La bauxite est une roche latéritique blanche, rouge ou grise, caractérisée par sa forte teneur en alumine Al2O3 et en oxydes de fer. Cette roche constitue le principal minerai permettant la production d'aluminium.
Elle se forme par altération continentale en climat chaud et humide. De structure variée, elle contient dans des proportions variables des hydrates d'alumine, de la kaolinite, de la silice et des oxydes de fer qui lui confèrent souvent une coloration rouge.
Ses minéraux spécifiques sont les hydrates d'alumine comme les polymorphes de Al(OH)3 (bayerite et gibbsite, monocliniques) et ceux de AlO(OH) (diaspore et boehmite, orthorhombiques)
Cette bauxite provient des carrières de Baux de Provence où elle a été décrite pour le première fois (P. Berthier, 1821). Leur mise en place est discutée, mais il semble que les gisements soient des altérites remaniées et transportées vers des systèmes karstiques (dissolution aérienne de calcaire : émersion) où elles se sont déposées.
Grès charbonneux (matière organique fossile) provenant de la carrière de Graissessac dans l’Hérault. Interstratifiés avec des niveaux de charbons, ces grès présentent sur leur surface stratigraphique de nombreux fossiles de végétaux.
Du genre Pecopteris (du grec –pec, peigne et –pteri, aile), elle date du Carbonifère, soit environ 300 millions d’années. Il s’agissait de fougères arborescentes, avec un tronc qui pouvaient atteindre plusieurs mètres de haut.
Ces fossiles végétaux trouvés en abondance nous informent sur le climat chaud et humide qui régnait à l’époque en France. Il faut imaginer l’écosystème du Carbonifère comme une forêt équatoriale chaude et humide peuplée d’arthropodes géants.
Une pélite permienne montrant des empreintes (en creux) de cristaux en forme d'aiguilles maintenant disparus (carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault)
La comparaison de ces structures avec des structures actuelles de même forme et de même taille permet d'en proposer une interprétation : il s'agirait d'empreintes de cristaux de glace ayant « poussé » dans une vase humide molle.
La présence des pseudomorphoses de cristaux de glace dans le Permien basal du bassin de Lodève permet de préciser les reconstitutions paléogéographiques et paléoclimatiques. Au Permien inférieur, la France était située à l'équateur. Or, il semble bien que le lac permien pouvait geler épisodiquement, malgré un climat globalement favorable à la végétation. Pour qu'un lac équatorial puisse geler, on est amené à supposer qu'il s'agissait d'un lac de montagne, situé à une certaine altitude au sein de la chaîne hercynienne qui vient de se former.
Ce grès rouge, daté du Trias inférieur, présente sur sa surface supérieure des rides légèrement asymétriques à crêtes parallèles.
Ces rides de petites amplitudes (> cm) et de petite longueur d’onde (qq cm) se forment sous une faible tranche d’eau sous l’effet d’un courant unidirectionnel laminaire (crête rectiligne) donc de faible énergie.
Ces rides peuvent être interpréter comme un courant de dérive au bord d’une étendue d’eau continentale (couleur rouge : milieu oxydant) peu profonde comme un lac éphémère ou un chenal fluviatile abandonné.
ripple marks actuels dans le Djebel Saghro, Moyen Atlas, Maroc
Comme tous les grès, l'arkose est une roche détritique riche en quartz (jusqu'à 60 %), de feldspath (au moins 25 %), souvent de quelques micas et d'un ciment composé d'argile
(environ 15 %). mais il a comme originalité d'être un grès grossier,
feldspathique.
L'arkose se rencontre souvent près des granites et des gneiss car elle provient de leur altération essentiellement mécanique et/ou chimique mais modéré (préservation des feldspaths). Le transport doit aussi être réduit pour conserver les feldspaths plus fragiles que les quartz.
En résumé, les arkoses se forment à partir d'éléments ayant subit un transport faible et/ou une altération mécanique ou chimique modérée par exemple sous un climat froid, peu hydrolysant.
Les diamictites sont des roches sédimentaires consilidées non ou peu triées dont les particules allant des argiles aux blocs, sont contenues dans une matrice argileuse à gréseuse. Ce terme purement descriptif laisse donc une large gamme d'interprétation en tant que processus de dépôt.
Cependant, le terme diamictite est souvent utilisé pour des dépôts glaciaires térrigènes consolidés
comme les tillites (dépôts consolidés des moraines).
Une autre interprétation courante des diamictites sont des dépôts de coulées en masse sousmarines fréquents dans les turbidites (interprétation retenue pour l'échantillon) ou olistostromes dans un contexte tectoniquement actif.
