mardi 30 septembre 2014

Cahier de texte TS6. Spécialité, 2014-2015

Vendredi 5 septembre.
Thème 1. Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir
La composition initiale de l'atmosphère terrestre. Evolution du taux de CO2 des origines à aujourd'hui: quelques mécanismes.

Vendredi 12 septembre
Thème 1. Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir
Evolution du taux de dioxygène depuis les origines. Signification des minerais de fer rubané et rôle des cyanobactéries.

Vendredi 19 septembre
Thème 1. Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir
Quelques méthodes permettant de retrouver les climats passés. Utilisation de la mesure du ∆18O dans les carottes de glaces et dans les tests de foraminifères.

Cahier de texte TS6. Partie spécifique, 2014-2015

Mercredi 3 septembre
Thème 1A. Génétique et évolution
Remise en place de quelques notions de génétique de 1ère S sous forme de discussion

Accompagnement. Présentation de l'épreuve de SVT au bac S spé SVT.

Lundi 8 septembre
Thème 1A. Génétique et évolution
Méiose et fécondation
Présentation du cycle de l'espèce humaine. Signification de la méiose et de la fécondation.
Présentation de la méiose à travers l'étude chez le criquet mâle.
Mise en place des grandes étapes de la méiose.

Mercredi 10 septembre
Thème 1A. Génétique et évolution
Méiose et fécondation
Fin de la mise en place de la méiose. Succession d'une division réductionnelle et d'une division équationnelle.

Accompagnement. Groupe A : utilisation du microscope, reprise des bases
Groupes B et C : Travail écrit sur Lyssenko, à partir de quelques extraits de textes en vue d'une évaluation des capacités de synthèse.

Vendredi 12 septembre
Thème 1A. Génétique et évolution
Méiose et fécondation
Déroulement de la méiose et de la fécondation.

Lundi 15 septembre
Thème 1A. Génétique et évolution
Brassage chromosomique
Analyse à partir de comptages, des croisement black vestigial x sauvage et ebony vestigial x sauvage chez la drosophile.

Mercredi 17 septembre
Elections des délégués
Thème 1A. Génétique et évolution
Brassage chromosomique
Mise en place des notions de brassage interchromosomique et intrachromosomique.
Exercice pour le lundi 22 septembre

Accompagnement. Groupe B : utilisation du microscope, reprise des bases
Groupes A et C : Travail écrit sur Lyssenko, à partir de quelques extraits de textes en vue d'une évaluation des capacités de synthèse.



Cahier de texte 1ère S2. 2014-2015

Mercredi 3 septembre.
Prise de contact. Présentation du programme.
Thème 1. Devenir homme ou femme
1. Quelques éléments anatomiques

Jeudi 4 septembre
Thème 1. Devenir homme ou femme 
1. Quelques éléments anatomiques
Dissection de l'appareil génital de souris. Comparaison entre l'appareil de souris et l'appareil humain

Vendredi 5 septembre
Thème 1. Devenir homme ou femme
2. Du sexe génotypique au sexe phénotypique
Retour sur les connaissances des classes précédentes sous forme de discussion libre

Mercredi 10 septembre
Thème 1. Devenir homme ou femme
2. Du sexe génotypique au sexe phénotypique
Les chromosomes X et Y. Existence du gène SRY. Conséquence sur la détermination du sexe.

Jeudi 11 septembre
Thème 1. Devenir homme ou femme
3. Mise en place du sexe phénotypique
Utilisation du logiciel DifSex. Rôle des hormones dans la différenciation.

Vendredi 12 septembre
Accompagnement. Utilisation du microscope (groupe A, 12 élèves). Travail sur la détermination du sexe chez les tortues en étude (groupes B + C, 22 élèves).

Mercredi 17 septembre
Thème 1. Devenir homme ou femme
3. Mise en place du sexe phénotypique
Synthèse des différents éléments vus précédemment. Schéma bilan
4. Evolution ultérieure. Puberté
Evolution morphologique. Castrats et eunuques. Sécrétions hormonales post-pubertaires.

Jeudi 18 septembre
Thème 1. Devenir homme ou femme
5. Régulation des hormones sexuelles
Observation de CT de testicules et d'ovaire. Utilisation du microscope couplé à une caméra. Obtention de photo légendées.

Vendredi 19 septembre
Accompagnement. Utilisation du microscope (groupe B, 11 élèves). Travail sur la détermination du sexe chez les tortues en étude (groupes A + C, 23 élèves).

lundi 22 septembre 2014

Sexualité et procréation (1ère S)

Nous avons vu dans le chapitre précédent, que la mise en place du sexe masculin était gouvernée par l'activité hormonale. A partir de la puberté, les hormones sexuelles vont assurer le fonctionnement normal de l'appareil génital.

