Histoire de la génétique (3/3)

L'ADN fossile : en route pour le passé !

Ils en rêvaient, ils l'ont trouvé : pour les spécialistes de la Préhistoire, la découverte de l'ADN dans les années 50 a marqué une véritable révolution. Désormais ils possédaient un outil pour remonter le temps jusqu'aux débuts de l'humanité !

Mammouth, Néandertal, momies... tous passent les uns après les autres à la moulinette du séquençage pour nous révéler leurs secrets cachés dans un poil ou un bout de dent, et nous raconter notre propre histoire.

Isabelle Grégor

Illustration accompagnant la première description du Gélada par Eduard Rüppell (1835). En agrandissement, l'intérieur du musée Néandertal de Kaprina (Croatie), site où furent découverts des vestiges néandertaliens.

Une famille de poilus

Ils ont comme un petit air de famille, de cousins quelque peu mal dégrossis... Mais les singes, en particulier les chimpanzés, ont tout à fait leur place à nos côtés sur les portraits de famille. Ne partagent-ils pas avec nous 98,8% de leur génome ?

Lorsque nos chemins se sont séparés il y a 7 à 8 millions d'années, nos gènes ont également pris leur indépendance. Le prouve FOXP2, gène impliqué dans l'élocution qui a préféré se développer pour notre plus grand bonheur dans la branche des préhumains qui gambadaient en Afrique.

Il n'y a en en effet plus de doute possible, notre berceau est bien africain puisqu'en étudiant les génomes contemporains, on a découvert que c'est sur ce continent que la diversité génétique est la plus importante : l'arbre des Homo sapiens (à partir de 300 000 ans av. J.-C.) contient plusieurs branches de groupes africains, tandis que les non-africains n'ont droit qu'à une unique branche.

Alors que foisonnaient les Sapiens dans tous les coins de l'Afrique, un groupe de fugueurs a décidé d'aller voir ailleurs.

Samuel Daniell, Khoisan faisant griller des sauterelles, 1805.

Sapiens prend le large

Connaissez-vous les Khoisans ? Non ? Pourtant, ils ont fait le succès du film Les Dieux sont tombés sur la tête (1980). Selon une étude génétique récente, ces habitants du nord du Botswana seraient les descendants les plus directs de nos ancêtres à tous, les Sapiens africains, apparus il y a 300 000 ans. Ne possèdent-ils pas un des plus anciens chromosomes Y jamais trouvé sur un homme d'aujourd'hui ?

Ainsi, il y a 200 000 ans, les aïeux des Khoisans se seraient installés en Afrique de l'Est, région autrefois verdoyante, et n'y auraient pas bougé pendant 70 000 ans, leur génome restant identique. Puis, rebutés par l'assèchement de la région, vers 70 000 ans av. J.-C, des petits groupes de quelques dizaines de personnes tout au plus se seraient déplacés jusqu'à franchir l’isthme de Suez et atteindre le Moyen-Orient puis l’Europe.

30 000 ans pour aller du Moyen-Orient en Europe, soit près de 3 km par génération ! Ce ne fut pas une migration mais un déménagement de proche en proche, le fils ou la fille quittant le foyer parental pour s’installer un peu à l’écart.

Portrait-robot d'un chasseur-cueilleur du Mésolitique. Source : The Spanish National Research Council, 2014.

Confidences d'os et de quenottes

Il suffit de quelques heures pour altérer un ADN. Alors, pensez-vous, au bout de milliers d'années, il ne reste pas grand-chose ! S'il est fragile et supporte mal les fortes chaleurs ou l'humidité, l'ADN sait heureusement aussi où se cacher pour traverser les siècles. Le mieux est d'aller le dénicher au fond de l'oreille interne, bien à l'aise dans l'os pétreux qui l'isole idéalement de l'extérieur. Si le champ de fouilles ne révèle aucun os, tout n'est pas perdu : une petite dent fera largement l'affaire. Pour ne pas abîmer cette relique, les scientifiques s'emploient à prélever non pas l'ADN qu'elle renferme mais les protéines retenues prisonnières dans l'émail, qui sont directement codées par notre ADN et gardent en mémoire non seulement le sexe de leur propriétaire mais aussi son régime alimentaire, révélant strate par strate qu'elles étaient ses gourmandises préférées. Si votre Néandertal ou Sapiens semble s'être évaporé sans laisser de trace, observez donc d'un peu plus près les sédiments et voyez s'il n'a pas choisi le fond d’une grotte pour se soulager. Un peu d'urine et le voilà débusqué !

Bonjour, bel inconnu !

Lorsque Sapiens, lors de sa longue marche, met le pied au Proche-Orient, il découvre vite qu'il n'est pas le premier occupant. Est déjà là, à l'observer, un individu à l'aspect trapu, au front fuyant et au menton inexistant. Original, ce Néandertal !

