Bac S 2014 Polynésie (corrigé)

Partie 2.2 : enseignement de détermination (5 points) Génétique et évolution (sujet)

Je vais conseiller, une fois n'est pas coutume, de prendre les documents dans le désordre:

Le document 4 montre que l'injection chez l'Epinoche d'eau douce d'une construction génique comprenant la région régulatrice PEL des Epinoches marines et le gène PITX1 fait apparaitre une nageoire pelvienne épineuse. (déduction:) Il existe donc une différence entre cet ensemble génétique et celui présent chez l'Epinoche d'eau douce. (connaissances:) L'élément significatif de la construction génétique est de l'ADN et la différence est une mutation.

Le document 3a montre que les séquences du gène PITX1 sont identiques chez les deux Epinoches. (déduction:) La différence se situe donc au niveau de la séquence régulatrice qui nous est présentée dans le document 3b. On peut alors formuler l'hypothèse suivante: "une mutation dans la séquence régulatrice empêche celle-ci de fixer les facteurs de transcrition présentés dans le document 3b et donc de déclencher la transcription.

Le document 2 montre la présence d'ARNm produit par le gène PITX1 dans la zone où se développe la nageoire épineuse chez l'Epinoche marine et son absence chez l'Epinoche d'eau douce. (déduction:) le gène PITX1 est actif (transcrit en ARNm) chez la première et inactif chez la seconde, alors que sa séquence n'est pas modifiée. Cette déduction conforte l'hypothèse formulée.

Le document 1 nous présente les différences morphologiques entre les deux Epinoches et nous indique que les prédateurs sont différents selon le milieu de vie. (déduction:) Chez l'Epinoche d'eau douce, la prédation par des larves d'insecte remplace celle due aux gros poissons et favorise les Epinoches dépourvues de nageoire pelvienne épineuse qui survivent davantage. (connaissances et synthèse:) Une sélection naturelle fait évoluer la (les) population d'Epinoche d'eau douce vers une forme possédant une séquence régulatrice qui ne permet plus d'activer le gène PITX1 au niveau de la nageoire pelvienne et donc qui ne possède plus d'épine ventrale.

Je ne dispose pas du barème officiel (appel à ceux qui ont corrigé ce sujet), mais la correction qui précède est très probablement celle attendue par l'auteur du sujet. Néanmoins une réponse parfaite devrait selon moi comporter la conclusion suivante: Nous avons présenté une hypothèse compatible avec les observations et les résultats expérimentaux présentés dans les documents, mais nous ne pouvons pas prouver que cette hypothèse est vraie et d'autres sont sans doute possibles (connaissances du cours de philosophie ! lire les références en bas de page). Par ailleurs l'évolution de la (les) population d'Epinoche d'eau douce implique (connaissances:) qu'elle soit isolée de celle de l'Epinoche marine.

discussion

Je me suis prudemment gardé d'écrire que les documents "validaient" l'hypothèse formulée. Si on se réfère à Karl Popper (Popper, 1973), tout au plus peut-on affirmer qu'ils ne la réfutent (falsifient) pas. Mais la suite montre que l'on peut en formuler au moins une autre et que les documents fournis ne la réfutent pas davantage que la première.

L'outil de détermination de note qui suit est habituellement utilisé pour la question 2.2

Démarche... cohérente maladroite incohérente ou absente
Eléments scientifiques tirés des documents et issus des connaissances... suffisants dans les deux domaines suffisants pour un domaine et moyen dans l'autre ou moyen dans les deux suffisant pour un domaine et moyen dans l'autre ou moyen dans les deux moyen dans l'un des domaines et insuffisant dans l'autre insuffisant dans les deux domaines rien
Note 5 4 3 2 1 0

La question est évidemment: la démarche d'un élève qui ne fourni qu'une seule hypothèse (comme le sujet le demande) et la considère comme vraie est-elle cohérente?

Si on analyse les documents dans l'ordre, on est incité à une démarche un peu différente de celle présentée dans le corrigé du début de page:

Le document 1 indique qu'il existe des morphologies différentes chez les Epinoches marines et chez les Epinoches d'eau douce (avec / sans épines) et que cette différence est corrélée à une prédation elle-même différente (gros poissons / larves d'Insectes). On ne peut rien en déduire mais on peut formuler une question: cette différence de morphologie est t-elle génétique ou provoquée par l'environnement?

