L'Assemblée Nobel de l'Institut Karolinska
a décidé de décerner
le prix Nobel de Physiologie ou Médecine 2022 à
Svante Pääbo
pour ses découvertes concernant les génomes
des espèces humaines éteintes et l'évolution humaine
L'humanité a toujours été intriguée par ses origines. D'où venons-nous et comment sommes-nous liés à ceux qui nous ont précédés ? Qu'est-ce qui nous rend, Homo sapiens, différents des autres espèces humaines ?
Grâce à ses recherches pionnières, Svante Pääbo a accompli quelque chose d'apparemment impossible : le séquençage du génome de l'homme de Néandertal, un parent disparu de l'homme d'aujourd'hui. Il a également fait la découverte sensationnelle d'une espèce humaine jusqu'alors inconnue, Denisova. Fait important, Pääbo a également découvert que le transfert de gènes s'était produit de ces espèces maintenant éteintes vers Homo sapiens suite à la migration hors d'Afrique il y a environ 70 000 ans. Cet ancien flux de gènes vers les humains d'aujourd'hui a une pertinence physiologique aujourd'hui, affectant par exemple la façon dont notre système immunitaire réagit aux infections.
Les recherches fondamentales de Pääbo ont donné naissance à une toute nouvelle discipline scientifique ; paléogénomique. En révélant les différences génétiques qui distinguent tous les humains vivants des espèces éteintes, ses découvertes fournissent la base pour explorer ce qui fait de nous un humain unique.
D'où venons-nous ?
La question de notre origine et de ce qui nous rend uniques a interpellé l'humanité depuis l'Antiquité. La paléontologie et l'archéologie sont importantes pour les études de l'évolution humaine. La recherche a fourni la preuve que l'homme anatomiquement moderne, Homo sapiens, est apparu pour la première fois en Afrique il y a environ 300 000 ans, tandis que nos plus proches parents connus, les Néandertaliens, se sont développés en dehors de l'Afrique et ont peuplé l'Europe et l'Asie occidentale d'environ 400 000 ans à 30 000 ans. ils ont disparu. Il y a environ 70 000 ans, des groupes d'Homo sapiens ont migré d'Afrique vers le Moyen-Orient et, de là, ils se sont répandus dans le reste du monde. Homo sapiens et Néandertaliens ont ainsi coexisté dans de grandes parties de l'Eurasie pendant des dizaines de milliers d'années. Mais que savons-nous de notre relation avec les Néandertaliens disparus ? Des indices pourraient provenir d'informations génomiques. À la fin des années 1990, la quasi-totalité du génome humain avait été séquencé. Ce fut une réalisation considérable, qui a permis des études ultérieures de la relation génétique entre différentes populations humaines. Cependant, les études de la relation entre les humains actuels et les Néandertaliens disparus nécessiteraient le séquençage de l'ADN génomique récupéré à partir de spécimens archaïques.
Une tâche apparemment impossible
Au début de sa carrière, Svante Pääbo a été fasciné par la possibilité d'utiliser des méthodes génétiques modernes pour étudier l'ADN des Néandertaliens. Cependant, il s'est vite rendu compte des défis techniques extrêmes, car avec le temps, l'ADN se modifie chimiquement et se dégrade en courts fragments. Après des milliers d'années, il ne reste que des traces d'ADN, et ce qui reste est massivement contaminé par l'ADN de bactéries et d'humains contemporains (Figure 1). En tant qu'étudiant postdoctoral avec Allan Wilson, un pionnier dans le domaine de la biologie évolutive, Pääbo a commencé à développer des méthodes pour étudier l'ADN des Néandertaliens, une entreprise qui a duré plusieurs décennies.
Figure 1. L'ADN est localisé dans deux compartiments différents de la cellule. L'ADN nucléaire abrite la plupart des informations génétiques, tandis que le génome mitochondrial, beaucoup plus petit, est présent en milliers d'exemplaires. Après la mort, l'ADN se dégrade au fil du temps et il ne reste finalement que de petites quantités. Il devient également contaminé par de l'ADN provenant par ex. les bactéries et l'homme contemporain.
