Parenté génétique de la lignée Homo

L’Afrique est considérée à l'heure actuelle comme le berceau de l’humanité. C’est sur ce continent que l’on a trouvé les plus vieux fossiles que l’on a pu apparenter à la lignée humaine.

Pour l'équipe de Michel Brunet, il s'agit de Toumaï, -7 Ma, trouvé au Tchad.
Pour l'équipe de Roberto Macchiarelli, Toumaï n'était pas bipède. Les plus anciens fossiles de la lignée humaine découverts à ce jour seraient alors ceux d'un Australopithèque du lac Turkana, datés de -4 Ma.

Dessin du crâne de Toumaï
(Science photo library).

C'est aussi en Afrique que l'on a retrouvé les plus vieilles traces du genre Homo.

L'étude de la phylogénie des espèces de la lignée humaine s’est faite jusqu’à peu, grâce à l’étude des restes d’ossements fossiles et d’objets trouvés sur des sites de fouilles.

Pendant plusieurs millions d’années, plusieurs espèces de la lignée humaine vont se succéder sur le continent africain :

• entre -4 et -3 Ma, plusieurs espèces d’Australopithèques y cohabitent ;
• entre -2,5 et -1 Ma, les premiers représentants du genre Homo (Homo habilis, Homo rodolfensis, Homo ergaster) cohabitent avec des espèces du genre Parenthrope.

Ces données ont permis de reconstituer la morphologie des individus (taille, forme du crâne, volume du cerveau, bipédie, etc.) et d’appréhender leur évolution culturelle et artisanale.

Reconstitution d'un individu de l'espèce Homo ergaster
d'après des fossiles retrouvés dans la région de Koobi Fora au Kenya
(Science photo library)

Ces données suggèrent également que des individus du genre Homo ont migré une première fois hors d' Afrique (au Proche Orient, puis en Asie), il y a environ 2 Ma. En effet, on retrouve des traces de ces hommes en Géorgie, en Indonésie, en Chine, datant de 1,8 Ma.  

C’est Homo erectus qui peuplera en premier l’Europe.

Ces migrations ont probablement été rendues possibles par l’évolution biologique (développement du cerveau), le développement social (coopération) et le développement culturel (contrôle du feu).

Représentation de Homo erectus (iStock)	Crâne fossile et reconstitution de la tête d'un individu de l'espèce Homo Erectus (Science photo library)

Ces vagues migratoires ont ensuite été suivies par d’autres vagues successives partant d’Afrique.

Les plus anciennes traces connues de notre espèce, Homo sapiens, ont été retrouvées, elles aussi, sur le sol africain, et datent de 300 000 ans.

Crâne fossile et reconstitution de la tête d’un individu de l’espèce Homo sapien
(Science photo library)

À cette époque, trois populations humaines coexistent : Homo sapiens en Afrique, l’Homme de Néandertal en Europe (où il vivra de -300 000 ans à -28 000 ans) et les Dénisoviens en Asie.

Représentation d'un individu de l'espèce Homo neandertalensis, l'Homme du Néandertal (Science photo library)	Représentation d'un individu de l'espèce Homo dénisova, l'Homme de Dénisova (Science photo library)

Ces deux espèces aujourd'hui disparues vont rencontrer l’Homme moderne (ou Homo sapiens) au cours de mouvements migratoires provenant d’Afrique.
L’Homme de Dénisova va croiser Homo sapiens en Asie il y a -70 000 ans.
L’Homme de Neandertal va croiser Homo sapiens en Europe il y a -40 000 ans.

La migration de Homo sapiens hors d'Afrique et sa rencontre avec les autres espèces humaines : Homo néandertalensis et Homo dénisova

C’est en 2008 que l’on retrouve dans la grotte de Denisova située dans les montagnes de l’Altaï (Sibérie) des restes d’individus apparentés au genre Homo. Toutefois, trop peu d’ossements sont retrouvés pour pouvoir reconstituer la morphologie des individus (une phalange et une dent d’une jeune femelle). Mais l’ADN est très bien conservé. Il est séquencé en 2010 et révèle que ces ossements appartiennent à une nouvelle espèce du genre Homo. On appelle cette nouvelle population les hommes Dénisoviens.

La comparaison de cette séquence avec celle de l’Homme de Néandertal et celle de l’Homme moderne révèle que cette nouvelle espèce s’est séparée des deux autres il y a environ 1 Ma.

