Généalogie génétique

L'analyse d'ADN ancien d'hommes archaïques a nettement amélioré notre compréhension de leur évolution et de leurs interactions avec les hommes modernes. Aujourd'hui le génome complet ou partiel de 23 hommes archaïques a été déterminé: 18 Néandertals d'Eurasie, quatre Dénisoviens et un enfant d'un père Dénisovien et d'une mère Néandertal de Sibérie. Si de nombreux sites du Paléolithique ont été fouillés, peu ont livré des restes de squelettes d'hommes archaïques. En 2017, des chercheurs ont extrait l'ADN mitochondrial d'hommes archaïques à partir des sédiments issus d'une grotte.

Benjamin Vernot et ses collègues viennent de publier un papier intitulé: Unearthing Neanderthal population history using nuclear and mitochondrial DNA from cave sediments. Ils ont analysé les sédiments issus de trois grottes d'Eurasie: la grotte Denisova et la grotte Chagyrskaya situées toutes les deux dans les montagnes de l'Altaï et la Galería de las Estatuas située dans le nord de l'Espagne dans le complexe d'Atapuerca:



Les auteurs ont pu déterminer une séquence mitochondriale d'une couche de sédiments de la grotte Chagyrskaya et de trois couches de sédiments de la Galería de las Estatuas. Ces données ont pu être comparées avec la séquence mitochondriale préalablement publiée de la couche de sédiment de la grotte Denisova, ainsi que des séquence mitochondriales d'hommes archaïques issues de squelettes (en noir ci-dessous):



La séquence issue de la couche 4 d'Estatuas se regroupe avec la séquence du Néandertal de Hohlenstein-Stadel (HST) en Allemagne dont le squelette est daté d’environ 120.000 ans. Ces deux séquences se trouvent à la base de tous les Néandertaliens dont la séquence mitochondriale est connue. Cette couche 4 d'Estatuas est datée de 112.000 ans, presque contemporaine du Néandertal de Hohlenstein-Stadel. Les séquences issues des couches 2 (79.000 ans) et 3 (107.000 ans) d'Estatuas se regroupent avec la séquence du Néandertal Mezmaiskaya 1 du Nord du Caucase dont le squelette est daté entre 60 et 70.000 ans. La séquence issue de l'unité 6c de la grotte Chagyrskaya se regroupe avec la séquence du Néandertal de la même grotte: Chagyrskaya 8.

Les auteurs ont ensuite étudié la diversité génétique à partir d'un grand nombre d'échantillons issus de la Galería de las Estatuas répartis entre les couches 2 et 5. Les résultats montrent que dans les couches 4 et 5 les séquences obtenues sont principalement proche de la séquence du Néandertal de Hohlenstein-Stadel avec une minorité de séquences proches de la séquence de Mezmaiskaya 1 ou de Scladina. Par contre, dans les couches 2 et 3 plus récentes, toutes les séquences sont proches de celle de Mezmaiskaya 1:



A l'inverse tous les échantillons issus des sédiments de la grotte Chagyrskaya montrent une forte homogénéité autour de la séquence de Chagyrskaya 8.

Les auteurs ont ensuite extrait le génome nucléaire de trois échantillons issus des sédiments de la grotte Denisova. Un échantillon contient de l'ADN d'un Dénisovien alors que les deux autres contiennent de l'ADN de Néandertal, en cohérence avec les séquences mitochondriales obtenues à partir de ces trois échantillons. Ils ont également extrait le génome nucléaire de plusieurs échantillons des unités 6a-d et 7 de la grotte Chagyrskaya et de la couche 2 de la fosse 2 et des couches 2 à 5 de la fosse 1 de la Galería de las Estatuas. Pour tous ces échantillons il s'agit de l'ADN nucléaire de Néandertal:


Les auteurs ont ensuite déterminé le sexe de ces individus en mesurant les proportions du chromosome X par rapport aux autosomes. Ils ont ainsi identifié trois femmes et un homme à la Galería de las Estatuas, deux hommes à la grotte Denisova. Par contre à la grotte Chagyrskaya, la majorité des échantillons tombent entre les positions des hommes et des femmes suggérant qu'ils contiennent chacun le génome de plusieurs individus:



Les auteurs ont ensuite déterminé où se placent les différents échantillons issus des sédiments des trois sites archéologiques dans la phylogénie établie à partir des génomes issus de squelettes. Ils ont ainsi montré que les échantillons Néandertaliens de la grotte Denisova se situaient dans la lignée représentée par le Néandertal de l'Altaï. L'échantillon Dénisovien du même site se situe dans le lignage du Dénisovien préalablement publié. Dans la grotte Chagyrskaya les échantillons se situent dans la lignée représentée par l'individu Chagyrskaya 8. Dans la Galería de las Estatuas, les échantillons de la couche 2 de la fosse 2 et des couches 2 et 3 de la fosse 1 divergent entre 115 et 100.000 ans de l'arbre Néandertal à la position des ancêtres des Néandertaliens de Vindija, Chagyrskaya 8 et Mezmaiskaya 1. A l'inverse les échantillons de la couche 4 de la fosse 1 divergent entre 135 et 122.000 ans de l'arbre Néandertal à la position des ancêtres des Néandertaliens de Hohlenstein-Stadel, Scladina et de l'Altaï, en accord avec la diversité mitochondriale identifiée ci-dessus:



Ces résultats suggèrent un remplacement de la population Néandertalienne à la Galería de las Estatuas à l'époque correspondant au haut de la couche 4 de la fosse 1.