Généalogie génétique

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samedi 14 juillet 2018

L'origine Africaine multi-régionale d'Homo sapiens

La lignée Homo sapiens prend son origine probablement en Afrique il y a environ 500.000 ans. Le fossile le plus ancien est celui de Jebel Irhoud au Maroc daté d'environ 300.000 ans. Les différents fossiles d'Homo sapiens anciens ne montrent pas une progression linéaire, mais plutôt une forte diversité morphologique et une diffusion géographique importante. Associées aux récentes preuves archéologiques et génétiques, ces données suggèrent une origine de notre espèce dans plusieurs populations Africaines séparées géographiquement, mais échangeant occasionnellement des flux de gènes. Ce concept de multi-régionalisme inclut probablement également une hybridation avec des populations humaines archaïques. Ces différentes populations ont pu se différencier à cause de frontières écologiques comme les forêts tropicales ou les zones désertiques, et les flux de gènes se produire lors des changements climatiques. Ce point de vue remet en cause une origine d'Homo sapiens dans une région unique et bien localisée en Afrique, et implique une forte complexité des processus mis en œuvre pour l'émergence de notre espèce.

Eleanor Scerri et ses collègues viennent de publier un papier intitulé: Did Our Species Evolve in Subdivided Populations across Africa, and Why Does It Matter?. Ils analysent les données anthropologiques, archéologiques, génétiques et écologiques afin de mieux discerner les populations humaines du Pléistocène en Afrique. Ainsi les données morphologiques caractéristiques d'Homo sapiens sont débattues. Elles ont longtemps impactées les interprétations des origines d'Homo sapiens en fonction de l'inclusion ou l'exclusion de tel ou tel fossile dans la lignée de notre espèce. Ainsi la forme crânienne des hommes actuels est caractérisée par une combinaison de motifs comme la petitesse et la gracilité de la face, l'existence d'un menton et la forme globulaire de la boîte crânienne. Cependant ces caractères sont apparus de manière indépendante (en mosaïque) dans la lignée humaine. Ainsi le fossile de Jebel Irhoud montre une face similaire aux hommes contemporains. Cependant sa boîte crânienne a une forme plus allongée typique des espèces plus archaïques. Les autres anciens fossiles d'Homo sapiens comme Florisbad en Afrique du Sud (260.000 ans), Omo Kibish (195.000 ans) et Herto (160.000 ans) tous les deux en Éthiopie, sont morphologiquement divers. Cette diversité a conduit certains chercheurs à proposer de classifier ces fossiles dans des espèces distinctes d'Homo sapiens. Cependant les auteurs de ce papier préfèrent inclure tous ces anciens fossiles dans la diversité d'Homo sapiens. En effet, l'ensemble des caractéristiques des hommes actuels n'apparait pas dans les fossiles avant 100.000 à 40.000 ans. Cela suggère que l'évolution a progressé indépendamment dans différentes régions dans des populations souvent isolées pendant des millénaires soit par distance soit par des barrières écologiques comme les forêts tropicales ou les zones arides. Enfin les découvertes d'Homo naledi en Afrique du Sud, daté autour de 335.000 ans et de Homo rhodesiensis à Kabwe daté entre 300.000 et 125.000 ans, montrent que d'autres espèces d'hommes habitaient en Afrique au même moment et ouvrent la possibilité d'une hybridation entre Home Sapiens et une espèce archaïque en Afrique.

En Afrique, l'abandon des grands outils et l'amélioration des techniques sur le noyau lithique et sur l'emmanchement marquent une profonde reconfiguration technologique de la culture des hommes. Ces changements conduisent à l'apparition du « Middle Stone Age » qui semble apparaître à travers toute l'Afrique un peu près à la même période: il y a 300.000 ans à jebel Irhoud au Maroc et à Olorgesailie en Afrique de l'Est, et il y a 280.000 ans à Florisbad en Afrique du Sud. Les dates sont plus récentes en Afrique de l'Ouest (180.000 ans), mais la région reste peu fouillée. Clairement des distinctions géographiques apparaissent dans la culture du « Middle Stone Age ». Une telle régionalisation est typiquement reliée à l'émergence de la cognition moderne. Elle est cependant liée également à des variables démographiques, et à une adaptation aux conditions environnementales. Les similarités dans ces cultures régionales ont pu être produites par des contacts occasionnels entre les populations, ou par convergence de l'adaptation aux conditions écologiques.

Les études génétiques sur l'origine d'Homo sapiens, ont analysé la diversité des populations Africaines. La plupart de ces études ont utilisé des modèles démographiques simples négligeant ou simplifiant la structure des différentes populations. Ces études ont montré que la population Khoe-San d'Afrique du Sud montre la plus grande diversité génétique et présentant une divergence datée entre 300.000 et 150.000 ans. Certains auteurs en ont déduit une origine unique d'Homo sapiens en Afrique du Sud. Cependant, des mouvements de populations récents comme l'expansion Bantoue ou des migrations de retour vers l'Afrique de populations Eurasiennes, ont obscurci la signature des anciens processus démographiques. L'ADN ancien peut fournir plus d'informations. Ainsi des études récentes suggèrent l'existence d'une structure génétique importante en Afrique. Cependant des données plus anciennes sont nécessaires pour obtenir plus d'informations. Elles sont cependant difficiles à obtenir à cause des environnements tropicaux peu propices à la conservation de l'ADN.