Le document 2 nous apprend que la mise en place de la nageoire pelvienne épineuse est sous la dépendance d'un gène PITX1 et montre que le gène PITX1 est transcrit en ARNm dans la zone concernée par le développement de la nageoire chez les Epinoches marines, mais non chez les Epinoches d'eau douce. (déduction:) Ceci élimine l'hypothèse d'une mutation du gène PITX1 qui aurait pour effet de lui faire produire une protéine inactive; (connaissances:) dans ce cas on aurait quand même une production d'ARNm (sauf dans le cas peu probable de délétion totale du gène).

Le document 3a indique que les séquences du gène PITX1 sont identiques dans les deux cas, ce qui confirme la déduction déjà faite précédement: le gène PITX1 n'a pas muté.

Le document 3b indique que l'expression du gène PITX1 est contrôlée par une séquence régulatrice. Il y a transcription si des facteurs de transcription se lient à cette séquence régulatrice. On ne peut rien en déduire mais on peut cette fois formuler deux hypothèses qui précisent la question formulée après analyse du document 1:
1. La liaison est empêchée par une modification des facteurs de transcription (influence de l'environnement, etc.);
2. La liaison est empêchée par une modification de la séquence régulatrice (mutation).
Les deux hypothèses ne sont pas exclusives !

Le document 4
permet de tester la seconde hypothèse: (déduction:) l'hypothèse 2 est compatible avec le résultat de la transgénèse: il y a bien une modification de cette séquence.

On retrouve alors l'argumentation de synthèse évoquée dans le corrigé précédent (sélection naturelle favorisant le maintien de cette mutation chez les Epinoches d'eau douce). Mais je vais développer ma critique:

1. Aucun document ne permet d'invalider l'hypothèse 1 (modification des facteurs de transmission).
2. La seule information incitant à faire intervenir la sélection naturelle est l'évocation d'une prédation différente chez les deux variétés d'Epinoche par le document 1. Et celui-ci pêche par ommision: ce document incite à penser que les Epinoches marines et les Epinoches d'eau douce vivent dans des milieux différents, donc sont isolées géographiquement. Hors c'est faux... en grande partie.

Les Polynésiens, qui ont la chance de vivre sur les rives du Pacifique, ne connaissent sans doute pas l'Epinoche (d'eau douce) qui fréquente les rivières de métropole et... possède des épines (et est mangée par de gros poissons). Quand on sait que les Epinoches sont suceptibles de petites migrations et que les Epinoches marines se reproduisent... en eau douce, on ne comprend plus comment ces populations peuvent être suffisamment isolées pour permettre la divergence des séquences de régulation PEL.

Il manque à ce sujet l'information essentielle qui explique que "les Epinoches d'eau douce étudiées ne sont pas toutes les Epinoches d'eau douce, mais de petites populations isolées dans des lacs périglaciaires d'Alaska".

Un intérêt de ce sujet est cependant de poser une question ouvrant de vastes perspectives: pourquoi est-ce la séquence de régulation dont on observe la mutation et non le gène Pitx1?

La réponse est connue: le gène Pitx1 intervient ailleurs et / ou à d'autres moments pour contrôler le développement d'autres organes. Ses mutations ont des conséquences graves voire léthales pour l'organisme et la probabilité d'observer de telles mutations est donc quasiment nulle; par contre les séquences de régulation sont très courtes et plus spécialisées. On découvre à peine leur importance.

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Références

Sean Caroll, Benjamin Prud'homme et Nicolas Gompel. 2009. La régulation des gènes, moteur de l'évolution. Pour la science 375, janvier.

Karl Popper. 1973. La Logique de la découverte scientifique. Payot (1959. The Logic of Scientific Discovery. Hutchinson, London).

Maryvonne Longeart. Karl Popper, sur le site de l'académie de Grenoble (lire le paragraphe "La falsifiabilité des théories scientifiques").

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