Les interprétations connues sont :
Le gypse , dénommé aussi gypsite, ou pierre à plâtre , est une roche tendre saline ou une évaporite commune, voire abondante, entièrement cristallisée, composée principalement du minéral gypse, un sulfate doublement hydraté de calcium, décrite par la formule CaSO4 · 2 H2O et qui constitue le premier fin dépôt dans les marais salants.
Elle possède un domaine de stabilité assez étendu, mais en général dans
des conditions haute température et de migration aisée d'eau, cède sa
place à l'anhydrite, plus dense et plus dure. Sa texture cristalline est en général moyenne à fine, elle peut être granulaire (saccharoïde) à fibreuse.
Cet échantillon, d'âge Ludien (35 Ma, Tertiaire) provient des buttes Chaumont, à Paris.
Dans cette ancienne carrière, la masse gypseuse, essentiellement saccharoïde, de couleur beige, divisée par deux minces lits
marneux intercalaires à coquilles marines est recouverte par une couche
marneuse, dites supragypseuse aux fossiles d'eaux saumâtres, lacustres
ou franchement marins.
Cette masse supérieure gypseuse qui a permis la naissance d'une science, la paléontologie11, les couches inférieures et moyennes ont fourni des débris de tortues et de crocodiles, sans doute piégés par une aridité drastique.
Les oscillations marines influencent plus le remplissage que la vidange
de la vaste cuvette par l'eau de mer. L'évaporation favorisée par un
climat chaud donne les premiers épais dépôts salins. À deux reprises, la
communication avec le flux marin est rétablie comme l'attestent les
lits marneux intercalaires à faune marine. Mais le système lagunaire
fonctionne à nouveau. L'espace ouvert, facilement accessible aux animaux
terrestres, offre des pâturages secs mais recèle aussi des pièges
humides qui expliquent l'enlisement de lourds mammifères.
La formation des Schistes et calcaires de Saint-Jean-de-la-Rivière du Cambrien
inférieur affleure sur le platier rocheux situé entre Saint-Jean-de-la-Rivière et
Portbail. Dans la localité type, la formation des Schistes et calcaires de
Saint-Jean-de-la-Rivière est constituée par une alternance d'argilites et de siltites
verdâtres, à rides d'oscillation et pseudomorphoses de cristaux de sel, et de calcaires
bleu-noir, en petits bancs : calcaires oolithiques, calcaires à "algues"(cyanobactérie?) et
stromatolithes, calcaires à archaeocyates, dont l'épaisseur totale atteint 200 mètres.
La faune rencontrée dans cette formation, notamment les trilobites (Bigotina) et les archaeocyathes, lui confèrent un âge
Cambrien inférieur. Les algues* ont édifié de remarquables structures stromatolithiques
en forme de coupoles, où il existe une hiérarchie verticale, tour à tour à disposition
plane, mamelonnée et en colonnes stratifiées (visibles sur les échantillons), qui forment des séquences plus ou moins
complètes. La zonéographie verticale de ces séquences témoigne d'un milieu de
sédimentation en domaine de plate-forme peu profonde à intertidal. Les stromatolithes sont importants dans l'histoire de la Terre pour deux raisons
essentielles : (1) ce sont les plus anciennes structures d'origine biologique
reconnaissables à l'échelle de l'affleurement, connues dès 3,5 Ga environ ;
(2) leur existence de façon si précoce dans les enregistrements fossilifères démontre
(a) que les cyanobactéries sont un groupe qui s'est différencié très tôt dans l'histoire
de la vie ; (b) que la photosynthèse est apparu de façon très précoce sur Terre
(3,5 Ga, peut-être même avant). En particulier, les cyanobactéries semblent
représenter les seuls êtres photosynthétiques présents entre 2,5 et 2,0 Ga, au
moment où l'atmosphère est devenue oxydante ; ce sont donc ces êtres vivants qui
sont responsables de la dissociation du CO2 et de l'évolution
vers une atmosphère moderne, à O2
Les argiles se déposent par décantation dans un milieu aquatique calme en formant des lamines planes horizontales.
La couleur rouge traduit la présence d'oxydes de fer, comme l'hématite, témoin d'un milieu de dépôt oxydant généralement continental.
Des fentes de dessication polygonales (mud-cracks) se forment lorsque les argiles se déshydratent et perdent leur volume initial (rétractation). Ces structures traduisent une émersion sous un climat plus sec.
Sur cet échantillon, les fentes de rétraction sont remplies par une roche grèseuse, anciennement un sable. Le remplissage de ces mudcracks s'est effectué dans un milieu plus agité ou dynamique (immersion lors d'une crue par exemple).
