L’algue et la salamandre

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Énergie et cellule vivante
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2014 | Académie : Moyen-Orient
Corpus Corpus 1
L’algue et la salamandre

Énergie et cellule vivante

svtT_1405_09_03C

SPÉCIALITÉ

41

CORRIGE

Liban • Mai 2014

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

La salamandre maculée, Ambystoma maculatum, présente une particularité : ses œufs sont de couleur verte. Les chercheurs ont établi que cette couleur des œufs résulte d’une association entre l’embryon de salamandre et une algue, Oophila ambystomatis.

> À partir de l’ensemble documentaire et de l’utilisation de vos connaissances, décrivez les deux réactions métaboliques mises en œuvre lors de cette association et montrez leur complémentarité.

 DOCUMENT 1 Association entre l’algue et la salamandre

a. Salamandre adulte et œuf de salamandre

Ambystoma maculatum est un vertébré amphibien qui, au printemps, pond ses œufs dans une mare ou sur les bords d’un lac.

Oophila ambystomatis est une algue verte chlorophyllienne unicellulaire d’eau douce, qui peut pénétrer et se développer dans les œufs de salamandres.

Ambystoma maculatum

 
Œuf de salamandre, de couleur verte

 

b. Cellules d’embryon de salamandre observées au microscope électronique à des grossissements d’ordre croissant et schémas d’observation correspondants


 
 DOCUMENT 2 Échanges gazeux dans l’œuf de salamandre

a. Expérience 1

Dans cette expérience, on utilise un œuf de salamandre qui a été laissé plusieurs heures à l’obscurité. On y mesure la variation de la pression partielle en O2 à la lumière puis à l’obscurité.

Les variations de pression partielle en O2 correspondent aux variations de concentration en O2 dans l’œuf. On obtient les résultats représentés sur le graphique ci-dessous.

Variations de la pression partielle en O2 mesurées dans l’œuf de salamandre

 

b. Expérience 2

On refait la même expérience avec des œufs de salamandre dépourvus d’algues chlorophylliennes.

Les variations observées dans le document a. n’ont pas lieu.

c. Compléments de résultats

D’autre part, il a été mis en évidence que, lors de son développement, l’embryon de salamandre consomme de l’O2 et rejette du CO2.

 DOCUMENT 3 Étude du développement des embryons de salamandre et des algues dans différentes conditions expérimentales

a. Étude du développement d’œufs de salamandre de couleur verte dans deux conditions du milieu de culture

Deux lots de 300 œufs de salamandre de couleur verte sont placés dans des conditions différentes : le premier lot est élevé en absence de lumière, le deuxième lot est élevé en présence de lumière. On obtient les résultats représentés sur le graphique ci-dessous.

Étude du pourcentage d’embryons éclos selon les conditions d’éclairement

 

b. Étude du développement des algues contenues dans la masse gélatineuse de l’œuf (en présence de lumière)

Le nombre de + représente l’importance du phénomène.

 

Algues dans la masse gélatineuse de l’œuf avec embryon (œuf complet)

Algues dans la masse gélatineuse de l’œuf sans l’embryon

Synthèse de matière organique

+++

+

Multiplication

+++

+

 

Tous les documents sont d’après www.pnas.org/content/108/16/6497.full et www.pedagogie.ac-nantes.fr

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

  • Pour être en accord avec le titre du premier thème de spécialité, (Énergie et cellule vivante), la question cible sur les deux réactions métaboliques mises en œuvre dans l’association entre l’embryon de salamandre et les algues unicellulaires. Mais les documents fournis sont surtout axés sur la mise en évidence de l’association (document 1) et sur l’intérêt qu’en retire chacun des partenaires (document 3). En ce sens, ce sujet aurait pu être posé dans la partie diversification du vivant de l’enseignement scientifique. Il faut d’abord exploiter les documents 1 et 3 pour dégager le caractère symbiotique de cette association puis, à l’aide des informations extraites du document 2, montrer de quelle façon le métabolisme de chacun des partenaires profite à l’autre.
  • Attention à l’ambiguïté portant sur la notion d’œuf : il faut distinguer œuf et cellule-œuf. Ici, l’ensemble embryon-algue verte est appelé œuf (sens commun du mot œuf, celui d’un embryon de poule qui se développe à l’abri de la coquille).
  • Pensez à bien voir que la symbiose envisagée a un double aspect : d’une part, c’est une exosymbiose entre les algues de la masse gélatineuse et l’embryon et, d’autre part, c’est une endosymbiose entre les cellules de l’algue présentes dans les cellules de l’embryon et l’embryon. Les données expérimentales se rapportent à l’exosymbiose.
  • Si le libellé fait appel à l’utilisation des connaissances, il ne s’agit pas de faire un exposé exhaustif sur la photosynthèse et la respiration. Les données du document 2 qui s’y rapportent sont élémentaires, et les connaissances exposées ne doivent guère dépasser ce niveau.

