Séquençage de génomes anciens, analyse de l'ADN et des protéines extraites des fossiles… Les progrès inouïs de la paléogénétique bouleversent notre vision de Sapiens et de ses relations.
"Les progrès de la génomique sont extraordinaires", s’enthousiasme la paléogénéticienne Eva-Maria Geigl, de l’institut Jacques-Monod du CNRS, à Paris. Moins d’une dizaine d’années après le premier séquençage d’un génome humain, en 2001, la paléontologie est entrée dans l’ère de la génétique avec, en 2008, le séquençage complet d’un ADN mitochondrial, ou ADNmt, de Néandertal. En 2010, on apprend de l’ADNmt qu’une phalange non identifiée découverte deux ans plus tôt dans la grotte de Denisova appartient à une femme d’une population inconnue, baptisée Dénisoviens. Quelques mois plus tard, l’ADN nucléaire de Néandertal est décodé, suivi en 2012 de celui de la fille de Denisova, qui montre que cette dernière possède un ancêtre commun avec Néandertal et Sapiens ! "Aujourd'hui, nous disposons d'une centaine de génomes anciens, dont quatre de haute qualité : trois pour les Néandertaliens, un pour les Dénisoviens", rappelle la généticienne. Nos ancêtres Sapiens n'en fournissent, eux, qu'une vingtaine, et incomplets.
Outre la connaissance des lignées humaines, la génétique nous renseigne sur les migrations et les métissages. "C'est ainsi qu'on a découvert en 2015, à notre grande surprise, que des pasteurs des steppes ont migré vers l'Europe à l'âge du bronze , poursuit la chercheuse. Ils étaient porteurs d'un variant génétique qui leur permettait de digérer le lactose, alors que la population européenne n'en était pas capable après le sevrage." Ce variant, qui s'est propagé jusqu'au Moyen Âge, explique pourquoi jusqu'à 95 % de la population du nord de l'Europe est tolérante au lactose, contre seulement 25 % des Italiens.
La multiplication des séquençages de génomes anciens pourrait laisser penser qu'ils relèvent de la routine. "C'est loin d'être le cas, corrige la généticienne. Nous améliorons constamment nos méthodes, notamment pour réduire les contaminations avec de l'ADN moderne." Dans les laboratoires, on porte une combinaison intégrale, on désinfecte à tour de bras et l'odeur de javel n'est jamais loin. On chasse le moindre contaminant, jusque dans les réactifs utilisés pour le séquençage.
Un million de fragments différents d'ADN sur une seule puce !
Car l'ADN de nos ancêtres est rare : cette molécule organique est fragile et peut s'altérer parfois en quelques heures. "Qu'il subsiste à l'échelle de milliers ou dizaines de milliers d'années relève plus d'un accident favorable que de la normalité", insiste Eva-Maria Geigl. Ce sont surtout les conditions climatiques qui conditionnent la préservation de la double hélice. Quand la température - ou l'humidité - est élevée, il ne reste généralement pas d'ADN. Tous les os ne sont pas logés à la même enseigne. "Le graal, c'est l'os pétreux, celui qui abrite la cochlée dans l'oreille interne, car l'ADN y est bien isolé de l'extérieur", souligne la généticienne. Et les chercheurs rivalisent d'ingéniosité pour réduire la quantité d'ADN nécessaire aux études afin d'altérer aussi peu que possible les ossements.
Les paléogénéticiens ont également adopté les puces à ADN des start-ups de biotechnologies. Le principe en est simple : on synthétise et dépose sur une puce de petits fragments d'ADN représentatifs de marqueurs génétiques identifiés sur les humains modernes, porteurs d'une molécule fluorescente. Il peut y en avoir plus d'un million de différents sur une seule puce ! Au contact des fragments d'ADN d'un échantillon, ceux qui trouvent leur homologue sur la puce s'y accrochent ; il ne reste plus qu'à détecter, par fluorescence, les sites caractéristiques des marqueurs présents dans l'échantillon ! "On peut par exemple rechercher des mutations dans des régions du génome connues pour leur variabilité, ou des marqueurs associés à des phénotypes comme la couleur des yeux, même si l'on en connaît encore peu, explique Eva-Maria Geigl. La limite de ces puces est que l'on ne trouve que ce que l'on cherche...".
Quand l'ADN n'est pas ou peu présent, tout n'est pas perdu : car certains vestiges peuvent également contenir des protéines, porteuses, elles aussi, d'information génétique. "Moins fragiles que l'ADN, elles s'accumulent dans les os et l'émail dentaire, où elles sont protégées par la matrice minérale , explique Enrico Cappellini, professeur de génétique de l'évolution à l'université de Copenhague, qui a publié, en 2019, l'analyse de protéines recueillies dans une dent de rhinocéros de 1,77 million d'années dénichée à Dmanisi (Géorgie). Elles pourraient y survivre au-delà de deux millions d'années !". En avril 2020, le chercheur a co-signé une étude sur des protéines de dents d'un Homo découvert à Atapuerca (Espagne) : il a ainsi été identifié comme étant du genre antecessor et vivant il y a 800.000 ans. Un record pour de l'information génétique d'une lignée humaine.
"Bien sûr, l'information que l'on peut déduire des protéines est beaucoup plus limitée que ce qu'on apprend de l'ADN , note Jean-Jacques Hublin, de l'Institut Max-Planck de Leipzig (Allemagne). Mais par exemple, il existe dans les dents une protéine qui est codée par un gène des chromosomes X et Y, et nous informe sur le sexe de l'individu." Une étude a également identifié en 2016, à partir de résidus de protéines emprisonnées dans les fissures de pierres taillées vieilles de 250.000 ans (oasis d'Azraq, Jordanie), que ces outils avaient servi à préparer de la viande de rhinocéros, canard, cheval, bovin et chameau.
"Sur des os de quelques dizaines de milliers d'années, on peut retrouver plusieurs centaines de protéines, insiste Enrico Cappellini. Par contre, dans un os plus ancien, on ne peut pour le moment en récupérer que deux, de la famille du collagène." C'est pour cette raison que les ossements de Djebel Irhoud n'ont pas encore été passés au crible protéomique. "Il faut d'abord améliorer la sensibilité de nos méthodes pour dénicher plus de protéines. Car celles du collagène n'ont pas assez de variabilité pour en tirer des comparaisons intéressantes avec Néandertal, Denisova et nous" , détaille le chercheur.
L'ADN environnemental disséminé dans les sédiments
Les scientifiques se penchent également sur le matériel génétique disséminé dans les sédiments, "l'ADN environnemental", longtemps considéré comme contaminant. En 2003, le Danois Eske Willerslev, généticien à l'université de Copenhague, a retrouvé des traces biologiques de la présence de mammouths, chevaux et plantes dans le pergélisol du Groenland. Et en 2017, l'équipe de Matthias Meyer (institut Max-Planck) a retrouvé de l'ADN humain dans quatre grottes, notamment celle de Denisova, dans des couches sans os. "C'est une méthode séduisante, notamment pour les sites sans fossiles, mais difficile à interpréter, rappelle Eva-Maria Geigl. Par exemple, l'ADN contenu dans l'urine d'un humain peut se retrouver dans d'autres couches, plusieurs mètres en dessous." Autrement dit, dans des strates d'un autre âge que celui qui, un jour, s'est soulagé au fond de sa grotte...
Source : Sciences et Avenir du 13/02/2021
