Étudier l'histoire évolutive de la lignée humaine et de son écosystème est possible grâce à de l'ADN fossile. C'est le travail de recherche quotidien des paléontologues et archéologues spécialistes de biologie génétique et moléculaire. Le séquençage ADN est en mesure de révéler les moindres secrets du passé.

Quand l'ADN du passé permet de suivre l'histoire de l'humanité à la trace. Ici une photo d'une femme de Neandertal dévoilée en 2008, reconstituée grâce à de l'ADN
Quand l'ADN du passé permet de suivre l'histoire de l'humanité à la trace. Ici une photo d'une femme de Neandertal dévoilée en 2008, reconstituée grâce à de l'ADN © Getty / Joe McNally / Contributeur

La paléontologie moléculaire, qu'est-ce que c'est ?

Tout part d'une science, une discipline à part entière qui est née il n'y a pas si longtemps tant elle demande des instruments technologiques inédits. Celle-ci a permis de diversifier davantage le champ de l'archéologie et a permis, en une vingtaine d'années seulement, de débusquer les traces des origines de l'existence humaine et celles de leur environnement naturel (coutumes, migrations, reproductions, agriculture, épidémies, végétation, faune…). Grâce à des vestiges multiples et parfois microscopiques, il est possible d'en apprendre davantage sur les populations humaines, comment elles se sont déplacées, mélangées, adaptées. L'ADN fossile permet d'étudier toute une quantité d'informations pour éclairer, comme jamais auparavant, l'évolution de notre écosystème planétaire. 

C'est ce qu'est venu expliquer dans La Terre au Carré Ludovic Orlando, directeur de recherche au CNRS au Centre d'anthropologie-biologie et génomique de Toulouse Paul-Sabatier. Biologiste moléculaire de formation, il détient le record du séquençage du plus ancien génome connu à ce jour : les restes d'un cheval âgé de 700 000 ans, permettant d'en savoir plus sur l'origine du cheval domestique. 

Si c'est au début des années 1980 que la science commence à s'intéresser au séquençage de molécules d'ADN fossiles, le premier génome humain est séquencé 20 ans après, en 2001. Aujourd'hui, ce sont des milliers d'individus, de femmes et d'hommes disparus il y a des siècles qui ont été séquencés. Et aussi, de par leurs microbes, les plantes, les animaux qu'ils mangeaient ou avec lesquels ils interagissaient, leur environnement dans leur ensemble. 

"Le père fondateur de cette discipline [ l'archéologie moléculaire, ndlr ]" nous rappelle le chercheur, "est le généticien Svante Pääbo. Celui-ci travaille depuis de nombreuses années sur l'ADN et la reconstruction du génome de Néandertal, dont il obtient une première version en 2010. C'est lui qui a constaté que l'ADN de Néandertal vivait toujours en nous, correspondant entre 1% et 10 % de notre ADN".

Comment se fait le séquençage d'ADN fossile ? 

Il s'agit d'étudier les preuves immortelles de l'évolution humaine en traçant l'ADN fossile. Tous les êtres vivants sont constitués d'ADN. C'est une molécule qui est présente partout, et qui est susceptible de traduire une somme d'informations extraordinaire pour la compréhension du monde. 

Ludovic Orlando énumère les étapes du processus de séquençage : "Il faut d'abord voir l'ADN comme un texte, mais écrit par des molécules qui s'assemblent les unes avec les autres. Ce sont des machines aujourd'hui très sophistiquées, qui sont en vogue depuis les années 2000, qui permettent de les séquencer très rapidement (la quantité totale d'un ADN prélevé est aujourd'hui déchiffrable en quelques jours). Cet ADN traduit simplement un certain alphabet dont les phrases sont décrites uniquement par les généticiens. 

Une fois décrypté, il est possible de le comparer aux 'textes ADN' d'autres espèces, d'autres pathogènes. C'est cette comparaison-là qui permet réellement de retranscrire le passé plus ou moins profondément. C'est ce qu'on appelle la génétique de l'association

Il est aujourd'hui possible de décrypter la totalité de l'information génétique de celles et ceux qui nous ont précédés, l'ensemble de leurs caractères, leurs relations de parenté et cela dans un registre temporel qui frise le million d'années. Ainsi cette information génétique permet de reconstruire les modèles populationnels qui ont conduit au monde tel qu'on le connaît aujourd'hui". 

À noter que ces ADN fossiles sont ainsi prélevés depuis des os, des dents, des vestiges alimentaires… tout ce qui est amené à être retrouvé parmi les vestiges archéologiques. D'ailleurs, un paléogénéticien ne peut s'appuyer que sur des vestiges bien préservés dans un environnement où la température est restée plus ou moins constante - et aujourd'hui, les musées regorgent de "ces ressources encyclopédiques génétiques". 

