Origine de la malaria

Comme pour les êtres humains le plasmodium (Plasmodium malariae) responsable de la malaria est originaire d’Afrique et le réservoir principal de ce parasite se trouvait chez les cousins de l’homme, les grands singes d’Afrique, bonobos, chimpanzés et gorilles. Le plasmodium s’est répandu dans le monde à la faveur des migrations des moustiques au cours des millénaires. Vers les années 1920 en examinant des chimpanzés malades le P. malariae fut observé dans leur sang mais il fallut attendre un siècle pour que les techniques modernes d’étude de l’ADN permettent d’élucider le mystère de la parenté entre les diverses souches de ce parasite.

Pour une bonne compréhension de cet arbre phylogénétique les P. malariae n’infectent que les grands singes mais un être humain peut être éventuellement infecté mais très rarement. Il existe deux souches distinctes de P. vivax très proches génétiquement, l’une infectant les grands singes d’Afrique et l’autre l’homme. P. ovale présent dans les îles du Pacifique occidental provoque la fièvre tierce en raison de son cycle de reproduction dans le sang différent de celui de P. vivax dont l’épisode de fièvre est appelé fièvre quarte puisque sa durée est de 4 jours au lieu de 3 pour le précédent. Le plus dangereux de tous les plasmodium est le P. falciparum pour plusieurs raisons. Le système immunitaire est profondément perturbé par la présence du parasite. P. falciparum attaque le cerveau induisant un coma puis la mort et enfin ce parasite, comme P. ovale est une cause reconnue du « cancer » du sang appelé lymphome de Burkitt. En étudiant les plasmodium chez les singes d’un sanctuaire pour grands singes Gabon il a été possible d’établir l’arbre phylogénétique complet du plasmodium. Dans l’illustration ci-dessus la barre horizontale représente la dérive génétique séparant chaque branche. Le Plasmodium laverania a aussi été découvert chez les grands singes d’Afrique. De cette branche éloignée est issu le falciparum.

Il est donc maintenant admis que la malaria était à l’origine une zoonose présente chez les grands singes d’Afrique qui s’est adaptée à l’homme après que celui-ci ait divergé de l’ancêtre commun au cours de l’évolution. Source : http://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-29306-4

Les surprises de l’évolution

L’homme fait partie de la famille des primates au même titre que le chimpanzé ou le gorille et les scientifiques qui ont découvert que notre génome était incroyablement proche des singes, nos cousins, se posent maintenant des questions presque existentielles sur les différences entre le gorille ou le chimpanzé et l’homme. Ces infimes différences génétiques, selon ces experts que je ne contredirai pas, sont le résultat de l’évolution naturelle. En quelques millions d’années nos lointains ancêtres se sont différenciés des grands singes à tel point que par exemple le volume et la complexité de notre cerveau nous a permis de parler et d’effectuer des raisonnements déductifs, peut-être la plus importante différence entre nous humains et le bonobo ou le chimpanzé. Quant au comportement social et son évolution il constitue encore une énigme que la génétique ne peut pas totalement expliquer. Ce billet est dédié à l’évolution sociale de l’homme, ce qui le différencie des grands singes et ce qui le différencie aussi de ces derniers au niveau de son comportement et de ses attributs sexuels. Que mes lecteurs ne croient surtout pas que ce genre de sujet me préoccupe compulsivement, je ne fais que relater un article paru dans The Conversation (voir le lien) qui tente de préciser la relation entre les caractères sexuels secondaires et le comportement social et ce qui à ce niveau différencie l’homme de ses plus proches cousins.

Cet article a été écrit par le Docteur Mark Maslin, Professeur de paléoclimatologie à l’University College de Londres et je me suis permis d’en reproduire ici de larges extraits. Les hommes ont un pénis beaucoup plus long et large que tous les autres grands singes. Même le gorille mâle qui arrive à peser en moyenne 200 kg est pourvu d’un pénis d’à peine 8 centimètres de long en pleine érection. De plus les testicules du gorille sont à peu près de la même taille que ceux ces humains, plutôt petits – sinon ridicules – si on les compare à ceux du chimpanzé. Les testicules du chimpanzé et du bonobo représentent en volume près du tiers de leur cerveau alors que chez l’homme ils atteignent péniblement 3 % du poids de ce dernier. Si comme le Docteur Maslin on en reste à ces observations anatomiques on peut spéculer sur la signification de l’évolution et de l’interdépendance entre les caractères sexuels, la poitrine des femelles (femmes) est également prise en considération, et le comportement social et sexuel.

