Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Métropole 1 remplacement 2025

Thème : Les réflexes : arc réflexe, message nerveux et synapses · Tiré du sujet Métropole France 1 remplacement (2025)

Énoncé

EXERCICE 2: La tétrodotoxine chez les poissons-globes (8 points)

Les tétrodons ou poissons-globes, comme le fugu, appartiennent à une famille de poissons ayant la capacité de se gonfler en quelques secondes en se remplissant d'eau pour faire fuir leur prédateur. Le fugu est un mets très apprécié au Japon. Seuls des chefs ayant suivi une formation spécifique peuvent le préparer, car ce poisson contient une toxine très dangereuse. Elle a été découverte pour la première fois chez les tétrodons, d'où son nom: la tétrodotoxine (TTX).

QUESTION:

Expliquer en quoi la nutrition du fugu, à partir d'aliments contenant de la tétrodotoxine, lui confère un avantage pour sa survie.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.

Document 1: localisation de la molécule TTX chez les poissons-globes

Des expériences pour déterminer la localisation de la molécule TTX dans différents organes ont été réalisées chez le poisson-globe à bande argentée. Les résultats présentés ci-dessous sont transposables au fugu, une autre espèce de poisson-globe.

Remarque: un individu juvénile est un organisme vivant qui n'a pas encore atteint sa maturité sexuelle.

Document 2: origine de la TTX chez les poissons-globes

La TTX est présente dans divers organismes marins comme des étoiles de mer, des mollusques ou encore des bactéries dont les fugus se nourrissent. Des chercheurs ont voulu déterminer si les fugus synthétisent directement la TTX ou s'ils l'accumulent à partir des aliments consommés.

Ils ont utilisé des fugus d'élevage qu'ils ont placés dans 3 bassins identiques pendant 240 jours afin de pouvoir contrôler l'apport de TTX dans leur alimentation. Ils ont régulièrement prélevé 5 poissons dans chaque bassin et ont mesuré la concentration de TTX présente dans leur foie.

Document 3: étude de la toxicité de la TTX sur les cellules excitables (neurone et cellule musculaire)

Document 3a: les effets de la TTX à l'échelle cellulaire

Les chercheurs ont voulu tester l'action de la TTX sur les neurones et les cellules musculaires. Ils ont enregistré les réponses électriques de ces cellules après stimulation en présence et en absence de TTX chez deux animaux: la souris et le cobaye.

Remarque: les résultats observés sont transposables chez tous les Vertébrés sensibles à la TTX.

Document 3b: les effets de la TTX à l'échelle moléculaire

La formation d'un potentiel d'action est en partie dépendante du passage d'ions sodium du milieu extracellulaire vers le cytoplasme de la cellule excitable à travers des canaux sodium spécialisés. La TTX a la capacité de se lier à ces canaux protéiques et de limiter le passage des ions sodium.

La séquence en acides aminés des canaux sodium a été déterminée et comparée entre différentes espèces. Les chercheurs ont constaté qu'en fonction des séquences, la fixation de la TTX sur les canaux sodium était variable.

Document 4: fonction écologique de la TTX chez les poissons-globes

Pour tester l'impact de la présence de TTX dans l'organisme des poissons-globes sur leur survie, des chercheurs ont élevé des juvéniles de fugus dans 3 bassins identiques pendant 15 jours. Durant les 10 premiers jours, les 100 fugus de chaque bassin ont été alimentés avec une nourriture contenant une concentration de TTX variable. Le 11 ème jour, 50 poissons prédateurs des fugus ( Lateolabrax japonicus) et sensibles à la TTX sont introduits dans chacun des bassins. Le 15 ème jour, le nombre de fugus juvéniles survivants est compté.

Tableau présentant le taux de survie des poissons-globes juvéniles au 15 ème jour en fonction du contenu en TTX de leur alimentation

Contenu en TTX de l'alimentation des juvéniles (µg de TTX par g de nourriture)

0

1,5

3

Taux de survie des juvéniles au 15 ème jour (%)

32

62

74

Source: d'après Fisheries Science (2016). 83(2).

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Corrigé

Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)

Expliquer en quoi la nutrition du fugu, à partir d'aliments contenant de la tétrodotoxine, lui confère un avantage pour sa survie.

Réponse : Une réponse construite et argumentée comprenant les éléments suivants : 1. Origine alimentaire et stockage de la TTX (Doc 1 et 2) : - Les fugus ne fabriquent pas la TTX de façon autonome : élevés sans TTX dans leur alimentation, leur foie ne contient aucune toxine (0 μg⋅g−10\ \mu\text{g}\cdot\text{g}^{-1}). En revanche, un apport alimentaire entraîne une bioaccumulation importante dans le foie au cours du temps (jusqu'à près de 100 μg⋅g−1100\ \mu\text{g}\cdot\text{g}^{-1} après 240 jours pour un apport de 0,8 μg⋅g−1⋅j−10{,}8\ \mu\text{g}\cdot\text{g}^{-1}\cdot\text{j}^{-1}). - La TTX est également distribuée dans d'autres organes dont la peau (44 à 10 μg⋅g−110\ \mu\text{g}\cdot\text{g}^{-1}) et les muscles (44 à 11 μg⋅g−111\ \mu\text{g}\cdot\text{g}^{-1}). 2. Toxicité létale de la TTX pour les prédateurs (Doc 3a et 3b) : - La TTX est une neurotoxine qui bloque les canaux sodium voltage-dépendants des cellules excitables, empêchant l'entrée d'ions Na+\text{Na}^+ nécessaire à la dépolarisation membranaire. - En conséquence, aucun potentiel d'action ne peut naître ni se propager le long des neurones et des fibres musculaires (ex. arrêt des potentiels d'action du diaphragme chez le cobaye dès l'injection de TTX). - Chez les prédateurs sensibles (comme les vertébrés et poissons prédateurs), l'ingestion de TTX entraîne une paralysie respiratoire et musculaire rapide, conduisant à la mort. 3. Résistance spécifique du fugu à la TTX (Doc 3b) : - Les canaux sodium des fugus (*Takifugu rubripes*, *Takifugu pardalis*) possèdent des acides aminés différents au niveau du site de liaison de la toxine : ils présentent une asparagine (Asn) en position 385 (au lieu d'une tyrosine Tyr) et une sérine (Ser) en position 388 (au lieu d'une asparagine Asn). - Ces mutations empêchent la fixation efficace de la TTX sur leurs canaux sodium, conférant au fugu une insensibilité à sa propre toxine accumulée. 4. Avantage adaptatif pour la survie (Doc 4) : - Face à des prédateurs naturels (*Lateolabrax japonicus*), les jeunes fugus nourris sans TTX subissent une prédation massive (taux de survie de seulement 32 %32\,\% au 15eˋme15^{\text{ème}} jour). - Plus la nourriture des fugus est riche en TTX, plus leur taux de survie augmente (62 %62\,\% avec 1,5 μg/g1{,}5\ \mu\text{g/g}, 74 %74\,\% avec 3 μg/g3\ \mu\text{g/g}). - La TTX accumulée à partir de la nourriture agit donc comme une arme chimique de défense anti-prédateur majeure, conférant un avantage sélectif décisif pour la survie de l'espèce.

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