Régulation de l'activité hormonale chez l'homme

Il existe une hormone testiculaire, produite par les cellules de Leydig, situées entre les tubes séminifères.

Schéma d'interprétation d'un testicule


Un autre organe essentiel qui intervient dans la régulation des hormones sexuelles est l'hypophyse, une petite glande qui se trouve à la base du cerveau (en orangé dans le schéma suivant).

Un certain nombre d'expériences permet de mettre en évidence les relations entre l'hypophyse et les testicules, notamment par hypophysectomie (suppression de l'hypophyse).



L'hypophyse sécrètent donc deux hormones qui agissent sur les testicules, la LH et la FSH. L'hypophyse est en relation avec l'hypothalamus par l'intermédiaire de la tige hypophysaire.

L'hypothalamus est une structure contenant des neurones.
Par des expérimentations, on a pu relier l'activité neuronale de l'hypothalamus à la sécrétion de gonadostimulines (LH + FSH). On rappelle que les potentiels d'actions traduisent l'activité de nature électrique des neurones.

Les neurones de l'hypothalamus sont particuliers car il sécrètent une substance appelée neuro-hormone, la GnRH qui joue sur la sécrétion de gonadostimulines.
Il s'établit ainsi une cascade de régulations qui part de l'hypothalamus et s'exerce sur le testicule.
Cependant, un problème se pose : comment l'activité d l'hypothalamus est-elle régulée ?
Un certain nombre d'expériences, ont mis en évidence l'existence d'un auto-régulation de l'activité de l'ensemble hypothalamo-hypophysaire par le testicule. On parle de rétrocontrôle.
Comme ce rétrocontrôle aboutit toujours à une constance de la sécrétion de testostérone, on parle alors de rétrocontrôle négatif.


Régulation de l'activité hormonale chez la femme

Si on observe une coupe d'ovaire chez un mammifère, on constate la présence de structures à différents niveaux de maturation : les follicules.


Un follicule est constitué par l'ovocyte et tout un ensemble de cellules différenciées. Le cycle d'évolution d'un follicule est fondée sur un rythme de 28 jours. L'ovulation, qui est l'expulsion de l'ovocyte du follicule vers les trompes a lieu au 14ème jour. Entre le 15ème et le 28ème jour, le follicule devient un corps jaune.


Deux types d'hormones sont fabriquées pendant le cycle du follicule. En phase pré-ovulatoire (du 1er au 14ème jour), le follicule sécrètent des œstrogènes. En phase post-ovulatoire (après l'ovulation), le corps jaune sécrète essentiellement de la progestérone.
Comme se sont les cellules folliculaires qui fabriquent les œstrogènes, plus le follicule est gros, plus la quantité d'œstrogènes fabriquée est importante. Cette différence avec le sexe masculin est essentiel pour comprendre la régulation chez la femme.

On constate qu'au 14ème jour, la LH présente un pic. C'est ce pic qui déclenche l'ovulation. On parle de décharge ovulante.
Durant les 7 ou 8 premiers jours du cycle, le taux d'œstrogènes est relativement faible. Un rétrocontrôle négatif s'exerce sur la sécrétion de LH dont le taux reste faible, lui aussi. Après cette première partie, le taux d'œstrogène augmente fortement ce qui entraîne un changement de rétrocontrôle qui devient positif. C'est à dire que plus il y a d'œstrogènes et plus la quantité de LH fabriquée est importante, jusqu'à la décharge ovulante. 
En phase post-ovulatoire, le rétrocontrôle redevient négatif.

Le schéma suivant permet de synthétiser les différentes régulations qui interviennent.

La contraception

La contraception correspond à l'ensemble des méthodes donnant une stérilité temporaire à l'individu.
Il existe trois types de contraception :
— la contraception naturelle
— la contraception mécanique
— la contraception chimique


Les méthodes de contraception  naturelle présentent un taux d'échec assez important.
La contraception mécanique
Parmi les méthode de contraception mécanique, nous retiendrons le stérilet et le préservatif.
Le stérilet ou (DIU, dispositif intra-utérin) est une structure en polyéthylène recouvert de cuivre ou sécrétant une hormone. Il est placé dans l'utérus par le médecin et peut rester en place jusqu'à 5 ans.


Le préservatif, masculin ou féminin, est constitué d'une membrane de latex qui peut être enduite ou non de gelée spermicide. le port du préservatif est la seule méthode de contraception qui protège aussi des IST (infections sexuellement transmissibles), notamment du SIDA.