Ces grandes découvertes liées au séquençage

  • Un rhinocéros à poil laineux (enseveli depuis au moins 20 000 ans)

Un rhinocéros à poil laineux a été découvert à l'été 2020 au nord-ouest de la Sibérie. Le monde scientifique s'était réjouit de son état de conservation au permafrost dans lequel il était enseveli depuis au moins 20 000 ans. Le Siberian Times, quotidien local, rapporte qu'il serait en effet préservé à hauteur de 80 %. Son poil, ses organes internes, ses dents, et de nombreux tissus ayant été très bien préservés, le rhinocéros pourra bientôt faire, lui aussi, l'objet d'un séquençage ADN afin qu'il révèle les particularités de l'environnement de l'époque durant laquelle il a vécu. 

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  • L'homme de Cheddar (10 000 ans)

Le paléontologue évoque aussi la découverte de "l'homme de Cheddar" en Angleterre, découvert en 1903 dans les gorges éponymes. Ce chasseur-cueilleur du Mésolithique, âgé d'environ 10 000 ans, est connu pour être, à ce jour, le plus vieux Britannique connu. Il a refait parler de lui en 2018, lorsque des chercheurs du National History Museum de Londres et de l'University College of London, en analysant l'ADN de son oreille, ont pu grâce au séquençage génétique modéliser et révéler son vrai visage. 

Modèle de reconstruction du visage du "Cheddar Man", plus ancien squelette complet de Grande-Bretagne, au National History Museum de Londres, 6 février 2018
Modèle de reconstruction du visage du "Cheddar Man", plus ancien squelette complet de Grande-Bretagne, au National History Museum de Londres, 6 février 2018 © AFP / JUSTIN TALLIS

D'après ces recherches, "Cheddar Man" serait bien né noir sur le sol britannique. La généralisation de la peau blanche serait intervenue plus tard, avec des vagues d'immigrations plus récentes venues d'Europe du Nord. En 2006, le paléogénéticien Ludovic Orlando a, lui, découvert la possibilité que certains Néandertaliens aient été roux à la peau très claire.

  • Homo Denisova

En 2010, les chercheurs ont découvert un métissage entre Néandertal et Homo sapiens. Et, autre découverte importante la même année : une autre humanité, Denisova. Les fragments d'une phalange ont été retrouvés au sud de la Sibérie : en l'étudiant, un paléontologue qui ne s'intéresserait qu'à l'aspect visible et non microscopique n'aurait pas pu dire s'il s'agissait d'une phalange d'Homo Sapiens, de chimpanzé ou d'autre chose… mais ses molécules ADN ont permis de découvrir que le génome ne correspondait ni au nôtre, ni à celui de l'homme de Néandertal. Le séquençage a ainsi permis d'identifier une nouvelle espèce du genre Homo - une espèce qui se serait reproduite avec Néandertal puisque le père de cette fille était un homme de Denisova et la mère, une femme de Néandertal. Le spécialiste explique que "la quantité de différence entre ce génome-là et celui génome de l'homme de Néandertal a notamment permis d'estimer à partir de quand ces lignées s'étaient séparées au cours de l'évolution : il y a environ 500 000 à 600 000 ans.

  • Un cheval (700 000 ans)

Ludovic Orlando a fait partie de l'équipe de chercheurs qui ont séquencé, en 2013, le génome le plus ancien de l'histoire, celui d'un cheval vieux de 700 000 ans : "C'est un cheval qui était bien plus grand que les chevaux que nous pouvons aujourd'hui imaginer. Il faisait facilement 1,90 m au garrot, soit la taille d'un cheval de type percheron. On a retrouvé un petit bout d'un métacarpe, un bout d'os long qui faisait à peine 12 cm, mais qui comportait en lui suffisamment de molécules d'ADN - et ce malgré les milliers d'années qui nous séparent ! 

À l'échelle de notre histoire, imaginez le nombre d'histoires humaines que l'on pourrait empiler jusqu'à 700 000 avant notre ère ! 

C'est une découverte très importante sur l'histoire", poursuit-il, "et à plusieurs titres car d'aujourd'hui à 700 000 ans, il y a eu des changements climatiques très importants. On a vécu plusieurs grandes glaciations. La dernière s'est arrêtée il y a 19 000 ans". 

En somme, c'est tout un monde qu'il reste encore à débusquer et à traduire. Un monde qui s'est redéployé plusieurs fois au cours de l'histoire et que le séquençage permet véritablement d'échantillonner. Jusqu'où, avec de l'ADN séquençable, pourrait-on remonter le temps ? "C'est de l'ordre de 1 à 1,5 millions d'années" estime Ludovic Orlando.

Aller plus loin

🎧  RÉÉCOUTER - La Terre au carré : Voyage dans le passé grâce à la paléogénétique.

📖  LIRE - Ludovic Orlando : L'ADN fossile, une machine à remonter le temps (O.Jacob).