Corrigé détaillé — Exercice 1

1. D'après le document 1, le nombre de colonies d'abeilles en France a diminué de manière continue entre 1995 et 2020, passant de 1 350 000 à 790 000 colonies. Le pourcentage de diminution est : (1350 - 790) / 1350 × 100 ≈ 41,5%. En 25 ans, la France a perdu plus de 4 colonies sur 10.

2. Le document 2 montre que les abeilles exposées au pesticide (groupe A) sont beaucoup plus affectées que celles du groupe témoin (groupe B) :

• 30% des abeilles exposées ne retrouvent pas la ruche, contre seulement 3% chez le témoin → le pesticide désorganise leur sens de l'orientation.
• La quantité de pollen récoltée est diminuée de 50% → le pesticide réduit leur capacité à se nourrir et à nourrir la colonie.
• La mortalité atteint 38% contre 8% chez le témoin → le pesticide augmente fortement la mortalité.

Ces résultats montrent que même à faible dose (comparable aux conditions réelles dans les champs), le néonicotinoïde a un impact très négatif sur le comportement, l'alimentation et la survie des abeilles.

3. Le groupe témoin (groupe B) sert de référence : il permet de comparer les résultats avec et sans pesticide. Sans groupe témoin, on ne pourrait pas savoir si les effets observés sont dus au pesticide ou à d'autres facteurs (vieillissement naturel, conditions météo…). Le témoin permet de conclure que les différences observées sont bien causées par le pesticide.

4. D'après le document 3, les abeilles assurent la pollinisation de 80% des plantes à fleurs sauvages et de 70% des cultures alimentaires. Si les abeilles disparaissaient :

• Sur les écosystèmes : la majorité des plantes à fleurs ne pourraient plus être pollinisées → elles ne produiraient ni fruits ni graines → elles ne pourraient plus se reproduire → les espèces végétales disparaîtraient progressivement → toute la chaîne alimentaire serait perturbée (les animaux herbivores perdraient leur nourriture, puis les carnivores…).
• Sur l'agriculture : 70% des cultures alimentaires dépendent de la pollinisation → la production de fruits, légumes et oléagineux s'effondrerait → crise alimentaire majeure.

5. Le frelon asiatique est qualifié d'espèce invasive car il a été introduit hors de son aire naturelle (il vient d'Asie et a été accidentellement importé en France en 2004 dans des poteries), et il prolifère au détriment des espèces locales. En France, il n'a pas de prédateur naturel efficace, ce qui lui permet de se multiplier rapidement. Il constitue une menace supplémentaire pour les abeilles car il se nourrit d'abeilles et attaque les ruches, entrant en compétition avec elles pour les ressources alimentaires. Il s'ajoute donc aux pesticides comme facteur de déclin des colonies.

6. Rédaction :

Les activités humaines menacent la biodiversité de multiples façons, et le déclin des abeilles en est un exemple frappant. D'une part, l'utilisation massive de pesticides dans l'agriculture perturbe le fonctionnement des abeilles : comme le montre le document 2, même à faible dose, les néonicotinoïdes désorganisent leur orientation, réduisent leur capacité à récolter le pollen et augmentent leur mortalité. D'autre part, le commerce international a introduit en France le frelon asiatique, une espèce invasive qui s'attaque directement aux colonies. Le réchauffement climatique, causé par l'augmentation des gaz à effet de serre d'origine humaine, modifie également les écosystèmes : il décale les périodes de floraison, ce qui peut désynchroniser les abeilles et les plantes dont elles dépendent.

Or, les abeilles jouent un rôle essentiel dans les écosystèmes en assurant la pollinisation de la majorité des plantes à fleurs. Leur disparition entraînerait un effondrement des chaînes alimentaires et de la production agricole. Cet exemple illustre comment des activités humaines apparemment différentes (agriculture, transports, industrie) convergent pour menacer une même espèce, et à travers elle, l'ensemble de la biodiversité.