La contraception chimique
Elle a été mise au point par Gregory Pinkus (USA) au milieu de années 50. Elle utilise des hormones de synthèse (œstradiol, progestatif).  La contraception chimique agit sur différentes zones de la physiologie féminine.

Les pilules contraceptives sont très nombreuses et peuvent se réunir en trois groupes comme le montre le schéma suivant :

 
Nous n'étudierons que le rôle des pilules combinés.
Les courbes suivantes permettent de mettre en évidence que le rôle des hormones de synthèse est de supprimer le rétrocontrôle positif, dû à la croissance du follicule. De ce fait, le pic de LH est supprimé et donc la décharge ovulante. Il n'y a donc pas d'ovulation.


La contraception d'urgence
Cette contraception est réservé aux cas ou un rapport sexuel a été non protégé. La pilule du lendemain dont la molécule active est le lévonorgestrel, est surtout efficace dans les 24 heures après le rapport à risque, ayant eu lieu dans la période d'ovulation.

La courbe suivante permet de montrer que le lévonorgestrel supprime le pic de LH lorsque la pilule est prise dans les 24 heures qui suivent l'ovulation.

Si on compare la structure chimique de la progestérone et du lévonorgestrel, on constate que les deux molécule se ressmble. On peut penser que le lévonorgestrel occupe les récepteurs de la progestérone, modifiant ainsi le cycle et supprimant la décharge ovulante.

Molécule de progestérone

Molécule de lévonorgestrel

La pilule contragestive
La loi de 1975, autorise les IVG dans des cadres légaux très stricts. Afin de limiter le caractère stressant des IVG chirurgicales, on a mis au point dans les années 80 une pilule abortive, le RU 480. Un certain nombre d'expérimentations ont été faites sur les animaux pour étudier le mécanisme.
Le RU480 doit être utilisé avec un suivi médical, 49 jours au maximum après l'arrêt des règles.

L'analyse de ces expériences permet de conclure que le RU486 occupe les récepteurs utérins à la progestérone. Il n'y a pas alors de dentellisation de la muqueuse utérine et l'embryon ne peut pas s'implanter dans la muqueuse.

Le développement embryonnaire et son suivi médical

Lorsque la fécondation a eu lieu, l'embryon va mettre environ une semaine pour aller des trompes dans l'utérus dans lequel il va se fixer. Le trophoblaste, qui est l'organe de fixation, se transformera, au cours du temps, en placenta.

La future mère va subir alors une série d'examen classique, permettant au médecin de suivre les progrès de la croissance du fœtus.

Ecoute des battements cardiaques

Mesure des paramètres de croissance du fœtus

Echographie

Tous ces examens font parties du suivi d'une grossesse normale.
Après 38 ans, le risque de grossesse anormale augmente d'une manière significative. Certains signes observables à l'échographie ou lors de l'analyse des hormones de la mère peuvent donner des indications en ce sens. On peut alors envisager l'utilisation de méthode plus précise et plus invasive. De ce fait le risque de fausse-couche augmente légèrement.
L'amniocentèse consiste en un prélèvement de cellules provenant du fœtus flottant dans la poche des eaux. On peut alors faire un caryotype permettant de déceler des anomalies chromosomiques.


D'autres méthodes existent permettant de déterminer l'état du fœtus.

Combattre la stérilité

L'origine des stérilités est variée comme le montre le graphique suivant :

Pour la femme, il peut s'agir d'une obstruction des trompes, d'un problème hormonal entraînant une absence d'ovulation ou un faible développement de la muqueuse utérine.
Pour l'homme, on peut avoir une obstruction des canaux déférents, une oligospermie (peu de spermatozoïdes) ou une azoospermie (pas de spermatozoïde du tout). Certains traitements hormonaux ou une intervention chirurgicale peuvent résoudre le problèmes. 
Dans le cas contraire on peut utiliser différentes techniques :
l'insémination artificielle (IA)
En cas d'oligospermie, on prélève à l'homme du sperme qui est injecté dans le voies génitales de la femme. Cette technique se fait dans les CECOS (centre d'étude et de conservation des ovules et du sperme). Le sperme peut être congelé.
L'insémination artificielle avec donneur (IAD)
En cas d'azoospermie, on fait appelle à un donneur (anonyme en France) dont les caractéristiques physiques se rapprochent du père social.
La fivète (fécondation in vitro et transplantation d'embryon)
La technique est résumée sur le schéma suivant :

Le taux de réussite de la fivète est plus faible que le taux de réussite d'une fécondation naturelle. Lors du prélèvement des ovocytes, on fabrique plus d'embryons qu'on en implante et on les congèle. En cas d'échec d'une première implantation, on prendra ces embryons congelés pour tenter une nouvelle implantation.



vendredi 19 septembre 2014

Quelques arguments permettant de déterminer le climat durant les 800 000 dernières années… et au delà (Spé)

L'analyse des climats anciens peut se faire à partir de différents supports; L'un des plus précis est l'utilisation des carottes de glaces dans lesquelles sont enfermées de bulles d'air fossiles.

