2013_biology_fr_new-2 - Ecole Européenne de Strasbourg

BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013
BIOLOGIE
DATE : 5 Juin 2013
DURÉE DE L’EXAMEN:
3 heures (180 minutes)
MATÉRIEL AUTORISÉ:
Calculatrice utilisée en mathématique en mode « Press-to-test »
ou
calculatrice (non programmable et non graphique) »
INSTRUCTRUCTIONS SPECIFIQUES:
• Indiquer les 3 questions choisies (1 question P, 1 question G et 1
question E) en marquant d’une croix les cases appropriées sur le
formulaire fourni.
• Utiliser des feuilles d’examen différentes pour chaque question.
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FR
BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question P1
Page 1/3 Points
a)
Lors d’une expérience pour étudier la photosynthèse, Thomas Engelmann a
monté sur lames des morceaux de spirogyre (Spirogyra - algue verte aquatique)
avec des bactéries aérobies mobiles. Ces préparations ont été soumises à
différentes conditions d'éclairage. La figure 1 montre les résultats obtenus.
Figure 1 Lumière blanche
Obscurité
Bactéries
Chloroplastes
de
Spirogyre
i. Faire un schéma légendé de chloroplaste.
5
ii. Nommer les produits intermédiaires de métabolisme synthétisés
pendant les réactions de photosynthèse lumière dépendante.
2
iii. Expliquer la distribution des bactéries, à la lumière blanche et à
l’obscurité, illustrée dans l’expérience de la figure 1.
3
iv. Localiser précisément dans le chloroplaste la photolyse.
1
v. Proposer une distribution des bactéries, si de telles préparations
étaient exposées :
3
- à la lumière rouge
- à la lumière verte.
Pour chaque cas justifier votre réponse.
b) La Figure 2 illustre le transport passif de deux substances X et Y à travers une
membrane plasmique. La Figure 3 montre la variation de la vitesse de transport
des substances X et Y en fonction de leur concentration dans le milieu
extracellulaire.
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question P1
Page 2/3 Points
Figure 2
Figure 3
Vitesse de transport
(unites arbitraires)
courbe A
courbe B
Concentration en soluté dans le
milieu extracellulaire (mmol/L)
substance X
substance Y
i. Nommez le processus selon lequel chacune de ces substances X et Y
est transportée à travers la membrane.
2
ii. Attribuer les courbes de la figure 3 au transport de la substance X et
au transport de la substance Y. Justifier votre choix.
4
iii. À l’aide d’un schéma simplifié de la membrane plasmique, comme celui
présenté de la figure 2, expliquer le mécanisme de transport actif.
4
Les données suivantes illustrent l’absorption relative d’ions potassium (K+) par
des disques de carotte, à différentes concentrations en dioxygène.
Concentration en O 2 (%)
+
Absorption de K (unités arbitraires)
2,7
12,2
20,8
22
96
100
iv. À l’aide de ces résultats, déduire le mécanisme de transport des ions
potassium au travers des membranes cellulaires des carottes. Justifier
votre réponse.
c)
Des expériences ont été réalisées afin d’étudier le métabolisme chez la levure.
La figure 4 résume les conditions expérimentales et les résultats. La masse de
levures ajoutée dans les flacons 1, 2 et 4 était identique. La concentration de la
solution de glucose ajoutée dans les flacons 2, 3 et 4 était la même. La réaction a
été suivie pendant 48 heures afin d’évaluer l’évolution des gaz. À la fin de cette
période de 48 heures, le contenu des flacons a été analysé pour évaluer la
présence de glucose.
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question P1
Page 3/3 Points
Figure 4
Expérience
1
Contenu des
flacons
100 mL de solution
diluée de glucose +
levures
Aération
Non
2
100 mL de solution
concentrée de
glucose + levures
Non
3
100 mL de solution
concentrée de
glucose + extrait de
levure sans cellules
Non
4
100 mL de solution
concentrée de
glucose + levures
Oui
Résultats
Pas de glucose.
Dégagement gazeux.