Exercice 2 — Immunité et vaccination (25 pts, 30 min)

Corrigé détaillé — Exercice 2

1. D'après le document 1 :

• Après la 1re injection (jour 0) : la concentration en anticorps augmente lentement, atteint un maximum de 40 unités vers le jour 14, puis redescend progressivement. La réponse est lente (environ 14 jours pour le pic) et modérée (maximum à 40).
• Après le rappel (jour 90) : la concentration augmente très rapidement, atteint un maximum de 250 unités vers le jour 100, et reste élevée plus longtemps. La réponse est plus rapide (pic en ~10 jours au lieu de 14) et beaucoup plus forte (250 au lieu de 40, soit plus de 6 fois plus).

2. Lors de la 1re injection, l'organisme rencontre les antigènes du virus pour la première fois. Les lymphocytes B spécifiques de cet antigène doivent être sélectionnés, activés et multipliés avant de produire des anticorps : c'est la réponse primaire, qui est lente. Mais après cette première rencontre, certains lymphocytes B deviennent des lymphocytes mémoire qui restent dans l'organisme.

Lors du rappel (2e injection), les lymphocytes mémoire reconnaissent immédiatement les antigènes du virus. Ils se multiplient beaucoup plus vite et produisent des anticorps en quantité beaucoup plus importante : c'est la réponse secondaire. C'est la mémoire immunitaire qui explique cette différence.

3. On utilise des virus atténués (affaiblis) et non des virus actifs pour éviter de provoquer la maladie chez la personne vaccinée. Les virus atténués sont incapables de se multiplier suffisamment pour rendre malade, mais ils conservent leurs antigènes de surface — les molécules reconnues comme étrangères par le système immunitaire. C'est précisément ces antigènes que les lymphocytes reconnaissent et contre lesquels ils produisent des anticorps et des lymphocytes mémoire.

4. L'immunité collective (ou immunité de groupe) est atteinte lorsqu'un pourcentage suffisant de la population est vacciné pour empêcher le virus de circuler. Pour la rougeole, ce seuil est estimé à 95%. En 2011, la couverture vaccinale n'était que de 89%, soit en dessous du seuil : il restait suffisamment de personnes non protégées pour que le virus puisse se transmettre de l'une à l'autre, provoquant une épidémie de 15 000 cas. Tant que le seuil d'immunité collective n'est pas atteint, des épidémies restent possibles.

5. Cette affirmation est incorrecte pour deux raisons :

• La rougeole est causée par un virus. Or, les antibiotiques n'agissent que sur les bactéries, pas sur les virus. Ils seraient donc inefficaces contre la rougeole.
• La vaccination ne se contente pas de guérir : elle empêche la maladie de se développer grâce à la mémoire immunitaire. Les complications graves de la rougeole (pneumonie, encéphalite) peuvent survenir avant tout traitement. La prévention par la vaccination est donc préférable à un traitement curatif.

6. Lorsqu'une personne est vaccinée, elle ne peut plus être infectée par le virus (grâce à sa mémoire immunitaire). Elle ne peut donc plus transmettre le virus à son entourage. Si suffisamment de personnes sont vaccinées (au-dessus du seuil d'immunité collective), le virus ne trouve plus de personnes à infecter et ne peut plus circuler. Les personnes non vaccinées (nourrissons trop jeunes, personnes immunodéprimées, personnes allergiques au vaccin) sont alors indirectement protégées car elles n'ont plus de contact avec le virus. C'est la protection collective apportée par la vaccination.

Exercice 3 — Reproduction, génétique et évolution (25 pts, 30 min)

Corrigé détaillé — Exercice 3

1. D'après le document 1, la proportion de bactéries résistantes augmente fortement au cours des 10 générations : elle passe de 0,1% à la génération 0 à 98% à la génération 10. Inversement, les bactéries sensibles passent de 99,9% à seulement 2%. En présence de l'antibiotique, les bactéries résistantes deviennent largement majoritaires.

