Corrigé rédigé

Les isotopes sont des atomes d’un même élément chimique qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. Ils ont donc des propriétés chimiques proches, mais des masses différentes. En sciences de la Terre, l’étude de leurs proportions dans les roches, les glaces, les sédiments ou les fossiles permet d’obtenir deux types d’informations : des indices sur les environnements passés et des repères temporels.

Certains isotopes stables permettent de reconstituer des variations climatiques anciennes. C’est le cas du rapport entre l’oxygène 18 et l’oxygène 16. Lors des changements d’état de l’eau, les isotopes ne se comportent pas exactement de la même manière : l’oxygène 16, plus léger, s’évapore plus facilement que l’oxygène 18. Lors des périodes froides, une grande quantité d’eau enrichie en oxygène 16 peut être stockée dans les calottes glaciaires. Les océans, et donc les carbonates formés par certains organismes marins, deviennent alors relativement enrichis en oxygène 18.

La mesure d’un rapport isotopique dans des glaces ou des sédiments marins permet donc de repérer des périodes plus froides ou plus chaudes. Par exemple, dans les glaces polaires, la composition isotopique de l’eau piégée renseigne sur la température au moment de la formation de la neige. Dans les tests carbonatés de foraminifères, les variations du rapport isotopique de l’oxygène donnent des informations sur la température de l’eau et le volume des glaces. Les isotopes stables sont ainsi des archives indirectes du climat.

Les isotopes radioactifs, eux, permettent de dater des objets géologiques. Un isotope père radioactif se transforme progressivement en isotope fils selon une loi de décroissance régulière. La demi-vie correspond au temps nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs initiaux se désintègre. Comme cette vitesse de désintégration est connue et indépendante des conditions de surface, elle peut servir d’horloge.

Pour dater une roche, on mesure les quantités d’isotope père et d’isotope fils dans certains minéraux. Plus la proportion d’élément fils est élevée par rapport à l’élément père, plus le système est ancien, à condition que le minéral soit resté fermé depuis sa formation. Le choix du couple isotopique dépend de l’âge attendu : un couple à demi-vie courte convient à des objets relativement récents, tandis qu’un couple à demi-vie longue convient à des roches très anciennes.

La datation absolue complète la datation relative. La datation relative classe les événements les uns par rapport aux autres, tandis que la datation isotopique donne un âge chiffré. Par exemple, dater un minéral d’une roche magmatique permet d’estimer le moment de sa cristallisation. Dater des cendres volcaniques intercalées dans une série sédimentaire peut aussi encadrer l’âge de fossiles ou d’événements géologiques.

Conclusion. Les rapports isotopiques sont donc des outils essentiels pour reconstruire l’histoire de la Terre. Les isotopes stables fournissent des indices sur les climats passés, tandis que les isotopes radioactifs permettent de dater des objets géologiques grâce à la décroissance radioactive.

Corrigé rédigé

L’effet incrétine désigne le fait qu’une ingestion orale de glucose provoque une sécrétion d’insuline plus importante qu’une injection de glucose dans le sang, alors même que l’augmentation de la glycémie est comparable. Cet effet montre que la glycémie n’est pas le seul facteur contrôlant l’insulinémie : le tube digestif intervient aussi dans la réponse hormonale.

Le document 1 compare une ingestion orale de 75 g de glucose et une perfusion intraveineuse isoglycémique. La courbe de glycémie est très proche dans les deux situations : elle atteint environ 1,8 à 1,9 g/L vers 30 à 45 minutes, puis diminue progressivement. Pourtant, l’insulinémie est beaucoup plus forte après ingestion orale. Elle atteint environ 80 mU/L vers 60 minutes, alors qu’elle reste proche de 20 mU/L après injection intraveineuse. Cette différence ne peut donc pas être expliquée par la glycémie seule.

Le même document montre que la concentration sanguine en GLP-1 augmente fortement après ingestion orale de glucose : elle passe d’environ 12 pmol/L à près de 30 pmol/L. En revanche, après perfusion intraveineuse, elle reste proche du niveau initial. Cela suggère que le passage du glucose dans le tube digestif déclenche la libération de GLP-1, une hormone intestinale.

Le document 2 confirme cette idée. Dans une portion isolée d’intestin, la présence de glucose dans la solution de drainage provoque une augmentation de la concentration en GLP-1 dans la solution collectée à la sortie de la veine intestinale : +11,4 pmol/L par rapport au niveau de référence. En revanche, le saccharose non digéré dans cette portion d’intestin ne provoque pas cette hausse. Le glucose absorbé par l’intestin stimule donc spécifiquement la sécrétion de GLP-1 dans le sang.

Il faut ensuite expliquer comment le GLP-1 agit. Le document 3 montre, par marquage fluorescent, la présence de récepteurs au GLP-1 dans les îlots de Langerhans du pancréas. Ces îlots contiennent notamment les cellules bêta sécrétrices d’insuline. La présence de récepteurs signifie que le GLP-1 peut se fixer sur des cellules pancréatiques et modifier leur activité.

Le document 4a montre que le GLP-1 augmente l’expression du gène de l’insuline dans des cellules pancréatiques : les taches correspondant aux ARNm de l’insuline sont plus foncées en présence de GLP-1 que dans le témoin. Le GLP-1 favorise donc la production d’ARNm d’insuline, ce qui prépare une production plus importante d’insuline.

Le document 4b montre aussi que le GLP-1 amplifie la sécrétion d’insuline. Avec 0,6 g/L de glucose seul, la sécrétion est au niveau de base, soit 100 %. Avec 1,8 g/L de glucose seul, elle monte à environ 160 %. Mais avec 1,8 g/L de glucose et du GLP-1, elle atteint environ 220 %. Le GLP-1 augmente donc la réponse insulinique des îlots de Langerhans en présence de glucose.

On peut alors expliquer l’effet incrétine. Lors d’une injection intraveineuse, le glucose arrive directement dans le sang : la glycémie augmente et stimule les cellules bêta, mais il n’y a pas de passage intestinal important, donc peu de libération de GLP-1. Lors d’une ingestion orale, le glucose passe par l’intestin, ce qui déclenche la sécrétion de GLP-1. Cette hormone atteint le pancréas par le sang, se fixe sur ses récepteurs dans les îlots de Langerhans et amplifie l’expression du gène de l’insuline ainsi que la sécrétion d’insuline.

Conclusion. L’insulinémie est plus élevée après ingestion orale parce que le glucose intestinal déclenche un signal hormonal supplémentaire : le GLP-1. Cette hormone intestinale agit sur le pancréas et augmente la réponse des cellules sécrétrices d’insuline. L’effet incrétine repose donc sur une communication entre intestin et pancréas.