Samedi-sciences (82): une nouvelle chronologie de l'histoire d'Homo sapiens

Les hommes modernes ont commencé à sortir d’Afrique il y a entre 62.000 et 95.000 ans, selon une nouvelle étude réalisée par une équipe internationale de généticiens, qui vient de paraître dans la revue Current Biology.

Fossiles de Dolni Vestonice (République tchèque) et d'Oberkassel (Allemagne) © S. Svoboda; J. Vogel/LVR-Landes Museum, Bonn Fossiles de Dolni Vestonice (République tchèque) et d'Oberkassel (Allemagne) © S. Svoboda; J. Vogel/LVR-Landes Museum, Bonn

Cette recherche dirigée par Johannes Krause, de l’université de Tübingen (Allemagne), s’appuie sur l’analyse de l’ADN d’une dizaine de fossiles humains pour calibrer une « horloge moléculaire » permettant d’estimer la date à laquelle l’homme moderne (Homo sapiens), apparu d’abord sur le continent africain, a entamé sa migration pour essaimer au Proche-Orient et en Europe.

Si tous les scientifiques s’accordent à penser que cet exode d’Afrique constitue une étape majeure dans l’histoire de notre espèce, la chronologie de l’événement fait l’objet d’une vive controverse. Or, cette chronologie offre un très grand intérêt pour l’étude de l’évolution humaine. Pour vraiment comprendre ce qui s’est passé lorsque l’homme moderne a commencé à s’établir en Europe, il faut savoir quand cela s’est passé.

Un exemple illustre l’importance de la chronologie : l’homme moderne est-il arrivé en Europe quand le continent était déjà couvert de glaciers ? Ou bien était-il déjà présent avant le dernier âge glaciaire ? Krause et ses collègues pensent que les mêmes hommes modernes ont été en Europe avant et après la glaciation, ce qui montre qu’ils ont pu s’adapter au changement climatique. Mais s’ils étaient arrivés à la conclusion qu’Homo sapiens n’était devenu européen qu’après la glaciation, les conséquences seraient différentes. Dans l’évolution humaine, tout est affaire de timing.

C’est pourquoi les chercheurs s’efforcent de rassembler tous les éléments qui leur permettent de dater les événements paléontologiques. Les fossiles et les preuves archéologiques tels que les outils de pierre peuvent être datés par le carbone 14, et fournissent une première indication. Les estimations basées sur les fossiles et les outils font remonter la sortie d’Afrique à 60.000-80.000 ans, quoique certains artefacts retrouvés dans la péninsule arabique conduisent à une date plus ancienne, de l’ordre de 100.000 ans.

Ötzi, l'homme des glaces © South Tyrol Museum of Archaeology Ötzi, l'homme des glaces © South Tyrol Museum of Archaeology

Mais du fait de la rareté des fossiles et des traces archéologiques, les paléoanthropologues ont fait appel à une autre méthode de datation, développée depuis plusieurs décennies : la méthode de l’horloge moléculaire, qui consiste à estimer le nombre de mutations dans l’ADN survenant par unité de temps pour dater les événements principaux de notre histoire.

Comment calibrer l’horloge moléculaire ? La méthode la plus utilisée pendant les deux dernières décennies a consisté à estimer le nombre de mutations qui différencient les humains des autres primates en comparant des segments d’ADN ; puis on s’est appuyé sur les dates des premiers fossiles connus des différentes espèces pour estimer le temps nécessaire pour que ces mutations se produisent.

On arrive ainsi à dater les grands événements de l’évolution humaine, tels que la divergence entre notre lignée et celle du chimpanzé (située entre 4 et 6 millions d’années avant l’époque actuelle). Ces dernières années, un certain nombre de chercheurs sont parvenus à la conclusion que cette horloge basée sur des comparaisons inter-espèces n’était pas bien calibrée pour des événements relativements récents de l’histoire de l’homme moderne.