En 1990, Pääbo a été recruté à l'Université de Munich, où, en tant que professeur nouvellement nommé, il a poursuivi ses travaux sur l'ADN archaïque. Il a décidé d'analyser l'ADN des mitochondries de Néandertal – des organites dans des cellules qui contiennent leur propre ADN. Le génome mitochondrial est petit et ne contient qu'une fraction de l'information génétique de la cellule, mais il est présent en milliers d'exemplaires, ce qui augmente les chances de succès. Avec ses méthodes raffinées, Pääbo a réussi à séquencer une région d'ADN mitochondrial à partir d'un morceau d'os vieux de 40 000 ans. Ainsi, pour la première fois, nous avons eu accès à une séquence d'un parent disparu. Des comparaisons avec les humains et les chimpanzés contemporains ont démontré que les Néandertaliens étaient génétiquement distincts.
Séquençage du génome de Néandertal
Comme les analyses du petit génome mitochondrial ne donnaient que des informations limitées, Pääbo a ensuite relevé l'énorme défi de séquencer le génome nucléaire de Néandertal. À cette époque, il s'est vu offrir la possibilité de créer un institut Max Planck à Leipzig, en Allemagne. Au nouvel institut, Pääbo et son équipe ont régulièrement amélioré les méthodes d'isolement et d'analyse de l'ADN des restes osseux archaïques. L'équipe de recherche a exploité de nouveaux développements techniques, qui ont rendu le séquençage de l'ADN très efficace. Pääbo a également engagé plusieurs collaborateurs critiques possédant une expertise en génétique des populations et en analyses de séquences avancées. Ses efforts ont été couronnés de succès. Pääbo a accompli l'impossible et a pu publier la première séquence du génome de Néandertal en 2010. Des analyses comparatives ont démontré que l'ancêtre commun le plus récent des Néandertaliens et de l'Homo sapiens vivait il y a environ 800 000 ans.
Figure 2. A. Pääbo a extrait l'ADN de spécimens osseux d’espèces humaines éteintes. Il a d'abord obtenu un fragment d'os de Neandertal en Allemagne, le site qui a donné son nom aux Néandertaliens. Plus tard, il a utilisé un os de doigt de la grotte Denisova dans le sud de la Sibérie, le site qui a donné son nom aux Dénisoviens. B. Arbre phylogénétique montrant l'évolution et la relation entre Homo sapiens et les espèces humaines éteintes. L'arbre phylogénétique illustre également les flux de gènes découverts par Pääbo.
Pääbo et ses collègues pouvaient désormais enquêter sur la relation entre les Néandertaliens et les humains modernes de différentes parties du monde. Des analyses comparatives ont montré que les séquences d'ADN des Néandertaliens étaient plus similaires aux séquences des humains contemporains originaires d'Europe ou d'Asie qu'aux humains contemporains originaires d'Afrique. Cela signifie que les Néandertaliens et les Homo sapiens se sont croisés au cours de leurs millénaires de coexistence. Chez les humains modernes d'origine européenne ou asiatique, environ 1 à 4 % du génome provient des Néandertaliens (Figure 2).
Une découverte sensationnelle : Denisova
En 2008, un fragment d'os de doigt vieux de 40 000 ans a été découvert dans la grotte de Denisova, dans le sud de la Sibérie. L'os contenait de l'ADN exceptionnellement bien conservé, que l'équipe de Pääbo a séquencé. Les résultats ont fait sensation : la séquence d'ADN était unique par rapport à toutes les séquences connues des Néandertaliens et des humains d'aujourd'hui. Pääbo avait découvert un hominidé jusqu'alors inconnu, qui reçut le nom de Denisova. Des comparaisons avec des séquences d'humains contemporains de différentes parties du monde ont montré qu'un flux génétique s'était également produit entre Denisova et Homo sapiens. Cette relation a été observée pour la première fois dans des populations de Mélanésie et d'autres régions d'Asie du Sud-Est, où les individus portent jusqu'à 6% d'ADN de Denisova.