Les données précédentes indiquent qu'Homo sapiens a évolué dans des populations fortement structurées, localisées dans de nombreuses régions d'Afrique. Les degrés et les mécanismes de cette structure sont liés aux variabilités environnementales temporelles et spatiales. La notion de refuge a été mise en avant comme catalyseur des changements évolutifs, et a provoqué certainement une structure de la population. Certaines régions actuellement humide ont subi dans le passé des périodes de grande aridité. En même temps que la mousson s'étend ver le nord, le Sahara se contracte et des réseaux de lacs et rivières se forment à travers l'Afrique du Nord. Le climat varie fortement et des périodes humides et arides se succèdent de manière asynchrone dans différentes régions d'Afrique. L'étude de la faune et de l'apparition de certaines espèces indiquent une influence du climat. Cela permet d'imaginer comment les populations humaines se sont structurées dans le passé dans certaines régions géographiques et périodes de temps.

samedi 10 juin 2017

De nouveaux fossiles et nouvelles datations à Jebel Irhoud au Maroc éclairent l'origine pan-Africaine d'Homo sapiens

Les plus anciens fossiles d'Homo sapiens pointent vers une origine Africaine issue d'un groupe archaïque appelé Homo heidelbergensis ou Homo rhodesiensis. Cependant, le lieu et la date exacts de leur émergence restent obscures.

En 1960, des activités minières à Jebel Irhoud au Maroc ont mis en évidence un site Paléolithique. Notamment, la découverte d'un crâne presque complet (Irhoud 1) a déclenché des fouilles qui ont conduit à la mise à jour d'une boîte crânienne (Irhoud 2), d'une mandibule (Irhoud 3) et de plusieurs fragments osseux, associés à d'abondants restes d'animaux du Pléistocène Moyen. L'interprétation des fossiles humains de Jebel Irhoud a longtemps été compliquée du fait de l'incertitude sur leur âge: entre 40.000 et 160.000 ans.

Actuellement les plus anciens fossiles d'Homo Sapiens sont attribués à Omo Kibish en Éthiopie, âgé d'environ 195.000 ans, et à Herto, également en Éthiopie, âgé d'environ 160.000 ans. Cependant, de manière intéressante, Omo Kibish et Herto ont certains traits anatomiques plus dérivés que Jebel Irhoud. Ces points ont amené à penser que les fossiles de Jebel Irhoud étaient issus d'un croisement entre Homo sapiens et Neandertal, ou d'une espèce archaïque Africaine.

Jean-Jacques Hublin et ses collègues viennent de publier un papier intitulé: New fossils from Jebel Irhoud, Morocco and the pan-African origin of Homo sapiens. Ils ont effectué de nouvelles fouilles à partir de 2004 qui ont conduit à la découvertes de nouveaux fossiles humains, dont un crâne humain (Irhoud 10):
2017_Hublin_Figure1.jpg

une mandibule (Irhoud 11):
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et différents restes osseux qui viennent de la couche inférieure du dépôt archéologique. Cette couche contenait les restes d'au moins cinq individus différents. Elle a été datée par thermoluminescence à partir d'outils brulés de silex, à environ 315.000 ans. Ces résultats apportent de nouvelles perspectives aux fossiles de Jebel Irhoud.

Comparées aux faces des Néandertaliens ou d'autres espèces archaïques du Pléistocène Moyen, les faces des hommes modernes présentent de nombreuses différences comme le montre l'Analyse en Composantes Principales ci-dessous dans laquelle les Homo sapiens sont en bleu et noir, les Néandertaliens en rouge et les formes archaïques en orange:
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La figure ci-dessus montre que les fossiles de Jebel Irhoud (étoiles roses) se situent tous dans les variations d'Homo sapiens.

A l'inverse, la forme de la boîte crânienne des fossiles de Jebel Irhoud présente des caractères archaïques comme le montre l'Analyse en Composantes Principales ci-dessous:
2017_Hublin_Figure3b.jpg

Ils se situent entre les Néandertaliens et les Homo erectus. De manière intéressante, Omo Kibish 2 se situe entre Irhoud 1 et Irhoud 2. La flèche noire ci-dessus indique l'évolution de la boîte crânienne entre les formes anciennes d'Homo sapiens et les formes modernes.

En conclusion, les fossiles de Jebel Irhoud représentent les premières preuves bien datées de l'existence d'une phase ancienne de l'évolution d'Homo sapiens en Afrique. Ces résultats corroborent ceux issus du fossile de Florisbad en Afrique du Sud daté d'environ 260.000 ans et attribué à une forme primitive d'Homo sapiens. Ainsi cette étude pointe vers une histoire complexe de l'évolution d'Homo sapiens impliquant l'ensemble du continent Africain. La face a d'abord évolué, suivie plus tard par la boîte crânienne, comme pour les Néandertaliens.

Ces résultats sont également à rapprocher de la découverte d'une branche ancienne dans l'arbre phylogénétique du chromosome Y (clade A00) qui aurait divergé du reste de l'arbre il y a environ 275.000 ans, et des résultats récents d'ADN ancien en Afrique du Sud qui indiquent une date de divergence de plus de 265.000 entre les chasseurs-cueilleurs d'Afrique du Sud et les autres populations Africaines.