Denisova au cœur de la révolution paléogénétique

Malgré la découverte récente de nouveaux fossiles attribués à l’homme de Denisova, cette espèce humaine conserve une grande partie de ses secrets. Frères des néandertaliens, les dénisoviens ont été identifiés pour la première fois en 2010 à partir de rares fossiles. Mais c’est essentiellement grâce au séquençage de leur génome que nous connaissons aujourd’hui une partie de leur histoire : leur dispersion en Eurasie ou encore le métissage avec l’homme moderne. Leur ADN permet également d’entrevoir certains aspects de leur biologie, de leurs relations sociales, voire de leur culture. Autant de découvertes qui n’auraient pu être réalisées sans les progrès de la paléogénétique, un outil désormais incontournable dans l’étude de l’histoire de l’humanité.

Un homininé identifié grâce à la génétique

L’étude de nos ancêtres s’est longtemps appuyée sur l’analyse de fossiles et d’artefacts. Avec Denisova, la paléogénétique prend le pas.

Tout commence, en 2010, avec la découverte, dans la grotte de Denisova, dans l’Altaï (au sud de la Sibérie), d’un minuscule fragment de phalange humaine sur lequel des généticiens parviennent à isoler de l’ADN ancien. Dans une première étude publiée par la revue Nature en avril 2010, l’équipe rapporte avoir réussi à séquencer l’ADN mitochondrial présent dans le fossile. Transmis uniquement par la mère, mais apportant peu d’informations, cet ADN est comparé à celui de Neandertal et de plusieurs individus modernes. Résultat : il pourrait appartenir à un groupe d’homininés encore inconnus, baptisés pour l’occasion « dénisoviens ». Ces premiers travaux suggèrent que cette population primitive existait déjà bien avant les néandertaliens et les ancêtres des hommes modernes. Quelques mois plus tard, en décembre 2010, c’est au tour de l’ADN chromosomique — celui, beaucoup plus rare, contenu dans le noyau des cellules — d’être séquencé. Les résultats, publiés par Nature, confirment la découverte d’un nouvel homininé, moins ancien qu’annoncé : l’homme de Denisova partage un ancêtre commun avec Neandertal et tous deux ont peuplé l’Eurasie au Pléistocène supérieur, il y a 126 000 à 11 700 ans. Les dénisoviens deviennent ainsi la première population archaïque identifiée grâce à la paléogénétique.

Les défis de l’ADN ancien

L’exploitation de l’ADN fossile reste exceptionnelle et requiert des conditions particulières… celles qui règnent dans la grotte de Denisova.

Pour être exploité en paléontologie, l’ADN doit être préservé des attaques bio-physicochimiques de l’environnement, notamment des températures trop élevées. Il se conserve bien dans les tissus calcifiés tels que les os, les dents et la kératine, où les attaques bactériennes sont limitées. Chez l’Homme, c’est l’os pétreux, situé dans l’oreille interne et peu vascularisé, qui permet la meilleure préservation de la précieuse molécule. Mais même quand des conditions optimales sont réunies, la molécule finit par se dégrader, se fragmenter, s’altérer, et il devient de plus en plus difficile d’en tirer des informations. Tant que les fragments disponibles demeurent assez longs, il est néanmoins possible de séquencer le génome en reconstituant l’enchaînement des nucléotides, ces constituants de base de l’ADN et de l’ARN (symbolisés par les lettres A, C, G, T et U). Lorsque les tissus biologiques n’ont pas été fossilisés, une autre méthode émerge aujourd’hui : l’extraction d’ADN conservé dans les sédiments. Contrairement à l’analyse d’ADN à partir d’ossements, qui nécessite de broyer une petite partie des fossiles, cette approche est non destructive. En 2017 puis en 2021, des travaux dirigés par des chercheurs allemands ont identifié de l’ADN dénisovien dans des échantillons de sédiments prélevés dans la grotte de l’Altaï.

Denny, première hybride connue

L’ADN ancien conservé dans un fragment d’os long de 2,5 centimètres livre un récit digne de Shakespeare.

Découvert en 2012 dans la grotte de Denisova et daté d’environ 90 000 ans, ce fragment d’os présente une paroi fine, laissant présager qu’il appartenait à un enfant décédé vers l’âge de 13 ans. Le séquençage de son génome révèle que seule la moitié de son ADN chromosomique est dénisovienne. L’autre moitié est d’origine néandertalienne, tout comme l’intégralité de son ADN mitochondrial, d’origine maternelle. Celle que l’on surnomme désormais « Denny » est donc une hybride de première génération, née d’une mère néandertalienne et d’un père dénisovien. L’analyse plus détaillée de son génome renseigne sur l’histoire de ses parents. Ainsi, sa mère avait des liens de parenté plus proches des néandertaliens retrouvés dans la grotte de Vindija, en Croatie, à près de 5000 km de distance, que de ceux retrouvés aux côtés de Denny, dans la caverne de Denisova. Quant à son père, il comptait au moins un ancêtre néandertalien, quelques centaines de générations avant la sienne. À lui seul, le génome de Denny met donc en évidence de multiples interactions entre les néandertaliens installés dans l’ouest de l’Eurasie et les dénisoviens à l’est. Même si ces deux populations archaïques se sont rencontrées à peu de reprises, elles se sont vraisemblablement accouplées lors de périodes interglaciaires, quand des conditions climatiques plus clémentes ont pu pousser les néandertaliens à se déplacer vers l’est jusque dans les monts de l’Altaï.

