Le blanchissement des récifs coralliens

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Atmosphère, hydrosphère, climats
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2015 | Académie : Amérique du Sud


Amérique du Sud • Novembre 2015

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

Le blanchissement des récifs coralliens

Les coraux sont des animaux fixés qui sont constitués d’une partie molle (le polype) et d’un squelette rigide calcaire dont l’accumulation peut former un récif.

Les polypes vivent en symbiose avec des algues unicellulaires : les zooxanthelles, lesquelles possèdent des pigments qui donnent aux polypes leur couleur verdâtre-brunâtre.

Depuis quelques décennies, les récifs coralliens sont durement affectés par l’augmentation de la température de l’eau en lien avec le changement climatique global. Ce stress thermique peut entraîner une altération de la pigmentation appelée blanchissement.

 À l’aide de l’exploitation des documents proposés et de vos connaissances, identifiez le métabolisme des zooxanthelles et son importance pour le polype, puis expliquez le blanchissement des récifs coralliens lors d’une augmentation de température.

DOCUMENT 1 Organisation du corail à différentes échelles

a. Schémas d’une coupe de polype (à gauche) et de sa paroi (à droite)

svtT_1511_03_00C_01

D’après P. Furla, Biofutur, 1999.

b. Observation microscopique d’une zooxanthelle, algue unicellulaire

svtT_1511_03_00C_02_legende

D’après H. Yamashita et al., PLoS One, 2007.

DOCUMENT 2 Effets de différents milieux de culture sur l’activité métabolique des zooxanthelles

Trois milieux sont réalisés :

milieu 1 : des zooxanthelles isolées dans une eau de mer filtrée enrichie en CO2 radioactif ;

milieu 2 : des polypes associés aux zooxanthelles dans une eau de mer filtrée enrichie en CO2 radioactif ;

milieu 3 : des polypes dépourvus de zooxanthelles dans une eau de mer filtrée enrichie en CO2 radioactif.

On détecte alors la radioactivité dans diverses molécules organiques contenues dans les zooxanthelles et dans les cellules du polype au cours du temps, à l’obscurité et à la lumière.

Détection de la radioactivité

Dans les zooxanthelles isolées

(milieu 1)

Dans les cellules du polype associées aux zooxanthelles

(milieu 2)

Dans les cellules du polype dépourvues de zooxanthelles

(milieu 3)

À l’obscurité

À la lumière

(temps en secondes)

5

+

30

+

360

+

+

(+) : radioactivité détectée

(–) : radioactivité non détectée

Par ailleurs, l’étude des molécules organiques a permis d’identifier, parmi les composés marqués, des acides aminés ainsi que des traces de glucose.

DOCUMENT 3 Effet de la température sur les zooxanthelles

Dans les eaux tropicales où se développent les coraux, la température moyenne est de 27 °C. On estime que les changements climatiques provoqueraient une augmentation de température de l’ordre de 5 °C.

a. Nombre de zooxanthelles au sein du polype en fonction de la température

svtT_1511_03_00C_03

b. Concentration de chlorophylle dans les zooxanthelles en fonction de la température

svtT_1511_03_00C_04

D’après O. Hoegh-Guldberg et G.J. Smith, Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 1989.

c. Nombre de zooxanthelles expulsées d’un polype en fonction de la température

svtT_1511_03_00C_05

D’après le site hdl.handle.net/2268/6023.

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

Le sujet se décompose en deux parties :

la première partie a pour objectif de préciser une modalité de la nutrition des polypes des coraux en rapport avec leur association avec des algues unicellulaires, les zooxanthelles (documents 1 et 2) ;

la deuxième partie utilise les notions dégagées dans la première partie et les informations extraites du document 3 pour expliquer comment une augmentation de température de l’eau de mer peut entraîner un blanchissement du corail.

Pour dégager les conclusions sur la nutrition du polype à partir du document 2, il est judicieux de raisonner en utilisant la méthode comparative, c’est-à-dire en comparant les résultats d’expériences ne différant qu’au niveau d’un seul paramètre.

Pour savoir si les différences entre plusieurs données sont significatives, n’oubliez pas d’utiliser la barre d’erreur lorsqu’elle est fournie.

Mobiliser ses connaissances

La cellule chlorophyllienne des végétaux verts effectue la photosynthèse grâce à l’énergie lumineuse. Le chloroplaste est l’organite-clé de fonction.