2. D'après le document 2, la résistance est due à un allèle muté d'un gène, qui modifie la forme de la protéine cible de l'antibiotique. Le document précise que cette mutation est apparue avant l'ajout de l'antibiotique. La mutation n'est donc pas une réponse à l'antibiotique : elle est apparue au hasard, de manière aléatoire, indépendamment de la présence de l'antibiotique. C'est une mutation spontanée.

3. Explication structurée par la sélection naturelle :

Étape 1 — Diversité initiale : avant l'ajout de l'antibiotique, la population bactérienne présente une diversité génétique : la grande majorité (99,9%) porte l'allèle normal (sensible), et une infime minorité (0,1%) porte un allèle muté qui confère la résistance. Cette diversité est le résultat d'une mutation aléatoire survenue avant l'exposition.

Étape 2 — Pression de sélection : lorsque l'antibiotique est ajouté au milieu, il constitue une pression de sélection exercée par l'environnement. Les bactéries sensibles sont tuées par l'antibiotique et ne peuvent plus se reproduire. Les bactéries résistantes, dont la protéine cible a une forme modifiée, survivent car l'antibiotique ne peut pas s'y fixer.

Étape 3 — Reproduction différentielle : les bactéries résistantes, qui survivent, continuent de se diviser et de se reproduire. À chaque génération, elles transmettent l'allèle de résistance à leur descendance. Les bactéries sensibles, tuées par l'antibiotique, ne se reproduisent plus.

Étape 4 — Évolution de la population : au fil des générations, la proportion de bactéries résistantes augmente (de 0,1% à 98%), tandis que celle des bactéries sensibles diminue. L'allèle de résistance, autrefois très rare, est devenu majoritaire dans la population. C'est le mécanisme de la sélection naturelle : l'environnement (ici, la présence de l'antibiotique) a « trié » les individus en favorisant ceux qui portaient un caractère avantageux (la résistance).

4. Les bactéries se reproduisent par reproduction asexuée : une bactérie se divise en deux bactéries génétiquement identiques (clones). Cela signifie que toutes les bactéries filles d'une bactérie résistante sont elles aussi résistantes. De plus, la reproduction asexuée est très rapide (une bactérie peut se diviser toutes les 20 à 30 minutes). En quelques heures, une seule bactérie résistante peut donner naissance à des millions de clones résistants. Ce mode de reproduction permet donc une propagation extrêmement rapide de l'allèle de résistance dans la population.

5. Deux mesures pour limiter la résistance :

• Ne pas utiliser les antibiotiques inutilement : ne les prendre que sur prescription médicale, uniquement pour des infections bactériennes (pas pour un rhume ou une grippe, qui sont causés par des virus). Moins on utilise d'antibiotiques, moins on exerce de pression de sélection en faveur des bactéries résistantes.
• Respecter la durée du traitement prescrit par le médecin, même si les symptômes disparaissent avant la fin. Un traitement interrompu trop tôt peut laisser survivre les bactéries les plus résistantes, qui se multiplieront ensuite.

6. Les antibiotiques agissent en ciblant des structures ou des mécanismes propres aux bactéries (paroi bactérienne, ribosomes bactériens, enzymes de réplication). Or, les virus ne possèdent pas ces structures : un virus n'a pas de paroi, pas de ribosomes propres, et il utilise la machinerie de la cellule hôte pour se reproduire. Les antibiotiques n'ont donc aucune cible sur laquelle agir chez un virus, ce qui les rend totalement inefficaces contre les infections virales.