La sélection naturelle à l’œuvre

Le génome des dénisoviens, comme celui des néandertaliens, présente des signes d’adaptation dont l’homme moderne a pu bénéficier.

Au cours des métissages successifs avec des populations archaïques, la sélection naturelle a probablement favorisé la conservation de gènes offrant à l’ancêtre de l’homme moderne des avantages pour sa survie. Installés sur les hauts plateaux de l’Himalaya, les Tibétains sont par exemple acclimatés à un air raréfié en oxygène grâce à la version d’un gène favorable à la vie en altitude. Cette copie du gène, très proche de celle présente dans le génome de Denisova, est quasiment absente chez les Chinois Hans qui vivent dans les mêmes contrées, mais à plus basse altitude. Autrement dit, des métissages entre dénisoviens et sapiens ont sans doute conduit à l’intégration de ce fragment d’ADN archaïque chez les ancêtres locaux de l’homme moderne. Cette « introgression », ou transfert de gène d’une espèce à une autre, aurait eu lieu avant la séparation des deux groupes, les Hans et les Tibétains, il y a 20 000 ans environ. Lorsque les Tibétains se sont installés sur les hauts plateaux, la copie du gène s’est répandue au fil des générations par sélection naturelle. Autre exemple : chez les Papous, une étude suggère la sélection des gènes dénisoviens propices à un métabolisme adapté à leur régime alimentaire végétal. Cette hypothèse rejoint les preuves archéologiques sur l’utilisation de ressources végétales il y a 49 000 ans, puis le développement de l’horticulture en Papouasie–Nouvelle-Guinée il y a 9 000 ans.

De la génétique à la biologie

L’ADN ancien ouvre des fenêtres sur la biologie, la démographie et l’épidémiologie des peuples archaïques.

En 2021, des chercheurs français ont étudié les gènes codant pour les groupes sanguins – les protéines à la surface des globules rouges – appartenant à trois néandertaliens et un dénisovien. Ces simples données apportent des informations inédites. Elles révèlent d’abord la présence de mutations génétiques connues chez les hommes modernes d’Afrique subsaharienne, ce qui confirme l’origine africaine des dénisoviens et néandertaliens. L’étude montre également que, contrairement à ce que suggéraient des travaux antérieurs, le système de groupes sanguins ABO connu chez l’homme moderne était déjà présent chez ces peuples archaïques : deux néandertaliens étaient de groupe A+ partiel, un de groupe B+ partiel et un dénisovien de groupe O+ complet. L’étude confirme par ailleurs que les populations néandertaliennes présentaient une faible diversité génétique : bien qu’éloignés géographiquement, ils avaient un rhésus identique. Ce rhésus positif partiel révèle notamment un risque d’incompatibilité – risque de fausse couche lorsque les rhésus de la mère et du père ne sont pas identiques – en cas de métissage avec des dénisoviens, dont le rhésus positif est complet. Autre information : les quatre génomes archaïques possèdent la copie d’un gène qui empêche les groupes sanguins du système ABO de s’exprimer ailleurs qu’à la surface des globules rouges. On sait aujourd’hui que cela confère un avantage face à certains virus à gastroentérites, les norovirus, laissant supposer que ces populations étaient peut-être déjà exposées à ces pathogènes.

Un nouveau regard sur le passé

La découverte de Denisova sur la seule base de l’ADN ancien rebat les cartes pour l’étude de notre histoire humaine.

L’avènement de la paléogénétique ouvre la voie à un travail conjoint entre paléontologues, archéologues et généticiens. Grâce aux avancées technologiques permettant un séquençage à moindre coût, les scientifiques peuvent désormais constituer une grande bibliothèque d’ADN anciens. Il se pourrait donc que « l’affaire Denisova » se répète. En effet, dans l’ADN de l’homme moderne, des portions de génome non identifiées pourraient être héritées d’autres populations archaïques encore à découvrir. Or les génomes renseignent sur la diversité génétique, les liens de parenté — à l’instar de l’hybride née d’une mère néandertalienne et d’un père dénisovien — et le taux de consanguinité au sein d’un groupe. Par ailleurs, le séquençage d’ADN de bactéries ou virus anciens permettrait de mieux connaître les conditions sanitaires dans lesquelles vivaient les populations archaïques. Ainsi, le séquençage de l’ADN d’un virus à gastroentérite pourrait expliquer pourquoi un gène de résistance à ce virus a été retrouvé dans un génome dénisovien. Enfin, si les archéologues parvenaient à observer le déplacement géographique d’un trait culturel dénisovien (comme la production d’objets utilitaires ou artistiques), la génétique, en étudiant la dispersion des gènes au cours de la même période, permettrait de savoir s’il s’agit du déplacement d’une population dénisovienne et de sa culture, ou d’une acculturation de proche en proche. Avec la paléogénétique, les possibilités d’exploration du passé semblent désormais démultipliées.