L’augmentation de la teneur de l’atmosphère en gaz à effet de serre due aux activités humaines entraîne un réchauffement climatique qui peut avoir des répercussions néfastes sur les écosystèmes.

Corrigé

Corrigé

Le blanchissement des récifs coralliens est lié au réchauffement climatique.

Après avoir précisé les caractéristiques du métabolisme du polype et des zooxanthelles associées, nous expliquerons comment le réchauffement climatique affecte les coraux.

I. L’association polype-zooxanthelles (document 1)

La paroi du polype (document 1a) est constituée de deux couches de cellules ; les cellules de la couche interne renferment des zooxanthelles.

Le document 1b indique que les zooxanthelles sont des organismes unicellulaires chlorophylliens puisqu’ils contiennent des chloroplastes.

La couleur des polypes est due à cette association avec les zooxanthelles.

II. Le métabolisme des zooxanthelles et son importance pour le polype (document 2)

Comparaison des colonnes 1 et 3 du document 2 :

Info

Le texte d’introduction du sujet indique que les polypes vivent en symbiose avec les algues, ce qui suppose que les algues bénéficient aussi de l’association. Le sujet ne renseigne pas sur ce point. On peut au moins penser qu’elles bénéficient du CO2 produit par la respiration des cellules du polype.

La colonne 1 montre qu’au bout de 5 secondes, il y a présence de matières organiques radioactives (acides aminés, glucose…) dans les zooxanthelles. La seule substance radioactive du milieu étant le dioxyde de carbone, cela signifie que ces matières organiques ont été synthétisées en utilisant ce CO2 radioactif. Cette synthèse n’a pas lieu dans l’obscurité.

Le métabolisme en jeu est donc la photosynthèse : les zooxanthelles sont des organismes autotrophes.

La colonne 3 montre que les cellules du polype dépourvues de zooxanthelles n’ont pas, à la lumière, synthétisé de molécules organiques radioactives : elles sont incapables de réaliser la photosynthèse.

Comparaison des colonnes 2 et 3 du document 2 :

Contrairement à celles du milieu 3, les cellules du polype du milieu 2 associées aux zooxanthelles contiennent des matières organiques radioactives au bout de 360 secondes.

La seule explication possible est que ces matières organiques proviennent des zooxanthelles.

L’alimentation des cellules du polype est assurée, au moins en partie, par les matières organiques synthétisées par les zooxanthelles associées.

III. Le blanchissement des coraux

Le document 3a montre que l’augmentation de la température entraîne une baisse du nombre de zooxanthelles lorsqu’elle dépasse 27 °C ; cette diminution du nombre de zooxanthelles peu significative à 30 °C devient particulièrement importante au-delà. En effet à 32 °C, le nombre de zooxanthelles est 2,5 fois plus faible qu’à 27 °C, ce qui est très nettement supérieur aux valeurs de la barre d’erreur.

Le document 3b indique que la concentration en chlorophylle des zooxanthelles ne varie pratiquement pas lorsque la température passe de 27 à 32 °C. Les variations constatées sont inférieures aux valeurs des barres d’erreur et ne sont donc pas significatives.

Le blanchissement des coraux est donc dû à une réduction de la densité des zooxanthelles dans les cellules du polype et non à un appauvrissement en chlorophylle de ces algues.

Info

Même à 27 °C, les polypes expulsent sans cesse des zooxanthelles à un rythme faible ; cette perte d’algues est compensée par une entrée équivalente.

Le document 3c indique que le polype expulse sans cesse des zooxanthelles. Ce phénomène, faible à 27 °C devient très important à 32 °C.

La réduction du nombre de zooxanthelles dans les cellules des coraux lorsque la température passe de 27 à 32 °C est donc due à une expulsion des algues par les cellules du polype, expulsion favorisée par l’élévation de température.

Bilan

Les coraux présentent une association durable entre un polype hétérotrophe et une algue autotrophe.

Les polypes bénéficient des matières organiques fabriquées par les zooxanthelles.

L’augmentation de la température des eaux entraîne une expulsion d’une partie des algues, d’où le blanchissement des polypes et, par suite, du récif corallien dans son ensemble.

En outre, la diminution de la fourniture de matières organiques par les zooxanthelles aux polypes peut entraîner la mort de ces derniers.