Reconstitution du visage de l'homme de Néandertal, bronze réalisé par Norberto Montecucco, vers 1908, musée d'anthropologie criminelle Cesare-Lombroso (Turin). En agrandissement, L'Homme de Néandertal, reconstitution en plâtre peint par Louis Mascré et Aimé Rutot, 1909-1914, Bruxelles, Institut royal des Sciences naturelles de Belgique.Pourtant, le courant entre les deux groupes d'Homos va passer puisque des couples vont se former - cent cinquante tout au plus -. Néandertal va ainsi nous faire don d’environ 2% de ses gènes avant de disparaître de la surface de la Terre. Si votre chevelure rousse vous donne un air craquant, sachez que c’est à lui que vous le devez !

Ces rencontres amoureuses n'auront pas été vaines puisque Néandertal, descendant d'une autre espèce sortie d'Afrique 600 000 ans avant ses visiteurs, avait eu largement le temps de s'habituer au pays et à ses conditions climatiques moins favorables qu'en Afrique. Il nous a ainsi fait cadeau de gènes permettant une bonne adaptation au froid ou aux périodes de famine, avant de disparaître il y a 30 000 ans. 

Malheureusement, les millénaires ont passé et ce qui était hier un atout est devenu une malédiction. On peut en partie le remercier de l’explosion d'obésité que connaît l'Amérique du Sud.

Ses stratégies de défense immunitaire ne seraient pas pour rien non plus dans la maladie de Crohn ou le lupus, et l'on commence à se demander si les patients atteints des formes graves de la Covid-9 ne devraient pas lui faire un procès (si les Africains sont moins affectés que les Eurasiens par le virus, c’est peut-être parce qu’ils ne sont pas porteurs de gènes néandertaliens).

Grotte de Denisova : district de Soloneshensky, territoire de l'Altaï (Russie). En agrandissement, artefacts en os entaillés de la grotte Denisova. Originaux, exposés dans l'exposition Le troisième Homme(2017) au Musée national de Préhistoire, Eyzies-de-Tayac (France).

La surprise Denisova

Malgré ses beaux muscles, Néandertal n'a pas été le seul à faire fondre le cœur des Sapiens. Pour comprendre les conséquences de ce nouveau coup de cœur survenu sur les routes de l’Orient, il faut écouter ce qu'a à nous raconter une petite phalange féminine découverte en 2008 dans la grotte de Denisova (« du moine Denis »), en Sibérie.

Réplique d'une molaire d'un homme de Denisova, originellement trouvée dans la grotte de Denisova (Russie) en 2000, Bruxelles, muséum des sciences naturelles de Belgique.Grâce à son ADN, on sait désormais que Sapiens, des millénaires après sa rencontre avec Néandertal, s'est aussi acoquiné avec une autre espèce inconnue, les Dénisoviens. On trouve encore trace de leurs génomes chez les habitants d'Extrême-Orient (Chinois, Japonais...) mais surtout chez les Mélanésiens, en particulier chez les Papous qui en conservent plus de 5%.

Mais comment expliquer ce chiffre, qui semble refléter une bonne implantation sur le territoire, alors que nous ne possédons que deux malheureux petits échantillons de ce groupe ? Il semble qu'une première population associant dans son génome Dénisoviens et Sapiens soit restée isolée en Nouvelle-Guinée et Australie, alors que les autres individus se mélangeaient de nouveau avec plusieurs vagues de Sapiens voyageurs.

Réplique d'une phalange d'un homme de Denisova, originellement trouvée dans la grotte de Denisova (Russie) en 2000, Bruxelles, muséum des sciences naturelles de Belgique.

Sur le continent, les Tibétains ont retiré de ces rencontres dénisoviennes une meilleure capacité à vivre dans des régions élevées, à l'oxygène rare. Mais l'histoire ne s'arrête pas là puisqu'on a trouvé récemment, toujours dans la même grotte, une jeune fille âgée de 50 000 ans dénommée Denny, dont la mère était néandertalienne et le père dénisovien. Sacrée famille !

Globe-trotteur

Mais Sapiens ne va pas se laisser si facilement détourner de ses humeurs vagabondes. Une mèche de cheveux d'un jeune Aborigène a révélé que ses ancêtres sont arrivés en Australie, vers 50 000 av. J.-C., soit à peine 20 000 ans après sa sortie d'Afrique, à l'époque où, en Afrique, les Pygmées se séparaient des autres populations locales.

Côté Asie, l’installation s'est faite en deux étapes : une première, celle qui a peuplé l'Australie il y a 50 000 ans, pendant laquelle Sapiens a fricoté avec les Dénisoviens, et une seconde il y a 40 000 ans, en direction de l'Asie continentale, sans distraction amoureuse cette fois.