Le comportement sexuel des grands singes est très variable. Ils sont tout aussi bien polygames (on dit polygynes) que multi-partenaires, tant les mâles que les femelles. Le dimorphisme sexuel, les gorilles et les chimpanzés mâles sont très nettement plus lourds et trapus que les femelles, semble lié à l’occurence de sortes de harems du moins chez les gorilles et aussi les orangs-outans. Un gorille mâle vit avec plusieurs femelles et agit en sorte qu’aucun intrus ne vienne empiéter sur son territoire. Ce n’est pourtant pas le cas des chimpanzés : dans un groupe tous les mâles et toutes les femelles s’accouplent parfois plusieurs fois par jour sans discernement, une sorte de joyeuse communauté. Une femelle est donc par conséquent porteuse du sperme d’une multitude de partenaires sexuels ce qui constitue une compétition directe dans le processus de transmission des gènes. Le chimpanzé, au cours de l’évolution, s’est donc équipé de testicules presque monstrueux (photo ci-dessous) pour produire des quantités massives de sperme plusieurs fois par jour. Les gorilles qui vivent en harem, un mâle non disputé pour plusieurs femelles, sont pourvus de testicules d’une taille presque ridicule pour leur stature, à peu de choses près comme les hommes. Comme les gorilles d’ailleurs, quand l’homme éjacule deux fois en une journée le comptage des spermatozoïdes chute dramatiquement. Si on s’arrête à cette dernière observation il est possible d’en déduire que la monogamie ou l’activité sexuelle de l’homme est une conséquence de la petite taille de ses testicules.

Venons-en à la taille du pénis et à son diamètre. Là encore il n’y a pas de règles générales chez les primates y compris l’homme. Par exemple le babouin mâle hamadryas endémique en Somalie et en Ethiopie est pourvu d’un pénis d’un longueur de 14 centimètres pour un poids moyen de 25 à 30 kg, soit à peu près la longueur moyenne d’un pénis humain … Mais pour nous une simple règle de trois laisse rêveur, imaginez-vous, chers lecteurs, munis d’un pénis de 40 centimètres de long ! En ce qui concerne les chimpanzés, les gorilles et les orangs-outans, nos plus proches cousins, l’homme est champion dans cette catégorie bien que son pénis ait un aspect plutôt simple. Le pénis humain n’est pas grumeleux, il est dépourvu de crêtes, de brides ou d’un gland de forme bizarre. En un mot il est plutôt banal.

Cette banalité de l’aspect du pénis se retrouve justement chez les primates comme le gorille qui sont polygynes. Les anthropologues en ont déduit que l’homme était initialement polygyne (polygame) avant d’évoluer vers la monogamie assez récemment au cours de l’évolution. Parmi 185 groupes ethniques humains étudiés 84 % d’entre eux pratiquent la polygynie. À notre époque moderne la polygamie reste le privilège d’hommes ayant un statut social élevé et disposant de revenus suffisants pour entretenir plusieurs femmes. Je suis allé plusieurs fois dans l’île française de Mayotte majoritairement musulmane. Seuls les hommes très riches peuvent entretenir plusieurs femmes comme par exemple « Papa » Abdou que j’ai rencontré plusieurs fois pour lui acheter des fleurs d’ylang-ylang et qui, propriétaire de magnifiques plantations, a quatre épouses vivant chacune dans une maison qui lui est dédiée, meublée avec tout le confort moderne … et les nombreux enfants qu’il faut nourrir (mais les générosités de la République Française sont heureusement là pour prendre en grande partie en charge les grosses charges de Papa Abdou, c’est aussi l’évolution !

Pourtant, si on se limite à des considérations purement physiologiques, il serait avantageux pour l’homme d’assurer une descendance avec le plus grand nombre de femmes afin d’avoir le maximum de chances de transmettre ses gènes. La taille du pénis ne présenterait alors plus d’avantage en terme d’évolution. Ce n’était probablement pas le cas lorsque l’homme a compris que la polygamie demandait un incroyable effort pour protéger ses partenaires et sa descendance inévitablement nombreuse pour les loger, les protéger et les nourrir. L’évolution vers la monogamie serait donc de ce fait un phénomène naturel accompagnée d’une taille du pénis satisfaisante, dans tous les sens du terme, pour sa partenaire. En réalité l’organe sexuel le plus important reste le cerveau qui finalement commande notre comportement social et intime.

Note : la femelle bonobo n’exhibe pas de seins qui puissent la distinguer des mâles sauf quand elle allaite. Le sexe de la femme a le même aspect anatomique que celui des femelles bonobo ou chimpanzé hors période d’ovulation pour ces dernières.