Faible concentration
d’éthanol.
Glucose présent mais à
des concentrations plus
faibles qu’au début de
l’expérience. Dégagement
gazeux. Forte
concentration d’éthanol.
Glucose présent mais à
des concentrations plus
faibles qu’au début de
l’expérience. Dégagement
gazeux. Forte
concentration d’éthanol.
Pas de glucose.
Dégagement gazeux.
Pas d’éthanol.
i. Nommer le processus qui s’est produit dans les flacons 1, 2 et 3.
Donner l’équation bilan équilibrée de cette réaction.
2
ii. Nommer le processus qui s’est produit dans le flacon 4. Donner
l’équation bilan équilibrée de cette réaction.
2
iii. Quelles étapes du processus observé dans le flacon 4 sont réalisées
dans la mitochondrie ? Localiser précisément chacune de ces
réactions.
2
iv. Expliquer pourquoi il n’y pas de différence entre les résultats des
flacons 2 et 3.
2
v. Expliquer la présence de glucose dans le flacon 2 en fin d’expérience,
et l’absence de glucose dans le flacon 1.
2
vi. Expliquer l’absence de glucose dans le flacon 4 en fin d’expérience, et
la présence de glucose dans le flacon 2.
2
vii. Des échantillons de volumes identiques ont été retirés des flacons 2 et
4, quatre heures après le début de l’expérience. Faire une hypothèse :
lequel des flacons présente le plus de levures. Justifier votre réponse.
2
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question P2
Page 1/4 Points
a)
Une plante possède des fleurs dont les pétales ont des vacuoles colorées en
rouge. Deux fragments de l’épiderme d’un pétale sont montés entre lame et
lamelle avec des solutions différentes. Une solution avec un soluté non ionisable
x et une solution avec le soluté non ionisable y. L’observation microscopique
permet d’évaluer la taille de la vacuole. Des mesures effectuées toutes les
minutes à température constante permettent de tracer, les courbes Cx et Cy
visibles sur la figure 1.
Figure 1
taille de la vacuole (UA)
temps (min)
i. Décrire et expliquer la courbe Cy de la figure 1 sur l’intervalle T 0 à T 2 .
2
ii. Décrire et expliquer la courbe Cx de la figure 1 sur l’intervalle T 1 à T 2 .
4
Au temps T 2 la solution x est remplacée par un liquide L. Les observations au
microscope et les mesures se poursuivent. Les résultats obtenus permettent de
tracer la partie de la courbe Cx après T 2 .
iii. Décrire et expliquer la courbe Cx à partir de T 2 . Que pouvez-vous
déduire quant à la nature du liquide L?
3
iv. Au moyen d’un schéma légendé, représenter l’aspect d’une cellule
d’épiderme dans la solution y au temps T 1 . Le schéma doit représenter
toutes les structures visibles en microscopie optique.
3
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question P2
Page 2/4 Points
b) Il est possible de mettre en évidence les échanges gazeux associés aux
phénomènes énergétiques cellulaires.
Une suspension de levures est introduite dans un bioréacteur au temps t 0 . Les
variations de la concentration en dioxygène dissout dans la suspension sont
mesurées en continu à partir du temps t 0 .
Au temps t 1 , 1 mL d’une solution de glucose à 5% est ajoutée à la suspension de
levures.
Concentration O2 dans la
suspension (µmol / L )
Figure 2: mesure de la concentration de dioxygène dissout dans la suspension
Temps (min)
t0 : introduction de la suspension de levures dans le bioréacteur
t1 : introduction d’une solution de 5% de glucose dans la suspension de levures
i. Décrire et expliquer la courbe de la figure 2 à partir de t 0 .
4
ii. Nommer et écrire l’équation bilan équilibrée pour ce processus
cellulaire. Où est localisé ce processus dans la cellule de levure ?
4
iii. Quel processus cellulaire intervient quand la suspension de levure est
sans oxygène. Écrire l’équation bilan équilibrée pour ce processus. Où
est localisé ce processus dans la cellule de levure ?