Les découvertes de Pääbo ont généré une nouvelle compréhension de notre histoire évolutive. Au moment où Homo sapiens a migré hors d'Afrique, au moins deux populations d’espèces humaines éteintes habitaient l'Eurasie. Les Néandertaliens vivaient dans l'ouest de l'Eurasie, tandis que les Dénisoviens peuplaient les parties orientales du continent. Au cours de l'expansion d'Homo sapiens hors d'Afrique et de leur migration vers l'est, ils ont non seulement rencontré et se sont croisés avec des Néandertaliens, mais aussi avec des Dénisoviens (Figure 3).
La paléogénomique et sa pertinence
Grâce à ses recherches révolutionnaires, Svante Pääbo a établi une toute nouvelle discipline scientifique, la paléogénomique. Suite aux découvertes initiales, son groupe a terminé les analyses de plusieurs séquences génomiques supplémentaires d’espèces humaines éteintes. Les découvertes de Pääbo ont créé une ressource unique, largement utilisée par la communauté scientifique pour mieux comprendre l'évolution et la migration humaines. De nouvelles méthodes puissantes d'analyse de séquences indiquent que les hommes archaïques peuvent également s'être mélangées à Homo sapiens en Afrique. Cependant, aucun génome d'humains éteints en Afrique n'a encore été séquencé en raison de la dégradation accélérée de l'ADN archaïque dans les climats tropicaux.
Grâce aux découvertes de Svante Pääbo, nous comprenons maintenant que les séquences génétiques archaïques de nos parents disparus influencent la physiologie des humains d'aujourd'hui. Un tel exemple est la version Denisovan du gène EPAS1, qui confère un avantage pour la survie à haute altitude et qui est courante chez les Tibétains d'aujourd'hui. D'autres exemples sont les gènes de Néandertal qui affectent notre réponse immunitaire à différents types d’infections.
Figure 3. Les découvertes de Pääbo ont fourni des informations importantes sur la façon dont le monde était peuplé à l'époque où Homo sapiens a migré hors d'Afrique et s'est répandu dans le reste du monde. Les Néandertaliens vivaient à l'ouest et les Dénisoviens à l'est sur le continent eurasien. Le métissage s'est produit lorsque l'Homo sapiens s'est propagé à travers le continent, laissant des traces qui restent dans notre ADN.
Qu'est-ce qui nous rend singulièrement humains ?
Homo sapiens se caractérise par sa capacité unique à créer des cultures complexes, des innovations avancées et de l'art figuratif, ainsi que par sa capacité à traverser les eaux libres et à se propager à toutes les parties de notre planète (Figure 4). Les Néandertaliens vivaient également en groupe et avaient de gros cerveaux (Figure 4). Ils ont également utilisé des outils, mais ceux-ci se sont très peu développés pendant des centaines de milliers d'années. Les différences génétiques entre Homo sapiens et nos plus proches parents disparus étaient inconnues jusqu'à ce qu'elles soient identifiées grâce aux travaux précurseurs de Pääbo. Des recherches intenses en cours se concentrent sur l'analyse des implications fonctionnelles de ces différences dans le but ultime d'expliquer ce qui fait de nous un humain unique.
Figure 4. Le travail de précurseur de Pääbo fournit une base pour expliquer ce qui fait de nous un humain unique.
Vidéos
Annonce du Prix Nobel, le 3 octobre 2022
Interview du Président du Comité Nobel du Karolinska Institute
Conférence de Svante Pääbo, lors de la semaine de remise des prix, le 7 décembre 2022
Lectures complémentaires
- Ce texte d'annonce du Prix Nobel de Physiologie ou Médecine 2022 - original en anglais. (Pdf)
- L'article original des travaux de l'équipe de Svante Pääbo dans Science Vol.328, page 710 (2010) (Pdf)
- Numéro spécial de Pour la Science (version française du Scientific American) n°116, août-septembre 2022, très riche en informations sur les diverses espèces humaines, les croisements, les migrations, les évolutions ... (Pdf)
- L'odyssée des gènes de Évelyne Heyer, professeure d'anthropologie génétique, sur l'évolution de l'humanité et ses migrations ( présentation sur ce site)
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