Exercice 4 — Nutrition et effort physique (25 pts, 30 min)

Corrigé détaillé — Exercice 4

1. D'après le document 1, tous les paramètres augmentent pendant l'effort par rapport au repos :

• La fréquence cardiaque passe de 72 à 165 bpm (×2,3) → le cœur bat plus vite
• Le volume d'air inspiré passe de 6 à 45 L/min (×7,5) → la ventilation pulmonaire augmente fortement
• La consommation d'O₂ passe de 250 à 2 500 mL/min (×10) → l'organisme consomme beaucoup plus de dioxygène
• La consommation de glucose par les muscles passe de 50 à 800 mg/min (×16) → les muscles consomment beaucoup plus de glucose

L'organisme s'adapte à l'effort en augmentant l'activité cardiaque et respiratoire pour fournir davantage d'O₂ et de glucose aux muscles qui en ont besoin.

2. D'après le document 2, on peut calculer la quantité de glucose et d'O₂ prélevée par le muscle (différence entre le sang entrant et le sang sortant) :

Glucose prélevé :

• Au repos : 900 - 870 = 30 mg/L de sang
• Pendant l'effort : 900 - 500 = 400 mg/L de sang
• Le muscle prélève 13 fois plus de glucose pendant l'effort.

O₂ prélevé :

• Au repos : 200 - 150 = 50 mL/L de sang
• Pendant l'effort : 200 - 50 = 150 mL/L de sang
• Le muscle prélève 3 fois plus d'O₂ pendant l'effort.

Ces résultats montrent que le muscle consomme beaucoup plus de glucose et de dioxygène pendant l'effort qu'au repos.

3. D'après le document 2 :

CO₂ rejeté :

• Au repos : 530 - 490 = 40 mL/L de sang
• Pendant l'effort : 650 - 490 = 160 mL/L de sang
• Le muscle rejette 4 fois plus de CO₂ pendant l'effort.

Ce résultat prouve que la respiration cellulaire est plus intense pendant l'effort : puisque les cellules musculaires consomment plus de glucose et d'O₂, elles produisent aussi davantage de CO₂ (qui est un produit de la respiration cellulaire).

4. D'après le document 3, l'énergie nécessaire au fonctionnement des cellules est produite par la respiration cellulaire : glucose + O₂ → CO₂ + H₂O + énergie. Pendant l'effort, les cellules musculaires doivent se contracter plus intensément et plus fréquemment. Elles ont donc besoin de beaucoup plus d'énergie qu'au repos. Pour produire cette énergie supplémentaire, elles doivent réaliser davantage de respiration cellulaire, ce qui nécessite de consommer plus de glucose (le « carburant ») et plus de dioxygène (le « comburant »). C'est pourquoi la consommation de ces deux réactifs augmente fortement pendant l'effort.

5. Le sang joue un rôle de transporteur entre les organes d'approvisionnement et les cellules musculaires :

• Le dioxygène (O₂) provient des poumons : lors de l'inspiration, l'O₂ de l'air passe dans le sang au niveau des alvéoles pulmonaires. Le sang le transporte ensuite jusqu'aux muscles.
• Le glucose provient de la digestion des aliments : les glucides alimentaires (amidon du pain, des pâtes…) sont découpés en glucose par les enzymes digestives, puis le glucose traverse la paroi de l'intestin grêle pour passer dans le sang (absorption intestinale). Le sang le transporte ensuite jusqu'aux muscles.

Les échanges entre le sang et les cellules musculaires se font au niveau des capillaires sanguins, dont la paroi très fine permet la diffusion des substances.

6. La respiration cellulaire produit de l'énergie. Cependant, toute l'énergie chimique du glucose n'est pas convertie en énergie mécanique (mouvement musculaire) : une partie est dissipée sous forme de chaleur. Pendant l'effort, la respiration cellulaire est beaucoup plus intense (×10 pour la consommation d'O₂), donc la quantité de chaleur produite est également beaucoup plus importante. C'est cette chaleur supplémentaire qui explique l'augmentation de la température corporelle de 37,0°C à 38,2°C. C'est aussi pour cette raison que l'on transpire pendant l'effort : la transpiration permet d'évacuer cette chaleur excédentaire.