Les apports de la glaciologie
Les deux régions où de tels sondages ont été effectués sont l'Antarctique au sud et le Grønland au nord.
Des résultats très importants ont été obtenus par la station franco-russe Vostok.

Situation de la station Vostok


Une vue de la station Vostok


Analyse d'une carotte de glace


Bulles d'air enfermées dans une tranche de carotte de glace


Plusieurs gaz provenant des ces bulles sont analysés : le CO2, le CH4 et le dioxygène. C'est particulièrement ce dernier gaz qui a retenu les glaciologues.
En effet, l'O2 de l'air contient deux isotopes 16O et 180. Le 18O est rare, mais sa concentration varie en fonction de la température.
Document


Pour l'étude des résultats de Vostok, on peut se référer au logiciel Vostok (gratuit) téléchargeable sur le site SVT de Toulouse dans logiciel de Pérez.
La quantité de 18O étant difficile à manipuler, on a créer une variable appelée ∂18O qui varie selon les mêmes critères que la quantité de 18O.

Le standard est une valeur de référence connus qui varie selon le support des données.
On a pu ainsi établir une courbe de référence donnant une estimation de la température en fonction du ∂18O.


On constate que, dans ce cas, le ∂18O varie dans le même sens que la température.
Les résultats obtenus avec Vostok peuvent être résumés sur les courbes suivantes.


On constate que les gaz à effet de serre (CO2 et CH4) présentent les mêmes variations que la température déterminées par la mesure du ∂18O.
On peut remarquer aussi que la température varie selon une rythmicité de 100 000 ans environ qui constitue un cycle glaciaire.


Un autre sondage, celui du Dôme C a permis de préciser et d'étendre la connaissance des variations de climat an Antarctique.


D'autres sondages, intéressant des périodes plus courtes, au Grønland confirme cette rythmicité de 100 000 ans.


Cependant, deux problèmes se posent. Le premier est nettement indiqué dans cet extrait d'article :


En effet si on peut remonter à -800 000ans grâce au sondage du Dôme C, l'épaisseur de glace maximale en Antarctique est de 4800 m environ. Un simple rapport entre l'épaisseur de la glace et l'âge permet de constater qu'on en pourra jamais aller au delà de 1 million à 1,2 million d'années dans la détermination du climat.
A cette limite temporelle, s'ajoute une limite expérimentale. On a fait des sondages en deux zones du globe, mais ces variations climatiques s'enregistrent-elles ailleurs sur la globe ?
Les apports de l'étude des Foraminifères
Document


Pour préciser ces deux points, on peut utiliser le ∂18O des tests de Foraminifères. Les Foraminifères sont des unicellulaires qui fabriquent de petites coquilles calacaires (les tests). 

Le test d'une Globigérine au MEB (microscope électronique à balayage



On peut mesurer facilement le ∂18O de l'oxygène contenu dans le CaCO3 des tests.
On obtient la courbe suivante :


On constate que le ∂18O des tests de Foraminifères varie dans le sens inverse du ∂18O de la glace. Plus la température augmente et plus le ∂18O des tests baisse.
Un autre avantage est que l'environnement des Foraminifères varient selon les espèces et que les groupes se sont succédés au cours du temps. 


On peut constater sur ce tableau que le groupe des Globotruncanidés disparaît à la fin du Crétacé (-65 millions d'années) alors que le groupe des Globigérines le remplace. On va ainsi facilement pouvoir déterminer quel était le ∂18O durant une période et donc estimer la température qui régnait.


Sur la planche suivante ont peut observer des Globigérinidés (1, 6, 7, 16), des Globotruncanidés (2, 4, 5, 14) et des Hétérohélicidés (3, 8 à 13, 15).


