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    Plan

    Plan détaillé Texte intégral Premiers génomes anciens Sources matérielles et limites temporelles Des molécules aux génomes : décrypter les génomes anciens Dans les pas de nos ancêtres préhistoriques Histoire de nos maladies et impact de nos activités L’ADN ancien sédimentaire, fenêtre sur les écosystèmes du passé Bibliographie Notes de bas de page Auteur

    Préhistoire. Nouvelles frontières

    Ce livre est recensé par

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    Table des matières

    L’ADN ancien, un voyage génétique au cœur de la préhistoire

    Ludovic Orlando

    p. 123-132

    Texte intégral Bibliographie Notes de bas de page Auteur

    Texte intégral

    1Les molécules d’ADN préservées dans les squelettes anciens et les sédiments nous aident à mieux cerner les mondes préhistoriques, les hommes et les femmes qui les peuplaient jadis, leur alimentation, leurs maladies, leurs liens familiaux et leurs origines. Elles nous dépeignent aussi la faune et la flore qui les formaient, la façon dont celles-ci ont changé au gré de grands bouleversements climatiques ou des activités humaines, et elles éclairent, bien souvent, notre histoire sous un jour nouveau.

    Premiers génomes anciens

    2L’année 2010 marque un véritable tournant dans l’histoire de la paléogénétique, cette science qui se donne pour mission de décrypter le contenu des molécules d’ADN ancien (Orlando 2021a : 15-28). C’est en effet cette année-là que le premier génome d’un individu ancien est séquencé : un homme, matériellement associé à la culture de Saqqaq, dont les cheveux avaient été préservés pendant près de quatre mille ans par les froids de la pointe sud-ouest du Groenland (Rasmussen et al. 2010). C’est aussi cette même année que le génome d’une humanité plus lointaine, néandertalienne (Green et al. 2010), et celui d’une humanité jusque-là inconnue, dénisovienne (Reich et al. 2010), furent décryptés pour la première fois. La paléogénétique se muait alors en véritable paléogénomique, science visant non plus une partie seulement de notre information génétique mais sa totalité, celle qui est contenue dans nos 23 paires de chromosomes et qui, mise bout à bout, représente un message d’environ trois milliards de lettres (C, A, G et T) chez les humains, dont une sur mille environ diffère en moyenne entre deux personnes non apparentées.

    Sources matérielles et limites temporelles

    3La discipline s’est très vite donné les moyens d’élargir son champ d’application aux autres organismes que les seuls humains, car l’ADN est une molécule quasi universelle au sein du vivant. Elle peut donc être isolée à partir de vestiges ostéologiques, qu’ils proviennent d’autres mammifères (Bergström et al. 2020) ou d’oiseaux (Mitchell et al. 2014), de coprolithes (Warinner et al. 2015), ou encore d’esquilles coquillières de mollusques (Der Sarkissian et al. 2017). Elle peut tout aussi bien être dénichée chez les plantes, à partir de graines et de pépins (Kistler et al. 2020), voire de bois (Wagner et al. 2018). L’ADN peut d’ailleurs même survivre piégé au sein des sédiments du pergélisol (Murchie et al. 2021) ou des grottes (Slon et al. 2017), comme dans ceux qui constituent les dépôts lacustres (Pedersen et al. 2016) et marins (Smith et al. 2015), en l’absence de restes observables à l’œil nu ! L’amélioration des techniques, associée à une meilleure compréhension des processus taphonomiques qui affectent la chimie de l’ADN post-mortem (Dabney, Meyer & Pääbo 2013), a de plus permis de dépasser le seuil des cent mille ans – que l’on pensait jadis infranchissable – pour aujourd’hui ouvrir le terrain de jeu au dernier demi-million d’années, dans les grottes, comme à la Sima de los Huesos à Atapuerca par exemple (Meyer et al. 2014), et au-delà du million d’années, dans les conditions glaciales du Grand Nord (van der Valk et al. 2021).