3
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question P2
Page 3/4 Points
Dans le cadre d’une expérience, on introduit un broyat de feuilles d’épinard dans
un bioréacteur. Le processus de broyage cause une rupture des membranes
chloroplastiques.
Les variations de la concentration en dioxygène dissout sont mesurées dans le
milieu.
La figure 3 représente les résultats de cette expérience.
Figure 3
Concentration d’O2 (µmol / L)
c)
obscurité
lumière
obscurité lumière
Temps (min)
t0
t1
t2
t3
t4
– introduction du broyat de feuilles d’épinards dans le bioréacteur
– lumière allumée
– ajout d’un réactif qui agit comme un accepteur d’électrons.
– lumière éteinte
– lumière allumée
i. Décrire et expliquer la courbe de la figure 3 à partir de t 2 . Préciser les
conditions nécessaires pour observer un dégagement de O 2 .
5
ii. Nommer la molécule qui accepte les électrons dans les chloroplastes
intacts à la fin de la voie de phosphorylation non cyclique.
1
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question P2
Page 4/4 Points
d) La figure 4 représente les expériences et les résultats utilisant des thylakoïdes
isolés.
Figure 4
1. Thylakoïde isolé dont l’intérieur est rendu artificiellement acide.
pH 8.5
ADP Pi
Résultat
Synthèse
d’ATP
pH 4
2. pH 7 à l’intérieur et à l’extérieur du thylakoïde.
pH 7
ADP Pi
Résultat
Pas de
synthèse
d’ATP
pH 7
3. Thylakoïde isolé dont l’intérieur est rendu artificiellement acide.
Les structures visibles en 1 et 2 ont été expérimentalement supprimées.
pH 8.5
ADP Pi
Résultat
Pas de
synthèse
d’ATP
pH 4
i. Comparer les expériences de la figure 4 et déduire les conditions
nécessaires pour la synthèse d’ATP.
4
ii. Expliquer la synthèse d’ATP dans l’expérience 1 de la figure 4.
3
iii. Des expériences similaires à la figure 4 peuvent être réalisées à partir
de la membrane interne des mitochondries. Donner deux similarités et
deux différences (structurales ou fonctionnelles) entre la membrane
interne de la mitochondrie et celle du thylakoïde.
4
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question G1
Page 1/3 Points
a)
Un agriculteur possède deux lignées pures de variétés de tomates. Une lignée à
tige pourpre et tomates jaunes et une lignée à tige verte et tomates rouges
(génération 1). Le plant à tige pourpre est plus résistant aux attaques virales. Afin
d’obtenir un plant de tomates rouges résistant aux virus, l’agriculteur croise les
deux lignées pures et obtient uniquement des plants à tige pourpre avec des
tomates oranges (génération 2). En croisant ces plants, il observe les phénotypes
suivants à la génération 3 :
Tige pourpre avec tomates rouges, tige pourpre avec tomates jaunes, tige pourpre avec
tomates orange, tige verte avec tomates rouges, tige verte avec tomates jaunes et tige
verte avec tomates orange.
i. Comment sont hérités les caractères de la couleur de la tige et du fruit?
2
ii. Définir des symboles adaptés et écrire les génotypes des plants de la
génération 1 et 2.
4
iii. Quelle est la proportion théorique de plantes de tige pourpre et tomates
rouges obtenue à la génération 3 ? Justifier votre réponse à l’aide du
tableau de Punnett.
6
b) La figure 1 présente un arbre généalogique d’une famille dont plusieurs
membres sont hémophiles.
Figure 1
Légende
Homme normal
Homme
hémophile
Femme normale
Femme
hémophile
i. L’allèle responsable de cette maladie est-il dominant ou récessif ?
Justifier votre réponse en utilisant les données de l’arbre généalogique.
2
ii. Le gène pour ce type d’hémophilie est localisé sur le chromosome X.
Expliquer pourquoi l’arbre généalogique ne peut pas confirmer de
façon sûre cette affirmation.