Les apports de la palynologie
Document


Certains milieux présentent des conditions de conservation très grande de la matière organique. Ces milieux sont en général de pH acide et de température basse qui limitent l'activité des microorganismes décomposeurs. 
Parmi ces milieux, un des plus important est la tourbe, qui est constituée de "mousses" aquatiques appelées des sphaignes.
Les sphaignes ne se décomposent pas et forment des épaisseurs importantes qui sont utilisés aussi bien en chauffage qu'en jardinage.



Dans cette tourbe, des éléments végétaux se conservent bien : les pollens. On peut donc extraire facilement les pollens de la tourbe. 


On peut facilement déterminer les arbres à partir de l'étude des pollens (palynologie) et donc le climat qui régnait au moment où les pollens sont tombés dans la tourbe.

Photo de pollens au MEB (couleurs artificielles)


Planche de détermination des pollens au microscope optique


Lorsque les pollens ont été déterminés, c'est à dire que les végétaux qui vivaient dans la région durant la période étudiée, ont été déterminés, ont peut alors réunir les résultats sur un tableau appelé diagramme pollinique.

Diagramme pollinique simplifié des sédiments d'une grotte en Savoie

*BP = before present

On constate qu'entre -13 000 et -10 000 environ, la flore locale est essentiellement constituée de plantes herbacées et de très peu d'arbres. Le climat est constamment froid et sec même si on a des périodes de légers réchauffements marqués par la présence des Cichoriées. On est dans un environnement steppique comparable à certaines zones de la Mongolie actuelle. On est donc en période glaciaire (Würm terminal, dernière période glaciaire).
A partir de -10 000, on remarque la régression de la part des herbacées par rapport aux arbres, signe d'un réchauffement du climat. A partir de -8500, les arbres thermophiles commencent à prendre une part importante dans la flore locale, confirmant le réchauffement rapide du climat. C'est le réchauffement de l'Holocène, dernière période du Quaternaire (qui, je le rappelle n'est pas une ère mais une subdivision artificielle du Cénozoïque).
Il faut l'analyse d'autres stations d'étude pour confirmer cette analyse. Dans ce cas, il s'agit du diagramme pollinique d'une tourbière, toujours en Savoie.


On constate une évolution semblable à ce que nous avons observé sur le diagramme précédent. Vers -14 000, on a une inversion de la part des herbacées et des arbres dans la flore locale. Au début de l'Holocène, on voit apparaître des Chênes, des Ormes et des Tilleuls, caractéristiques d'un climat plus tempéré.

Utilisation de l'indice stomatique pour déterminer le taux de CO2 atmosphérique
Document


Les végétaux possèdent au niveau de l'épiderme des feuilles, un système de pénétration des gaz appelé stomate et constitué de deux cellules. Ce sont par les stomates que le CO2 nécessaire à la photosynthèse pénètre et atteint les cellules chlorophyllienne.
On peut les observer facilement en détachant un fragment d'épiderme de poireau et en le montant dans l'eau entre lame et lamelle.

Epiderme de poireau au fiable grossissement


Stomate d'épiderme de poireau à fort grossissement


Des travaux récents ont montré que chez certaines plantes, l'indice stomatique varie en fonction de la quantité de CO2 atmosphérique. 

indice stomatique = (nombre de stomates/nombre totale de cellules épidermiques) x 100

C'est le cas chez le chêne mais aussi chez le Gingko biloba. L'intérêt du Gingko est que la famille des Gingkoacées est très ancienne (Paléozoïque) et que le Gingko est un véritable fossile vivant.

Feuille de Gingko biloba


On ne peut pas détacher l'épiderme chez le Gingko. Il faut donc fabriquer une empreinte foliaire selon le protocole suivant :


On pourra utiliser la même technique avec des feuilles fossiles et estimer ainsi le taux de CO2 de la période après datation du fossile.

Feuilles de Gingkoacées fossiles



La photo suivante montre une empreinte foliaire de Gingko biloba où on distingue facilement les stomates :


On calcule facilement l'indice foliaire :
Nombre de stomates : 7
Nombre de cellules : 90
Indice stomatique = (7/90) x 100 = 7,8

On a pu établir la corrélation suivante entre le taux de CO2 et l'indice foliaire :


A partir de ces point, on peut tracer une droite de régression et repérer ainsi à quel taux de CO2, correspond un indice foliaire de 7,8.


On constate que cet indice foliaire correspond à un taux d'environ 370 ppm (parties par million) de CO2.
On peut donc ainsi estimer facilement le taux de CO2 présent à une période donnée, soit en utilisant des feuilles vivantes, soit en utilisant des feuilles fossiles de bonne qualité.


On constatera, par exemple, qu'au Jurassique moyen comme au Crétacé, le taux de C02 est largement plus élevé qu'actuellement.