en ABI5 est faible, tandis qu’elle est forte chez ce PhyB. L’expérience a été réalisée à 28°c, température normalement propice à la germination (document 1). On sait que l’ABA est présent en quantité proportionnelle à l’ABI5 dans les graines. Donc un phytochrome inactif permet une forte concentration en acide abscissique, tandis qu’un phytochrome actif est associé à une faible concentration en ABA. Or, le document 2 nous indique qu’une forte concentration en ABA réduit le mécanisme de germination. Donc l’inactivité des phytochromes entraîne une forte concentration en ABA et entrave la germination.
Le document 5 mesure la production d’ABA par des graines non mutées de notre espèce en fonction de la température de culture. On observe que pour une température de 22°c, la concentration en ABA en fin d’expérience est d’environ 0,1 ng/mL, tandis qu’il y a des différences significatives à 30°c avec une concentration comprise entre 0,5 et 0,8 nG/mL. L’augmentation de la température semble donc accroître la concentration en ABA. Or, les documents 3 et 4 nous indiquent que celle-ci augmente lorsque les phytochromes entrent dans leur forme inactive au seuil de 28°c. Donc, la hausse de température augmente l’inactivité des phytochromes, donc la concentration en ABA et donc diminue la germination.
Ainsi, la germination des graines de Arabidopsis thaliana est soumise au mécanisme de thermo-inhibition actif au-delà d’une température de 28°c. Au niveau moléculaire, des températures supérieures à 28°C entraînent l’inactivité des phytochromes, des molécules nécessaires à la germination et thermosensibles, ce qui a pour effet l’augmentation de la concentration en acide abscissique ABA dans les graines, une hormone végétale impliquée dans la germination. Cette forte concentration diminue voire empêche le processus de germination. Au contraire, des températures comprises entre 22 (température la plus faible testée ici) et 28°c permet aux phytochromes d’être actifs donc une faible concentration en ABA, et donc une germination efficace des graines de notre espèce en présumément une vingtaine d’heures. Les expériences ayant pour objet l’influence de la température sur la germination, qui nécessite également d’autres ressources telles que l’eau, elles pourraient être complétées par d’autres tests portant sur l’influence de ce deuxième paramètre sur le mécanisme de croissance.