2
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question G1
Page 2/3 Points
iii. Donner les génotypes de l’hémophilie pour le couple II4 et II5.
Déterminer pour ce couple le risque d’avoir un enfant hémophile,
justifier votre réponse.
4
Le système A, B, O du groupe sanguin est déterminé par un gène situé sur le
chromosome 9 qui présente 3 allèles. La figure 2 représente les résultats de
l’analyse du groupe sanguin des individus de la figure 1 :
Figure 2
Individus de la figure 1
II1
II2
III1
III2
III3
III4
Groupe Sanguin
[A]
[B]
[A]
[AB]
[O]
[B]
iv. Établir en justifiant, les génotypes possibles pour les groupes sanguins
et l’hémophilie des 6 personnes de la figure 2. Définir les symboles
utilisés.
c)
Figure 3
Étape 1
Étape 2
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question G1
Page 3/3 Points
La figure 3 montre un schéma simplifié du mécanisme de synthèse des protéines
et la figure 4 présente le code génétique.
i. Nommer les étapes 1 et 2 et les localiser dans une cellule eucaryote.
2
ii. Nommer les molécules X, Y et Z.
3
iii. Recopier la molécule Y et donner la séquence de nucléotides.
2
iv. Que représentent les lettres a à f de la figure 3 ? Soyez précis et
utilisez en cas de besoin les informations de la figure 4.
3
v. Que représente la lettre g de la figure 3 et quelle est la conséquence
de la présence de g pour la synthèse de cette protéine ?
2
Figure 4 - code génétique
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question G2
Page 1/3 Points
a)
Le plumage des perruches peut avoir 4 variantes : jaune, albinos, verte ou bleue.
La couleur du plumage est déterminée par deux gènes différents, non liés, qui
interagissent l’un avec l’autre : le gène G et le gène M. Le gène G sous sa forme
dominante, code pour un pigment jaune et, sous sa forme récessive, il ne
détermine aucune couleur (albinos). Le gène M code pour un pigment bleu sous
sa forme dominante et, sous sa forme récessive, il ne détermine aucune couleur
(albinos). Si les pigments jaunes et bleu sont présents ensemble, l’oiseau aura un
plumage vert (jaune + bleu = vert).
i. Définir la notion de phénotype.
1
ii. Est-ce que la pigmentation du plumage est un exemple d’épistasie ?
Justifier votre réponse.
2
iii. Écrire tous les génotypes possibles pour les 4 phénotypes différents
observés chez la perruche (jaune, albinos, vert et bleu).
5
Une perruche au plumage jaune, homozygote pour les deux gènes est croisée
avec une perruche au plumage vert, hétérozygote pour les deux gènes.
iv. Donner les génotypes de ces deux perruches.
1
v. Dessiner la grille de Punnett de ce croisement et donner la distribution
de tous les phénotypes possibles pour la descendance.
4
Un magasin d'animaux domestiques remarque que ce sont les perruches bleues
qui se vendent le mieux. Cependant, ils ne possèdent en stock que des
perruches jaunes et des perruches vertes de tous les génotypes possibles.
vi. A partir de ce stock d’oiseaux:
- Indiquer les croisements qui permettent d’obtenir des perruches
bleues.
- Préciser à l’aide de grilles de Punnett quel croisement peut fournir le
plus grand nombre d’oiseaux au plumage bleu?
4
b) Il existe chez les chiens labradors une maladie génétique autosomale récessive
qui est la myopathie centronucléaire (CNM). Cette maladie est causée par le
disfonctionnement d’une enzyme et ne permet pas d’atteindre l’âge pour se
reproduire. Dans une portée de labradors, trois chiots sont atteints de CNM, deux
sont en bonne santé.
i. Créer un arbre généalogique pour ces chiots et leurs parents et donner
les génotypes possibles pour tous les individus. Utiliser le symbole ◊
pour les chiots dont le sexe est inconnu.