Carte des migrations humaines hors d'Afrique, source : Wikipédia.

Quant à l'Amérique, oublions l'hypothèse de Sapiens grand navigateur pour nous souvenir que, il y a 20 000 ans, le détroit de Béring pouvait être traversé à pied sec grâce aux grandes glaciations. Pratique ! Ce sont donc bien des Sibériens qui ont tenté l'aventure à vitesse grand V, ne prenant que 5 000 ans pour atteindre Ushuaïa, à la pointe sud du Nouveau Monde, quinze mille ans avant Nicolas Hulot.

Ceux qui se sont arrêtés dans les Andes ont développé une indispensable adaptation à l'altitude, mais aussi ont vu un de leurs gènes muter pour métaboliser l'arsenic, en grande quantité dans ces parages.

Portrait-robot ancestral

Revenons en Europe où s'est installé Sapiens il y a 40 000 ans. À l’époque, il n’est pas encore question de réchauffement climatique et la moitié nord du continent, jusqu’à la Loire, est recouverte par les glaces.

Tom Björklund, Vue d'artiste de Lola, « la jeune fille au chewing gum », 2019, Danemark.Grâce aux recherches sur le terrain on commence à bien comprendre la culture et le mode de vie des nouveaux-venus. Mais à quoi ressemblaient-ils ? Ici encore, c'est l'ADN des squelettes qui donne la réponse : les premiers Européens de l'Ouest avaient indéniablement une peau foncée tout comme Lola, une de leurs descendantes récentes : surnommée la fille « au chewing-gum », l'adolescente a laissé un échantillon de son génome dans une pâte mâchonnée en racine de bouleau, il y a 5 700 ans au Danemark actuel.

La belle, comme certainement la plupart de nos ancêtres, avait non seulement le teint basané mais aussi des yeux clairs, couleur liée à la présence d'un gène précis.

À l'est du continent, par contre, on croisait des chasseurs-cueilleurs aux yeux d'un beau brun et à la peau plus claire, différence qui peut s'expliquer par une alimentation moins riche en vitamine D, apportée notamment par les produits de la mer.

Au travail !

Nous voici il y a 10 000 ans à l'aube du Néolithique, période où les hommes se sédentarisent et découvrent les joies de l'agriculture et de l'élevage.

Il fait en effet plus chaud et les gros gibiers ont disparu. Mais de vastes espaces, au Moyen-Orient et dans quelques autres endroits de la planète, se couvrent de graminées, ici du blé, là du maïs ou du sorgho ! Il suffit de se baisser pour les récolter et se nourrir.

Pour s’éviter de trop longues pérégrinations, on sème les graines au plus près des habitations. Ces graines de culture se distinguent des graines communes par le fait qu’elles ne se détachent pas de la tige au moindre coup de vent. C’est pour cela qu’on peut les récolter et les semer.

Habitat du néolithique sur la rive du lac de Banyoles (Catalogne). En agrandissement, reconstitution d'un habitat irlandais vers 4000 avant J.-C. dans le parc national du patrimoine irlandais.

Pour l'Europe, une question se pose : l'agriculture a-t-elle été apportée du Moyen-Orient ou est-elle née sur place ? Grâce à l’ADN, on se rend compte que les chasseurs-cueilleurs européens du Mésolithique (période antérieure au Néolithique) à la peau foncée se sont mélangés avec des agriculteurs venus du Moyen-Orient, plus nombreux et à la peau plus claire.

Plus tard aussi, à l'Âge du bronze (3 000-1 200 av. J.-C.), des pasteurs venus des steppes d’Asie centrale ont apporté leurs langues dites « indo-européennes » mais aussi un variant génétique grâce auquel notre organisme arrive à digérer le lactose longtemps après le sevrage.

Voici pourquoi 95% des habitants du nord de l'Europe peut aujourd'hui avaler des litres de lait sans problème tandis que 75% des Italiens se contentent d'un minuscule nuage de latte dans leur café. Quant aux Chinois, ils sont à peine 5% à dévaliser le rayon laitages des grandes surfaces !

Et chez nous ?

Pour mieux comprendre l'évolution des populations de notre cher Vieux Continent, les paléogénéticiens ont encore bénéficié d'un cadeau du ciel avec la découverte d'Ötzi en 1991, dans un glacier du Tyrol austro-italien.

Le mémorial d'Ötzi dans un glacier du Tyrol austro-italien. En agrandissement, reconstitution de la momie d'Ötzi présentée au musée de Préhistoire de Quinson (Alpes-de-Haute-Provence).D'après son ADN, il est apparu que ce chasseur de l'Âge du cuivre, qui a vécu il y a 5 300 ans, est très proche des Sardes actuels. Comment se pouvait-il se trouver au cœur des Alpes ? Tourisme ? Voyage d’affaires ?...