En résumé, les mudcracks traduisent une émersion sous un climat sec dont la durée est difficile à quantifiée. Par contre les argilites, se déposent sous un climat humide.
Ces dépôts s'interprètent comme un marqueur de saisonnalité dans un milieu fluvio-lacustre éphémère.
mudcracks fossile dans le Djebel Saghro, Moyen Atlas, Maroc
Cet échantillon daté du Silurien du massif armoricain provient de la Presqu’île de Crozon.
Cette couche centimétrique d'argiles et de silts de couleur noire, s'est déposée dans un environnement marin calme.
Sa couleur est reliée à sa relative teneur en matière organique conservée entre les particules silicoclastiques. Ces ampélites se sont déposés dans un milieu aquatique anoxique (sans oxygène) issue d’une stratification des eaux dans un milieu marin restreint.
Le Silurien succède à l’Ordovicien, qui se termine par une glaciation. A cette époque, les eaux froides et anoxiques, plus lourdes, stagnent au fond d’un bassin où le réchauffement climatique réactive la production primaire en surface. Puis la matière organique morte sédimente au fond sans être oxydée et se retrouve préservée dans le sédiment.
La production organique de surface est caracérisée par des organismes coloniaux (sicules) vivant dans des loges (thèques) formant une structure allongée dentelée (le rhabdosome) : ce sont les graptolites.
Cet échantillon daté de l'Ordovicien inférieur du massif armoricain provient de la baie de Saint-Brieuc.
Cette couche centimétrique d'argiles de couleur rouge, s'est déposée dans un environnement calme ( système fluvio-lacustre distal) probablement continental comme le suggère le fer oxydé de couleur rouge qui donne la teinte de l'échantillon.
Cette couche peut-être orientée par la présence sur une des surfaces de petits cratères d'impacts de gouttes de pluie. Les cratères en creux sont sur le toit (haut) de la strate, alors que les impacts en relief (moulages des cratères) sont sur le mur c'est-à-dire la base de la strate. Ces indices supposent un climat chaud et humide (hydrolyse de de minéraux riche en fer, lessivage et précipitation des oxydes). Les traces de pluie suggèrent une émersion (période sèche, ou décrue) suivie d'une période humide (pluie et inondation).
Thème I : La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant
Partie A : Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique
Chapitre 3 (SUITE) : L’expression de l’information génétique.
3/ Du génotype au phénotype : du gène aux caractères.
En génétique, le génotype d'un individu correspond à la composition allélique de tous les gènes de cet individu.
Le phénotype est l'ensemble des caractères observables d'un individu.
Très souvent, l'usage de ces termes est plus restrictif : le phénotype est par exemple considéré au niveau d'un seul caractère, à l'échelle cellulaire ou encore moléculaire.
a- Les différents niveaux du phénotype
Un gène code une ou plusieurs protéines. L’expression du génotype se traduit donc en premier lieu par un phénotype moléculaire. Le fonctionnement, ou dysfonctionnement dans le cas de mutation, de ces protéines induisent un phénotype cellulaire, lui même responsable d’un phénotype à plus grande échelle (organe, organisme entier) : le phénotype macroscopique.
Le phénotype macroscopique dépend donc du phénotype cellulaire, lui-même induit par le phénotype moléculaire.
b- Les contrôles du phénotype
L’ensemble des protéines qui se trouvent dans une cellule (phénotype moléculaire) dépend du patrimoine génétique, c’est à dire du génome de la cellule. Une mutation allélique peut être à l’origine d’une protéine différente ou de l’absence d’une protéine et être à l’origine d’une maladie génétique.
Exemples de Xeroderma pigmentosum, de la Drépanocytose
Toutes les cellules d’un organisme possèdent les mêmes gènes mais pas forcément les mêmes protéines.
Une partie des gènes est exprimée en permanence (l’expression constitutive), par exemple les gènes du HLA, des histones,…
Une autre partie est exprimée selon la cellule spécialisée (expression inductible) sous l’influence desfacteurs internes(facteurs de croissance : EPO) et/ou de facteurs externes (disponibilité en nutriments ou dioxygène) capables de fixer sur l’ADN des protéines activatrices (activateurs, ex. CAP) ou inhibitrices (répresseurs) de son expression, appelées facteurs de transcription.
La différentiation cellulaire et le métabolisme cellulaire liés à l’expression des gènes est par conséquent finement régulée, dans l’espace et dans le temps, en fonction des besoins de l’organisme.