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question G2
Page 2/3 Points
La CNM est causée par une mutation qui se manifeste par une portion d’ADN
supplémentaire, dans le gène codant pour l’enzyme. La figure 1 montre les
exons et les introns d’un allèle normal (A) et d’un allèle muté (B). La flèche
indique où se situe la partie d’ADN supplémentaire dans le gène.
Figure 1
Taille des exons (pb)
ADN
Taille des introns (pb)
Taille des exons (pb)
ADN
Taille des introns (pb)
(pb = paires de bases)
ii. Nommer et décrire précisément le type de mutation chromosomique
responsable de la CNM.
1
iii. Combien d’acides aminés sont codés par l’allèle normal? Décrire votre
démarche.
2
Trois chiots labradors sont testés pour la CNM. La figure 2 montre le résultat.
1
Figure 2
2
3
puits 
Résultat d’une analyse ADN concernant la
CNM, à partir de trois chiots labradors (1 à 3).
La flèche indique le sens de migration de
l’ADN.
iv. Nommer et expliquer la technique de séparation de l’ADN illustrée par
la figure 2.
4
v. En utilisant les résultats de l’analyse d’ADN de la figure 2, déterminer
les génotypes et les phénotypes des chiots 1, 2 et 3.
3
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question G2
Page 3/3 Points
c)
La figure 3 montre la structure d’un acide nucléique.
La figure 4 vous donne le code génétique.
Figure 3
Figure 4: code génétique
i. Nommer la molécule de la figure 3.
1
ii. Identifier l’acide aminé X.
1
iii. Nommer le processus par lequel la molécule (sans le X) de la figure 3
est fabriquée. Localiser ce processus pour des cellules eucaryotes.
2
iv. Dans quel processus cellulaire la molécule de la figure 3 joue un rôle
important? Décrire ce processus à l’aide d’un schéma commenté.
5
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question E1
Page 1/2 Points
a)
L'étude de molécules homologues, tels que les globines (chaînes polypeptidiques
impliquées dans le transport du dioxygène chez les vertébrés) fournit des
informations sur l’évolution.
i. Dans le contexte de l’évolution, expliquez le terme « molécules
homologues ».
1
La figure 1 présente des globines chez différents groupes de vertébrés, et l’âge
d’apparition de ces groupes de vertébrés.
Figure 1
chaînes polypeptidiques
(globines) de l’hémoglobine
Groupes
Poissons osseux et cartilagineux
Période (millions
d’années)
Alpha
450
Alpha et beta
370
Reptiles
Alpha, beta et gamma
300
Oiseaux
Alpha, beta, gamma et epsilon
150
Amphibiens
ii. En utilisant les informations données par la figure 1, proposer l'ordre
probable d’apparition des différentes formes de globines. Justifier votre
réponse
3
iii. Un groupe de vertébrés est absent de la figure 1. Nommer ce groupe
et définir les formes de globines attendues pour ce groupe. Justifier
votre réponse
3
La figure 2 présente une partie de la séquence en acides aminés d’un certain
nombre de globines. Dans chaque cas, la séquence donnée commence à l'acide
aminé 118. La bêta globine est utilisée comme molécule de référence. Chaque
lettre représente un acide aminé. Les tirets (-) représentent des acides aminés
identiques à ceux de la bêta globine.
Figure 2
Les gènes codant pour les globines bêta, epsilon et gamma sont localisés sur le même
chromosome. Le gène codant pour la globine alpha est localisé sur un chromosome différent.
Molécule
Séquence d’acides aminés
Béta globine
V L V C V L A H H B G K B B T P P V Q A
Epsilon globine
- M - B - - T - - - - - - P - - - - - -
Gamma globine
- - - T - - I - - - - - - P - - - - - -
Alpha globine
C - L V T - - A - L P A - - - - A - H -
iv. Votre réponse à la question (ii) est-elle conforme aux informations de la
figure 2 ? Justifier votre réponse.
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question E1
Page 2/2 Points
b)
La coquille de l'escargot Cepea nemoralis peut présenter des bandes ou être
sans bandes. Une paire d'allèles détermine ce caractère. Une autre paire
d'allèles détermine la couleur de fond de la coquille, qui peut être marron
foncée ou jaune claire.