    Des molécules aux génomes : décrypter les génomes anciens

    4Le secret de cette révolution repose avant tout sur l’émergence des technologies de séquençage dites de nouvelle génération, capables de réaliser des milliards d’opérations de lecture simultanées en à peine plus d’une journée (Goodwin, McPherson & McCombie 2016 ). Dès lors, il n’est plus gênant que l’ADN ancien soit préservé en d’innombrables fragments de très courte taille – de quelques dizaines de lettres à peine – plutôt que sous la forme de longs chromosomes intègres (Orlando et al. 2015 ). Une fois les milliards de pièces du puzzle séquencées, il s’agira de les remettre dans l’ordre à l’aide de procédures informatiques puissantes pour recouvrer l’intégralité du message (Schubert et al. 2014). Il arrive d’ailleurs que l’état des molécules d’ADN ancien ne soit pas suffisamment convenable pour reconstruire le puzzle dans sa totalité. Dans ce cas, les paléogénomiciens préfèrent employer une technique de capture ciblée (Mathieson et al. 2015) pour porter leur attention sur des endroits du génome connus pour enregistrer de très nombreuses informations sur l’ascendance et la proximité génétique entre populations, ou sur la biologie des individus analysés, voire sur leur histoire familiale récente. Mais que l’on vise ainsi le génome entier ou une fraction seulement, il demeure crucial d’opérer dans des laboratoires construits comme de véritables forteresses ultra-blanches où les risques de contamination de l’ADN ancien par de l’ADN moderne sont réduits au minimum. Les procédures expérimentales intègrent justement cette contrainte à chaque étape tant le risque est grand que des traces d’ADN moderne, même infimes, puissent finir par masquer le signal ancien authentique (Orlando et al. 2021b). L’authentification des données obtenues est donc au cœur du savoir-faire paléogénomique, et, outre des techniques expérimentales de laboratoire, elle repose sur des techniques bio-informatiques permettant de ne pas confondre les séquences – généralement dominantes – issues du spécimen étudié avec celles de microbes environnementaux l’ayant colonisé depuis sa mort (Borry et al. 2020 ), ainsi que d’identifier avec confiance les endroits où le texte ancien diffère du texte moderne (Jónsson et al. 2013).

    Dans les pas de nos ancêtres préhistoriques

    5Depuis 2010, ce savoir-faire a été mis au service d’une plus grande connaissance des mondes préhistoriques. L’essentiel de l’attention s’est porté sur l’analyse des restes osseux humains, anatomiquement modernes comme archaïques. Ceci pour élaborer les bases d’un grand atlas de l’histoire génétique des populations qui rendrait compte de leurs différences dans l’espace et dans le temps, mais également de leurs contacts suite à des épisodes de migration, ou encore de leur trajectoire démographique. Celle qui accompagna tantôt leur expansion, tantôt, au contraire, leur déclin, voire leur disparition, ou enfin leur adaptation aux nouveaux environnements qu’elles ont rencontrés (Nielsen et al. 2017). Ainsi, par exemple, le peuple Botaï1 au nord du territoire qui forme aujourd’hui le Kazakhstan a-t-il fini par disparaître sans grande descendance vers la fin du IIIe millénaire avant notre ère (Barros Damgaard et al. 2018). C’est aussi l’ADN qui a permis de démontrer qu’il subsiste aujourd’hui dans le génome des populations d’Europe et d’Asie environ 2 % d’ADN néandertalien, fruit d’un croisement unique avec nos ancêtres anatomiquement modernes il y a 55 000 ans environ (Fu et al. 2014). C’est à nouveau grâce à l’ADN que l’on sait que celles et ceux qui peuplaient l’Europe et l’Asie il y a 36 200 ans étaient déjà différenciés génétiquement, puisque Kostenki-14, l’homme datant de cette époque qui fut découvert sur la rive moyenne occidentale du Don, était déjà lui-même plus semblable sur le plan génétique aux individus qui, aujourd’hui, sont originaires d’Europe (Seguin-Orlando et al. 2014). C’est encore l’ADN qui prouve que les humains enterrés à Sungir n’étaient pas apparentés biologiquement, et que leur consanguinité n’était pas de l’ordre de celle des peuples actuels Karitiana et Surui mais bien moindre (Sikora et al. 2017). Enfin, c’est toujours lui qui nous enseigne que les peuples néolithiques du Bassin parisien se sont métissés avec les peuples chasseurs-cueilleurs mésolithiques il y a 5 800 ans, à un moment où la trace de ces derniers était pourtant invisible sur le plan de la culture matérielle : un processus d’acculturation était-il alors totalement achevé (Seguin-Orlando et al. 2021) ?

    Histoire de nos maladies et impact de nos activités

    6En même temps qu’elle a affiné les dessous des cartes des populations humaines, la paléogénomique a aussi commencé à identifier les pathogénies qui hantaient nos populations jadis, là où les traces ostéologiques manquaient. L’exemple le plus marquant est sans aucun doute celui de la peste, dont l’origine profonde s’avère remonter à la fin du Néolithique, et non à la peste justinienne du vie siècle de notre ère (Spyrou et al. 2019). Au-delà de nos maladies, la paléogénomique s’est également intéressée à nos activités et à leur impact sur le monde, comme les domestications par lesquelles nous avons transformé la faune et la flore à notre profit (Frantz et al. 2020 ; Kistler et al. 2020). C’est ainsi que, par exemple, on a pu découvrir dans les steppes pontiques l’origine des chevaux restée jusque-là âprement débattue (Librado et al. 2021) (fig.1). Pour en rester aux chevaux, la connaissance de l’ADN a pu démontrer qu’il en existait des pommelés au Paléolithique récent, peut-être même au moment où des artistes en dessinaient sur les parois de grottes aussi célèbres que celle du Pech-Merle (Bellone et al. 2013). Généralisée dans le temps et l’espace, appliquée aux autres espèces animales représentées dans l’art rupestre, l’approche pourrait bien à l’avenir contribuer à en démêler sa part symbolique et sa part naturaliste.

