Utiliser le vivant pour s'alimenter et guérir
Le pain lève, le yaourt épaissit, l'insuline sauve des vies — autant de produits d'organismes mis au service de l'homme. Cette dernière section aborde comment les humains augmentent les rendements (serres, engrais, lutte contre les ravageurs), cultivent les micro-organismes à grande échelle (fermenteurs industriels) et modifient délibérément les organismes : sélection artificielle, modification génétique et clonage.
Edexcel International GCSE Biologie 4BI1, Section 5 (énoncés 5.1–5.20B) complète le programme. Les énoncés suffixés par B (aquaculture, micropropagation, clonage de mammifères) sont réservés à la Biologie uniquement.
Production alimentaire
Plantes cultivées. Les serres et les tunnels plastiques retiennent la chaleur et protègent les cultures, permettant aux agriculteurs de contrôler la lumière, la température, le CO₂ et l'eau ; l'augmentation du CO₂ et de la température vers l'optimum élève le taux de photosynthèse et le rendement. Les engrais remplacent les ions minéraux (nitrates pour les acides aminés, magnésium pour la chlorophylle) que le sol perd à chaque récolte. La lutte contre les ravageurs : les pesticides tuent rapidement et totalement les ravageurs mais comportent un risque de bioaccumulation, nuisant à d'autres espèces et laissant des résidus ; la lutte biologique (introduction d'un prédateur du ravageur) est auto-entretenue et spécifique, mais lente et moins contrôlable si l'espèce de contrôle elle-même se propage.
Micro-organismes. La levure fermente le sucre : en anaérobie, elle produit du dioxyde de carbone (qui fait lever le pain) et de l'éthanol ; Lactobacillus convertit le sucre du lait en acide lactique, épaississant le yaourt. Un fermenteur industriel maintient les micro-organismes à leur optimum : précautions aseptiques (absence de contamination), nutriments, température et pH optimaux, aération (apport d'air pour les cultures aérobies) et agitation (remuage répartissant uniformément la chaleur et les nutriments).
(B) L'aquaculture fournit efficacement des protéines : maintenir la qualité de l'eau, contrôler la prédation (intraspécifique — parmi les poissons — et interspécifique), maîtriser les maladies, éliminer les déchets, contrôler la qualité et la fréquence de l'alimentation, et effectuer une sélection de souches à croissance rapide.
Sélection artificielle
Choisir des parents présentant les caractéristiques souhaitées → les croiser → sélectionner les meilleurs descendants → répéter sur plusieurs générations. Cela développe des plantes à plus haut rendement, résistantes aux maladies ou rustiques, et des animaux produisant plus de viande, de lait ou étant plus dociles — mais cela réduit le pool génétique, augmentant la vulnérabilité aux maladies, et nécessite de nombreuses générations.
Modification génétique (génie génétique)
Les enzymes de restriction coupent l'ADN à des sites spécifiques ; la ligase joint des fragments d'ADN ensemble. Une plasmide (ou un virus) agit comme un vecteur : le gène humain de l'insuline est découpé, inséré dans une plasmide ouverte, et l'ADN recombinant est capté par des bactéries, qui prolifèrent dans un fermenteur en produisant de l'insuline humaine. Les plantes GM peuvent résister aux ravageurs ou aux herbicides, ou produire davantage de nourriture. Un organisme recevant des gènes d'une autre espèce est transgénique.
Clonage (B)
Micropropagation (culture de tissus) : un petit explant est cultivé in vitro sur un milieu nutritif contenant des hormones de croissance, produisant des plantules génétiquement identiques — quantités commerciales de plantes présentant des caractéristiques souhaitables, exemptes de maladies et à croissance rapide. Clonage mammifère : un noyau diploïde provenant d'une cellule mature est inséré dans une cellule œuf énucléée (son propre noyau retiré) ; la cellule se divise en un embryon implanté dans une femelle porteuse — le mouton Dolly. Les animaux transgéniques clonés peuvent produire des protéines humaines dans leur lait.
Vérifiez-vous
- Citez deux manières dont une serre augmente le rendement des cultures.
- Énoncer un avantage et un inconvénient du contrôle biologique.
- Pourquoi Lactobacillus épaissit-il le lait ?
- Énumérez les cinq conditions qu'un fermenteur maintient.
- (B) Nommez deux méthodes de contrôle de la prédation en pisciculture.
- Citez deux inconvénients de l'amélioration sélective.
- Nommez l'enzyme qui coupe l'ADN et celle qui le joint.
- Qu'est-ce qu'un vecteur en génie génétique ?
- Expliquez pourquoi les bactéries portant le gène humain de l'insuline constituent un médicament utile.
- (B) Esquissez les étapes du clonage d'un mammifère.
Réponses : 1 piège la chaleur près de l'optimum ; CO₂, lumière et eau contrôlées (deux au choix) ; 2 Avantage — autonome, sans résidus ; inconvénient — lent, et l'espèce de contrôle peut se propager ; 3 Il convertit le lactose en acide lactique, ce qui coagule la protéine du lait ; 4 conditions aseptiques, nutriments, température et pH optimaux, oxygénation, agitation ; 5 (B) cages fermées contre les prédateurs interspécifiques ; densité d'élevage réduite contre les interactions intraspécifiques ; 6 réduit le pool génétique, facilitant la propagation des maladies ; nécessite de nombreuses générations.
Réponses continues : 7 Les enzymes de restriction coupent ; la ligase joint ; 8 un plasmide ou un virus transportant l'ADN recombinant dans une cellule ; 9 elles se multiplient rapidement dans un fermenteur, sécrétant de l'insuline humaine — sûr et produit à grande échelle ; 10 (B) Noyau diploïde d'une cellule mature → œuf énucléé → division en embryon → implantation chez une porteuse.