Mobiliser ses connaissances

  • Les cellules chlorophylliennes effectuent la photosynthèse grâce à l’énergie lumineuse captée par les pigments chlorophylliens. Le chloroplaste est l’organite clé de cette fonction. Cette photosynthèse aboutit à la synthèse de matières organiques à partir de matières minérales (eau, dioxyde de carbone et ions minéraux) et à la production de dioxygène.
  • La plupart des cellules eucaryotes (y compris les cellules chlorophylliennes) respirent : à l’aide du dioxygène, elles oxydent la matière organique en matière minérale. La mitochondrie est l’organite clé de la respiration cellulaire. L’oxydation des matières organiques par la respiration fournit l’énergie nécessaire à toutes les activités de la cellule, notamment les synthèses.
Corrigé
Corrigé

I. Une association entre salamandre et algues vertes (document 1)

  • À l’intérieur de la masse gélatineuse, cohabitent des cellules d’algue verte et un embryon de salamandre (document 1a). Cet embryon se développe donc en association avec des algues vertes.
  • Le document 1b montre, à l’intérieur d’une cellule d’embryon, une cellule d’algue. Celle-ci présente un chloroplaste présentant les lamelles caractéristiques des grana indiquant une structure fonctionnelle, confirmée par la présence de grains d’amidon témoignant d’une photosynthèse active. La cellule d’algue est donc vivante et non en voie de digestion par la salamandre.
  • L’association entre l’embryon de salamandre et les algues présente donc un double aspect : une association assez lâche entre les algues de la masse gélatineuse et l’embryon, et une association très étroite entre les algues situées à l’intérieur des cellules de l’embryon et l’embryon. Cette dernière association suggère une endosymbiose.

II. Une association à bénéfice réciproque (document 3)

1. Bénéfice pour les embryons

  • L’étude du document 3a indique qu’à la lumière, l’éclosion des embryons (qui abandonnent la masse gélatineuse pour mener une vie libre) débute au 47e et au 50e jour, où 80 % d’entre eux sont éclos.
  • À l’obscurité, l’éclosion débute à peu près au même moment mais, au 50e jour, seuls 20 % des embryons sont éclos.

À la lumière, l’éclosion des embryons est assez synchrone alors qu’elle est étalée dans le temps à l’obscurité.

Au 70e jour, 90 % des embryons à la lumière sont éclos contre 80 % à l’obscurité.

  • À la lumière, le développement des embryons est donc statistiquement plus rapide qu’à l’obscurité, il est donc favorisé : comment expliquer l’effet de la lumière sur ce développement ?
  • La différence des résultats à la lumière et à l’obscurité peut s’expliquer par les effets de l’éclairement sur les algues vertes : à l’obscurité, elles ne réalisent pas de photosynthèse et doivent dépenser du dioxygène, contrairement à ce qui se passe à la lumière. Le développement des embryons bénéficie donc de la présence et de l’activité des algues.

2. Bénéfice pour les algues (document 3b)

En présence d’un embryon, la synthèse de matières organiques par les algues et leur multiplication est nettement plus importante qu’en son absence. Les algues de la masse gélatineuse bénéficient donc de l’association avec un embryon.

III. Les réactions métaboliques mises en œuvre

  • Le document 2a indique que la concentration en dioxygène de l’œuf (donc de la masse gélatineuse) augmente lorsqu’il est exposé à la lumière puis diminue lorsqu’il est replacé à l’obscurité.

En l’absence d’algues chlorophylliennes (document 2b), ces variations n’existent pas : elles sont donc dues aux algues.

L’augmentation de la concentration en dioxygène à la lumière est due à sa production par les algues au cours de la photosynthèse.

La réaction globale de cette photosynthèse, peut s’écrire :

6 CO2+ 6 H2O → C6H12O6+ 6 O2ou 6 CO2+ 12 H2O → C6H12O6+ 6 O2+ 6 H2O.

L’énergie nécessaire étant fournie par l’énergie solaire captée par les pigments chlorophylliens.

  • Le document 2c indique que l’embryon de salamandre respire ; il en est de même pour les algues à la lumière comme à l’obscurité. La respiration consiste en une dégradation de matières organiques avec consommation de dioxygène. La réaction globale C6H12O6+ 6 O2 → 6 CO2+ 6 H2O libère l’énergie nécessaire à l’activité des cellules.

À la lumière, la concentration de dioxygène augmente dans la masse gélatineuse, ce qui signifie que sa production par la photosynthèse est supérieure à sa consommation par la respiration de l’embryon et des algues.

À l’obscurité, la photosynthèse n’a pas lieu et il n’y a plus que des échanges gazeux respiratoires de l’embryon et des algues qui consomment de l’O2.

Bilan

  • Les algues, par leur photosynthèse, assurent une meilleure oxygénation de l’embryon au cours de son développement (document 3a).

Il est possible qu’il en soit de même pour les cellules de l’embryon contenant des algues (document 1b) et que ces cellules bénéficient des matières organiques issues de la photosynthèse des algues symbiotiques (endosymbiose).

  • La respiration de l’embryon fournit aux algues le dioxyde de carbone nécessaire à la photosynthèse (document 3b).