Des échantillons ont été prélevés dans deux populations voisines
d'escargots, l'une vivant en prairie et l'autre en sous bois de hêtres.
La figure 3 montre la répartition des différentes formes d'escargots trouvés
dans les deux habitats.
Figure 3
Population
Bandes et
claires
Bandes et
sombres
Pas de bandes
et claires
Pas de bandes
et sombres
Prairie
73
12
14
5
Bois de
hêtre
2
4
10
83
i. Les variétés de Cepea nemoralis décrites ci-dessus appartiennent à
une seule espèce. Démontrer ce fait par une expérience de votre choix.
1
ii. Décrire un processus qui permet l’apparition d’une nouvelle espèce
d'escargot à partir de Cepea nemoralis.
3
iii. Décrire et expliquer les résultats présentés à la figure 3 ci-dessus.
4
iv. Proposer une cause pour un changement éventuel des proportions
d'escargots à bandes et sans bande en prairie.
2
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question E2
Page 1/3 Points
a)
L’acquisition du membre chiridien a permis entre autres aux Vertébrés de
conquérir le milieu terrestre.
Les schémas de la figure 1 (les schémas ne sont pas à la même échelle)
présentent un exemplaire du membre chiridien antérieur chez l’homme,
l’ophiacodon (un reptile éteint), le pigeon, l’otarie et la chauve-souris.
Figure 1
Ophiacodon
pigeon
Homme
otarie
Chauve souris
i. Quelles informations en terme d’évolution apportent la comparaison
des membres de ces animaux ?
3
La figure 2 représente la nageoire pectorale (position antérieure sur le corps) de
deux poissons Neoceratodus (a) and Eusthenopteron (b).
Figure 2
ii. Uniquement à partir de l’analyse de la figure 2, justifiez laquelle de ces
deux nageoires pourrait être à l’origine du membre chiridien antérieur.
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2
BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question E2
Page 2/3 Points
La figure 3 représente la nageoire pectorale de l’embryon de Néocératodus
iii. Est-ce-que l’analyse de la figure 3 confirme votre réponse à la
question (ii) ? Expliquer.
2
iv. En référence d’un autre exemple de votre choix, montrer comment
l’étude d’embryon peut expliquer la théorie de l’évolution.
2
La figure 4 représente les pattes antérieures de deux animaux fouisseurs, un
mammifère - la taupe (a) et un insecte - la courtilière (b). Les images ne sont pas
à la même échelle.
Figure 4
v. Quelles informations, en terme d’évolution, peuvent êtres obtenues en
comparant les pattes de ces deux animaux ?
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BACCALAUREAT EUROPÉEN 2013: BIOLOGIE
Question E2
Page 3/3 Points
b) Le Pléistocène est marqué en Australie par un réchauffement du climat qui
devient aride. Avant ce réchauffement, une certaine espèce d’oiseaux occupait
tout le sud du continent, mais, consécutivement au réchauffement, cette espèce
se scinde en deux populations qui vont occuper le sud est et le sud ouest. Après
le Pléistocène, le climat se refroidit et les oiseaux retrouvent leur répartition
d’origine mais ne s’hybrident pas. Même en provoquant l’accouplement en
captivité, il ne naît jamais de jeunes oiseaux.
1
ii. Analyser l’exemple donné et proposer une explication évolutionniste
basée sur ces observations.
3
Au cours de l’évolution des populations on peut observer une modification des
fréquences alléliques. La figure 5 présente les variations de fréquence d’un allèle
dans trois populations de tailles différentes.
Figure 5
Population 1 : 200 individus; population 2 : 2000 individus; population 3 : 25 individus
Fréquence de l’allèle
c)
I. Définir la notion d’ « espèce ».
Population 2
Population 1
Population 3
Nombre de générations successives
i. Décrire et expliquer la variation de fréquence de l’allèle observée pour
les populations 1 et 2.
2
ii. Décrire ce qui est observé pour la population 3, expliquer la raison.
2
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