La différentiation cellulaire
D’autre part, les paramètres environnementaux (concentration en oxygène pour HbS, température pour les protéines enzymatiques,…) modifient les propriétés physico-chimiques des protéines et donc le phénotype.
Thème I : La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant
Partie A : Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique
Chapitre 3 : L’expression de l’information génétique
Quelle est l’origine des protéines? Comment l’information génétique est-elle codée? Comment l’information génétique est traduite en protéine?
1/ Les relations « gène-protéine »
a- Les protéines : macromolécules nécessaires à la cellule.
Les protéines sont constituées d’une ou plusieurs chaines polypeptidiques. Un polypeptide est une chaîne d’acides aminés, petites molécules reliées entre elles par des liaisons fortes covalentes : la liaison peptidique. Il existe 20 acides aminés, ils sont les briques élémentaires des protéines.
La géométrie complexe en 3D (replis, enroulement,…) de ces chaînes polypeptidiques confèrent des propriétés particulières aux protéines.
On distinguent :
- des protéines de structure (histones dans les chromosomes, fuseau de division,…)
- des protéines de communication (neurotransmetteurs, hormones (insuline),…)
- des protéines detransport (hémoglobine qui transporte le dioxygène,…)
- des protéines enzymatiques (ADN polymérase, hélicase,…)
b- Un gène, une protéine
Des expériences historiques ont montré le lien entre mutation d’un gène et dysfonctionnement d’une protéine :
En 1941, G. Beadle et E. Tatum isolent trois souches mutantes à partir d’une souche sauvage d’un champignon Neurospora crassa normalement capable de synthétiser la tryptophane. Ces souches mutées sur trois gènes distincts sont incapables de synthétiser la tryptophane. La molécule qu’il faut ajouter aux souches mutées pour qu’elles synthétisent le tryptophane est justement celle qu’elles sont incapables de synthétiser. Ces résultats indiquent que la protéine enzymatique est inactive.
En 1963, C. Yanofsky montre la colinéarité entre les mutations du gène à l’origine de la Tryptophane synthase et les anomalies en acides aminés sur cette même enzyme.
Ces résultats se résume par « un gène (une séquence de nucléotides ATGC) code une protéine (une séquence d’acides aminés) ».
c- Le lien entre ADN nucléaire et protéines cellulaires
L’information génétique est dans le noyau, alors que les protéines sont synthétisées dans le cytoplasme de la cellule. Or, l’ADN ne quitte jamais le noyau.
La synthèse des protéines est dirigée par une molécule proche de l’ADN, l’Acide Ribo-Nucléique ( ou ARN) qui est complémentaire du brin d’ADN codant.
Cet ARN est synthétisé dans le noyau, puis exporté dans le cytoplasme à travers des pores situés sur l’enveloppe nucléaire : il est nommé ARN messager (ARNm)
Comparaison ARN / ADN
L’ARN est un acide nucléique semblable à l’ADN mais dont le sucre désoxyribose est remplacé par du ribose. De plus, le nucléotide Thymine n’est pas présent dans l’ARN, il est remplacé par le nucléotide Uracile, noté Uet complémentaire de A.
d- Le code génétique : système de correspondance entre nucléotides et acides aminés
D’autres expériences historiques, mettant en contact des polymères de longueurs variable s d’un seul type de nucléotide (par ex. U, UU, UUU, UUUU, UUUUUU,…) avec un mélange de 20 acides aminés, ont démontré que l’information génétique est codé en triplet de nucléotides (codon).
Correspondances de poly-U, poly-A, poly-G et poly-C avec le logiciel Anagène.
Un codon correspond à un des 20 acides aminés. Le code génétique est le système de correspondance entre 3 nucléotides et un acide aminé. Comme il existe 4 nucléotides (A,U,G et C), il existe 43 soit 64 codons pour coder 20 acides aminés. Donc un acide aminé peut être codé par plusieurs codons, le code est donc redondant (ou dégénéré). Par contre, un codon code pour un seul acide aminé, le code génétique est aussi univoque.
Trois codons ne codent pour aucun acide aminé : les « codons-stop» UAA, UAG et UGA.
L’ARNm codant pour la protéine commence toujours par le codon AUG : le « codon initiateur ». Il se traduit par une méthyonine (Met) au début de la chaine polypeptidique.
Le code génétique est universel (sauf quelques exceptions) ; ceci traduit une origine commune pour tous les êtres vivants.
2/ Du gène aux protéines : 3 grandes étapes
a- La synthèse de l’ARN pré-messager : la transcription
L’ARN est une copie de l’ADN, il est capable de quitter le noyau. Il est synthétisé dans le noyau : cette étape se nomme la transcription.