La clé de l'énigme tient à ce que les populations alpines du Néolithique dont il faisait partie ont été en tout ou partie submergées par des populations d'éleveurs venues du nord de la mer Caspienne, il y a 5 000 à 3 000 ans, à l'Âge du Bronze. Les Anglais actuels, par exemple,  doivent à ces dernières 80 % de leur génome.

Si on zoome sur le territoire qui compose aujourd'hui la France, on se rend compte qu'il a séduit, il y a 8 000 ans, des chasseurs-cueilleurs venus d'Anatolie et entrés par le sud-est, comme le montre le génome des habitants actuels de la région. Quant aux arrivants issus de l'Eurasie il y a 4 000 ans, ils se sont dispersés dans notre pays à partir du nord.

Reste le mystère des Basques qui se font remarquer par leur forte proportion de Rhésus négatif et l'originalité de leur langue dont les racines restent incertaines. Leur ADN aurait-il dès lors des différences significatives avec celle de leurs voisins ?

Les dernières recherches mettent fin au mythe : il n'y a aucune différence génétique entre la population basque et la grande majorité des autres groupes européens (à l'exception des Finlandais et des Sardes, restés très isolés).

Maquette d'un mammouth laineux, Victoria, Royal BC Museum. En agrandissement, Aurochs, Grottede Lascaux, 19 00 -15 000 ans av. J.-C.

Au royaume des animaux

Record battu ! Trois mammouths des steppes qui pensaient pouvoir se reposer tranquillement dans le permafrost du nord-est sibérien viennent de voir leur ADN, le plus vieil au monde, analysé. À partir de la poudre de leurs molaires, les scientifiques ont enfin pu leur donner un âge : 1,65 million d'années pour le plus vieux, le dénommé Krestovka, issu d'une lignée jusqu'alors inconnue.

Historique, cette découverte de poids nous rappelle que toutes les espèces d’animaux peuvent désormais faire l'objet d'une recherche généalogique. Souhaitez-vous connaître l'histoire du cheval ? Des fossiles de 43 000 ans ont révélé qu'il avait en fait peu de liens avec le fameux cheval de Przewalski, que l'on a longtemps désigné comme l'ancêtre de nos chevaux domestiques.

Chevaux de Przewalski, 2004, zoo de Cologne.

Préférez-vous vous pencher sur le cas du porc ? Il était originaire d'Anatolie avant d'être remplacé, en Europe, par des sangliers domestiqués. Lorsque vous croiserez une vache, elle aussi venue d'Anatolie, vous la saluerez peut-être différemment en sachant qu'elle porte en elle une part d'auroch ou, pour celles de l'Est de l'Europe, de zébu, plus résistant.

Quant à votre toutou, il serait le résultat de croisements entre deux espèces de chiens, une asiatique et une européenne, toutes deux issues de loups devenus compagnons de l'Homme il y aurait près de 20 000 ans.

Virus on the rocks

Lorsqu'un scientifique veut étudier l'histoire d'un virus, que fait-il ? Il enfile son anorak et part dans les régions froides chercher quelques échantillons bien congelés. C'est ainsi qu'à partir des relevés effectués sur une femme morte en Alaska de la grippe espagnole, on est parvenu à séquencer le génome du virus, seulement composé de 8 chromosomes. Reste désormais à étudier ce qui l'a rendu si virulent pour mieux comprendre les pandémies futures.
C'est dans la même optique que la terrible variole, qui a tué des millions de personnes jusqu'à son éradication en 1979 grâce au vaccin, a pu être observée au cœur de son ADN. Celui-ci, conservé grâce aux températures glaciales de la Iakoutie (nord-ouest de la Sibérie), révèle que la maladie serait moins ancienne que prévue puisqu'elle ne serait apparue qu'au XVIe siècle. Les corps momifiés retrouvés en Égypte et portant des traces d'éruptions cutanées auraient été victimes d'une autre maladie, la varicelle ou la rougeole.
Par contre, aucun doute ne subsiste quant aux ravages causés par le Fléau de Dieu, la peste noire : non seulement on en a retrouvé la trace sur des individus de la fin du Néolithique, mais il est prouvé que les Européens possèdent désormais des gènes destinés à la combattre, gènes inconnus en Afrique ou en Chine. Les virus Hibernatus n'ont pas fini de livrer leurs secrets.

Bibliographie

Éveline Heyer, L'Odyssée des gènes, éd. Flammarion, 2020,
Ludovic Orlando, L'ADN fossile, une machine à remonter le temps, éd. Odile Jacob, 2021,
Sciences et avenir numéro spécial, « Sapiens, les dernières découvertes », janvier/mars 2021.


Publié ou mis à jour le : 2021-03-18 17:15:58

 
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