En gros, l’horloge tournait trop vite : elle faisait remonter la sortie d’Afrique à seulement 70.000 ans, ce qui est pour le coup un peu court. Les scientifiques ont donc réajusté l’horloge moléculaire en comparant les ADN d’un nouveau-né avec celui de ses parents. Ils ont pu ainsi estimer le nombre de mutations par génération, et en déduire un nouveau réglage de l’horloge (voir Samedi-sciences (61) du 13 octobre 2012).

Ainsi corrigée, l’horloge tournait à peu près deux fois moins vite. Du coup, la sortie d’Afrique remontait à une date comprise entre 90.000 et 130.000 ans. Ce qui était mieux en accord avec les traces fossiles, mais tout de même un peu trop ancien.  

Johannes Krause, le chercheur qui a dirigé la nouvelle étude, estime que l’on ne peut pas calibrer l’horloge moléculaire des premiers hommes modernes en se basant uniquement sur les taux de mutations des humains actuels. Il a donc proposé une autre approche : utiliser l’ADN d’hommes modernes fossiles, qui ont pu être datés au radiocarbone de manière précise.

Krause s’est associé avec des chercheurs d’institutions américaines, britanniques, chinoises, françaises, italiennes et tchèques, ainsi qu’avec l’équipe de Svante Pääbo, à l’Institut Max Planck de Leipzig, spécialisée dans l’étude des ADN anciens. Le groupe de chercheurs a étudié dix fossiles dont les datations sont bien établies, notamment un homme du Moyen Age qui a vécu en France il y a 700 ans ; Ötzi, l’homme des glaces du Tyrol, découvert en 1991, âgé de 4550 ans ; deux squelettes de 14.000 ans retrouvés à Oberkassel en Allemagne ; trois hommes modernes de 31.000 ans exhumés à Doni Vestonice en République tchèque ; un homme moderne vieux de 40.000 ans trouvé en Chine à Tianyuan (et deux autres fossiles).

En comparant les ADN de ces fossiles, les chercheurs ont obtenu une estimation du rythme des mutations dans l’espèce humaine sur les 40.000 dernières années. Ils en ont déduit une nouvelle cadence de l’horloge moléculaire. Ainsi recalibrée, l’horloge indique, pour la sortie d’Afrique, une fourchette entre 62.000 ans pour la date la plus récente possible, et 95.000 ans pour la plus ancienne.

Cette fourchette est compatible avec l’essentiel des données issues de la datation des fossiles et des traces archéologiques. Elle contredit les récentes études basées sur l’horloge moléculaire calibrée avec l’ADN contemporain, qui font remonter l’exode d’Afrique jusqu’à 130.000 ans.

Selon Krause et Pääbo, interrogés dans la revue Science, lorsqu’on cherche à estimer le taux de mutations à partir de l’ADN contemporain, on doit détecter de l’ordre de 50 nouvelles mutations dans un génome de 3,2 milliards de bases. Cela se situe à la limite de la précision des techniques de séquençage, de sorte que le nombre de mutations estimé peut-être sous-évalué. Autrement dit, il se peut que l’horloge moléculaire réglée à partir de l’ADN d’aujourd’hui soit trop lente.

L’estimation de Krause et ses collègues n’est cependant pas à l’abri de toute critique, car elle n’utilise pas l’ADN complet, celui du noyau cellulaire ; elle repose sur l’ADN des mitochondries, les « centrales énergétiques » de la cellule. L’ADN mitochondrial, qui est seulement hérité de la mère et non des deux parents, n’est pas forcément représentatif du génome entier. Il contient une plus forte proportion de gènes soumis à la pression de la sélection, ce qui pourrait conduire à un taux de mutations plus élevé que celui du génome entier.

Toutefois, les chercheurs estiment que malgré ce biais éventuel, la borne supérieure donnée par leur méthode est valide : par conséquent, la sortie d’Afrique ne peut pas, d’après eux, remonter à plus de 90.000 ans, ce qui exclut les dates plus anciennes données par les études précédentes.

« La prochaine étape passe par une meilleure maîtrise du séquençage du génome nucléaire (celui qui est contenu dans le noyau de la cellule) », juge Svante Pääbo. Les scientifiques n’ont pas fini de remettre les pendules de notre évolution à l’heure.

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