Electronographie (MET) de la Transcription
La transcription nécessite l’action d’une enzyme, ARN polymérase :
L’initiation : Une ARN polymérase se fixe à l’ADN à un promoteur au début de la séquence (gène) à transcrire. Elle déroule et sépare les deux brins d’ADN.
L’élongation : Elle synthétise un ARN à partir d’un seul des deux brins de l’ADN, appelé le brin transcrit(ou brin non codant). Elle associe successivement des nucléotides libres en suivant la complémentarité A-U et G-C avec le brin transcrit.
La terminaison : L’ARN polymérase finalise la transcription et se détache de l’ADN au niveau d’un site de terminaison après avoir assemblé un dernier triplet appelé « codon-stop ».
L’ARN formé est identique au brin non transcrit (ou brin codant) sauf pour les nucléotides T remplacés par U.
Avant de quitter le noyau vers le cytoplasme, les ARN néoformés, appelés ARN pré-messagers, subissent une maturation en ARN messagers.
b- La maturation de l’ARN messager : l’épissage
La comparaison d’un ARN messager (ARNm) avec un ADN codant montre que une différence de taille, en nombre de nucléotides. Un gène est en moyenne 5 fois plus long qu’un ARNm correspondant. L’ARN prémessager subit donc une maturation appeléeépissage.
Un ARN pré-messager est constitué de tronçons qui ne serviront pas à la synthèse de la protéine (les introns), alternant avec des tronçons codant la chaîne polypeptidique (les exons).
- Dans le cas d’un épissage simple, la maturation consiste à supprimer les introns et à conserver tous les exons qui collés bout à bout constituent l’ARN messager final. MODELISATION 3D :
- Il existe un épissage alternatif qui permet de combiner qu’une partie des exons d’un même gène, générant ainsi une diversité d’ARNm et donc de protéines, en fonction du contexte cellulaire. Il concerne 60% de nos 23 000 gènes et permet d’expliquer la richesse du protéome humain (105 à 106 protéines). Ainsi, l’expression « un gène, une protéine » n’est actuellement plus valable.
c- La synthèse d’une protéine : la traduction
La synthèse des protéines se situe dans le cytoplasme au niveau de structures appelées ribosomes. Le ribosome est une molécule complexe constituée d’une petite sous-unité capable de se fixer à l’ARNm et d’une grosse sous-unité capable d’assembler des acides aminés selon la séquence AUGC : c’est la traduction.
1- Elle commence toujours par le codon initiateur AUG codant pour la méthionine.
2- Le ribosome se décale ensuite de codon en codon pour assembler par une liaison peptidique les acides aminés correspondants : c’est l’élongation.
3- Cette phase se termine par la lecture d’un « codon-stop » par le ribosome qui se dissocie alors et libère la protéine encore immature.
4- La protéine subit enfin la suppression de la méthionine initiale et l’acquisition de sa géométrie 3D nécessaire à son bon fonctionnement. ANIMATION :
La démarche scientifique est un outil d'investigation pour décrire et comprendre le réel. Elle est surtout utilisée dans les sciences de la nature (physique, biologie …). Elle repose sur le questionnement.
Le travail de recherche peut se faire de quatre façons différentes. Il est souvent utile d'avoir recours à plusieurs d'entre elles.
1.Démarche d'observation : C'est une démarche d'analyse du réel (êtres vivants, roches,...) observés selon diverses techniques (oeil nu, microscopie optique ou électronique, rayon X,...).
2.Démarche expérimentale : Elle nécessite du matériel biologique et de laboratoire (verrerie, appareils de mesure,...) afin de construire un dispositif expérimental, ainsi que l'établissement d'un protocole décrivant les étapes de l'expérience. Elle doit comporter un témoin (positif ou négatif). Elle a des limites évidentes dans l'étude du vivant ( éthique, simplicité… ).
3.Démarche documentaire : C'est une démarche bibliographique, de lecture, de synthèse et de mise en relation d'informations diverses.
4.Démarche de modélisation : Modéliser consiste à remplacer le réel trop complexe par un schéma, une maquette, un logiciel… pour répondre au problème posé. Le modèle ne sera jamais satisfaisant et aura toujours des limites. Le modèle donne lieu a des simulations (expériences) afin de tester un seul paramètre et doit toujours être critiquer (conditions limites, paramètres testés,...).
Quand l'hypothèse n'est pas vérifiée ou que le résultat attendu n'est pas réalisé, ce n'est pas un échec. La démarche scientifique prévoit un retour vers le problème ou les hypothèses mal formulées, ou alors la démarche utilisée qui doit être reconsidérée.