Ces nouvelles données génétiques permettent ainsi d’affiner la compréhension des étapes du peuplement des différents continents.

Il y a 2 Ma, Homo Ergaster aurait migré pour donner naissance à la population des hommes Dénisoviens. Ces derniers se seraient isolés pour donner une population humaine peuplant l’Asie.

Il y a -500 000 à -300 000 ans, une nouvelle vague migratoire provenant d’Afrique (probablement Homo heidelbergensis ou Homo rhodesiensis) aurait donné naissance aux Hommes de Néandertal en Europe.

Puis, une troisième vague migratoire provenant du continent Africain aurait donné naissance à Homo sapiens qui aurait colonisé de nouveau tous les continents.

Ainsi, les données génétiques permettent de conforter les liens de parenté entre les espèces du genre Homo. La découverte de fossiles des différentes populations sur des sites voisins voir similaires permet de montrer aussi qu’elles ont cohabité. Mais ce sont les données génétiques qui vont montrer qu’il y a eu métissage.

La séquence de l’ADN extrait de la phalange trouvée sur le site de Denisova révèle que notre espèce partage en moyenne 0,4 % de son ADN nucléaire avec celui de cette espèce fossile datée de -40 000 ans. Ces données montrent que Homo sapiens, au cours des vagues migratoires en direction de l’Asie a rencontré cette population et a pu s’hybrider avec elle.

De plus, certaines populations telles que les Papous partagent près de 6 % de leur génome avec cette espèce fossile. En fait, les populations peuplant aujourd’hui l’Indonésie partagent une proportion plus élevée de leur génome avec les Dénisoviens que les autres populations humaines. Ceci suggère que l’hybridation sapiens-denisova a eu lieu avant les vagues de migrations en direction de l’Océanie.

Par contre, les populations européennes ne possèdent aucune séquence en commun avec les Dénisoviens. Ceci montre que la population dont il est issu est sortie d’Afrique bien avant la vague migratoire qui a peuplé l’Europe.

Des études récentes (2018) réalisées sur de l’ADN nucléaire extrait de cellules conservées dans le tissu osseux des fossiles de l’homme de Néandertal ont permis de montrer que les populations européennes actuelles et asiatiques partageaient entre 1 à 4 % de leur génome avec cette population disparue il y a 28 000 ans. Par contre, il n’y a aucune séquence commune entre l’ADN des hommes néandertaliens et celui des populations africaines.

Ces données montrent qu’il y a aussi eu rencontre et hybridation entre les deux populations au moment de leur cohabitation en Europe et en Asie.

Même si le taux des séquences génomiques communes entre les espèces fossiles et l’homme moderne semble diminuer au cours du temps, leur comparaison a pu mettre en évidence le maintien dans certaines populations d’allèles « archaïques » leur conférant des avantages sélectifs en lien avec leurs conditions de vie.

Exemple : L’adaptation à l’altitude des tibétains.
Les tibétains sont une population vivant à de très hautes altitudes où le taux de dioxygène dans l’atmosphère est plus faible. En général, pour répondre à ce manque de O₂, l’organisme fabrique plus d’hémoglobine (molécule responsable du transport de ce gaz dans le sang). Mais, cette augmentation du taux d’hémoglobine dans le sang conduit à une augmentation de la viscosité du sang à l’origine de problèmes vasculaires conduisant au « mal des montagnes » pouvant être mortel. La comparaison d’une population tibétaine et d’une population chinoise vivant à Pékin (les Hans) fortement apparentées montre que la concentration en hémoglobine est plus faible dans le sang des tibétains.

Le gène EPAS1 est un gène impliqué dans l’adaptation à l’altitude. Sa séquence diffère entre les deux populations au niveau de 5 nucléotides. On trouve pour une majorité de tibétains la séquence AGGAA alors que chez les Hans la séquence est GAAGG. L’étude de la séquence du génome dénisovien révèle la présence de la séquence AGGAA pour le gène EPAS1.
Ainsi, les ancêtres des tibétains et des Hans se seraient hybridés avec les dénisoviens il y a 20 000 ans. La vie en altitude des tibétains aurait favorisé le maintien dans leur génome de l’allèle AGGAAA car elle leur conférait un avantage sélectif.