    Fig. 1– Igue du Gral (Sauliac-sur-Célé, Lot), fouille 2021. 

    Image

    Humérus, métatarsien, coxal et mandibule de cheval (Equus caballus) trouvés en contexte d’aven et d’accumulation naturelle sans intervention humaine. Un des ossements de cheval de l’igue du Gral a fait l’objet d’une analyse paléogénomique ; l’extraction, la manipulation et le séquençage de cet os vieux de 16 300 ans environ ont été effectués au sein des laboratoires dernier cri du Centre d’anthropobiologie et de génomique de Toulouse (CAGT) de l’université de Toulouse III – Paul-Sabatier. Le génome complet de l’individu mâle a été obtenu à partir de 310 milligrammes à peine de poudre osseuse (Librado et al. 2021). Il a révélé qu’une lignée différente de celle qui a conduit aux chevaux domestiques modernes et aux chevaux de Przewalski existait en France à cette époque.

    © J.-C. Castel et M. Boudadi-Maligne ; orthophoto de X. Muth.

    L’ADN ancien sédimentaire, fenêtre sur les écosystèmes du passé

    7Pour finir, si l’analyse de l’ADN ancien préservé dans les vestiges ostéologiques a déjà pu éclairer le lien entre l’extinction d’espèces et la chasse ou les changements climatiques (Lorenzen et al. 2011), l’ADN ancien piégé dans les sédiments porte en germe les bases d’analyses plus fines, puisque ce sont les écosystèmes et leur changement dans leur ensemble, et non les espèces prises isolément, qui peuvent désormais être étudiés, quitte à découvrir d’ailleurs que certaines d’entre elles ont survécu plus longtemps que le registre fossile ne permettait de le penser (Wang et al. 2021). On le voit donc bien : c’est en l’intégrant dans toutes les autres sciences visant l’étude du passé que la paléogénomique nous livrera, demain, ses découvertes les plus riches !

    Bibliographie

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    Format

    de Barros Damgaard, P., Martiniano, R., Kamm, J., Moreno-Mayar, J. V., Kroonen, G., Peyrot, M., … Willerslev, E. (2018). The first horse herders and the impact of early Bronze Age steppe expansions into Asia. American Association for the Advancement of Science (AAAS). https://doi.org/10.1126/science.aar7711
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    Spyrou Maria A. et al., 2019. « Ancient pathogen genomics as an emerging tool for infectious disease research », Nature Review Genetics, 20, p. 323-340. DOI : <10.1038/s41576-019-0119-1>.

    10.1038/s41576-019-01190119-1 :

    van der Valk Tom et al., 2021. « Million-year-old DNA sheds light on the genomic history of mammoths », Nature, 591, p. 265-269. DOI : <10.1038/s41586-021-03224-9>.

    10.1038/s41586-021-0322403224-9 :

    Wagner Stefanie et al., 2018. « High-throughput DNA sequencing of ancient wood », Molecular Ecology, 27, p. 1138-1154. DOI : <10.1111/mec.14514>.

    10.1111/mec.14514 :

    Wang Yucheng et al., 2021. « Late Quaternary dynamics of Arctic biota from ancient environmental genomics », Nature, 600, p. 86-92. DOI : <10.1038/s41586-021-04016-x>.

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    Warinner Christina, Speller Camilla & Collins Matthew J., 2015. « A new era in palaeomicrobiology: Prospects for ancient dental calculus as a long-term record of the human oral microbiome », Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 370(1660), p. 25-136. DOI : <10.1098/rstb.2013.0376>.

    10.1098/rstb.2013.0376 :

    Notes de bas de page

    1 Peuple énéolithique d’Asie centrale composé de véritables chasseurs-cueilleurs sédentaires convertis à l’élevage de chevaux (Outram et al. 2009) et apparentés à l’homme de Malta-1, qui vivait aux confins de l’Altaï il y a 24 000 ans (Raghavan et al. 2014).

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    • Ludovic Orlando
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    Orlando, Ludovic. « L’ADN ancien, un voyage génétique au cœur de la préhistoire ». Préhistoire. Nouvelles frontières, édité par Jean-Michel Geneste et al., Éditions de la Maison des sciences de l’homme, 2023, https://doi.org/10.4000/books.editionsmsh.56070.

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    Geneste, Jean-Michel, Philippe Grosos, et Boris Valentin, éd. Préhistoire. Nouvelles frontières. Paris: Éditions de la Maison des sciences de l’homme, 2023. doi:10.4000/books.editionsmsh.55940.
    Geneste, Jean-Michel, et al., éditeurs. Préhistoire. Nouvelles frontières. Éditions de la Maison des sciences de l’homme, 2023, https://doi.org/10.4000/books.editionsmsh.55940.
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