Source et illustrations : http://theconservation.com/why-did-humans-evolve-big-penises-but-small-testicles-71652

L’os pénien chez l’homme : une disparition biblique ?

L’homme se distingue étrangement des autres primates au cours de l’évolution. Je relatais récemment sur ce blog les conséquences de la bipédie à l’origine d’un changement de l’appréciation visuelle de nos congénères par opposition à celle des chimpanzés. L’évolution qui nous a séparé des singes il y a quelques millions d’années – on ne sait pas trop quand nous nous sommes définitivement différenciés des autres primates – a eu une autre conséquence tout à fait inattendue, la disparition chez l’homme de l’os pénien, pourtant présent chez le chimpanzé bien que de très faible taille et présent également chez la grande majorité des mammifères placentaires.

Si on reprenait le texte du chapitre totalement délirant de la Bible intitulé Genèse, qui sert de base idéologique pour les créationistes, on pourrait presque dire que la femme n’est pas issue d’une cote d’Adam mais de son os pénien, plus savamment appelé baculum. Pour ainsi dire Dieu aurait décrété dans son immense science que l’os pénien n’était pas utile à l’homme et qu’il allait en faire une femme pour lui tenir compagnie. Je sens que certaines de mes lectrices vont trouver mes propos outrancier mais qu’elles se rassurent ce n’est que de l’humour.

La question que se sont donc posé Matilda Brindle et Christopher Opie dans un article paru dans les Proceedings de la Royal Society (voir le lien) était de savoir pourquoi l’homme ne dispose pas de cet os particulier aucunement relié au reste du squelette et la réponse est ambigüe et pour cause, on ne sait pas trop à quoi sert cet appendice osseux qui existe aussi bien chez les primates que les carnivores dont les les rongeurs, les chats et les chiens. Une étude extensive a montré que la longueur et le diamètre de l’os pénien semblaient corrélés avec le volume des testicules, en particulier chez les primates. D’autres travaux indiquent que l’os pénien favoriserait un accouplement de longue durée, c’est-à-dire de plus de 3 minutes. L’accouplement chez les bonobos ne dure rarement plus de 15 secondes, or le pénis de ce primate très proche de l’homme est muni d’un os pénien, certes de taille infime, mais tout de même existant. Chez les félins, la copulation induit l’ovulation et l’os pénien tant du tigre que du lion aurait son importance sur ce point précis.

Bref, en ce qui concerne l’utilité du baculum les hypothèses sont variées mais la question toujours pendante est de savoir pourquoi l’homme a perdu cet os au cours de l’évolution alors que selon l’étude anthologique du Docteur Alfred Kinsey parue en 1948 la copulation chez l’homme dure en moyenne deux minutes, c’est-à-dire le temps précis entre l’intromission du pénis dans le vagin et l’éjaculation … Selon le Docteur Brindle l’homme ne fait pas face à une intense compétition sexuelle. Il est rare dans la vie normale qu’une femme fasse l’amour avec plusieurs hommes dans un laps de temps court contrairement aux femelles bonobo qui ne dédaignent pas s’accoupler avec le premier mâle à leur proximité.

Chez les primates, donc excepté l’homme, la fonction de l’os pénien est d’assurer une meilleure fécondation car cet os protège l’urètre d’éventuelles distorsions qui pourraient interférer dans le transport du sperme. D’autre part le baculum favorise le contact du gland avec le col de l’utérus, ce qui renforce l’hypothèse de l’utilité de cet os : préserver le transfert de gènes lors d’un unique accouplement. La taille de cet os surnuméraire est en effet corrélée à la durée de la saison des « chaleurs » chez les femelles des primates. Plus cette période est courte plus la taille du baculum est importante. Et plus la durée d’accouplement est courte, plus cet os est proéminent. Pourquoi l’homme est démuni de cet accessoire anatomique ? Les conclusions de cette étude restent elliptiques, une nécessité biblique … ?

Source : doi : 10.1098/rspb.2016.1736

Le grand corbeau aussi « intelligent » que les chimpanzés

Il y a quelques jours, rentrant du déjeuner, je m’aperçus que les jardinières de fleurs se trouvant devant la maison de mon fils avaient été dévastées en particulier celles contenant des tulipes en pleine floraison. Visiblement les bulbes des tulipes avaient été systématiquement déterrés et partiellement mangés par des corbeaux. La ville de Tokyo est peuplée de ces grands oiseaux noirs parfois bruyants qui ont pour avantage de réguler la population de pigeons en allant allègrement piller leurs couvées. Ces corbeaux semblent posséder la faculté de réfléchir et donc de prendre le temps d’analyser la situation à laquelle ils sont confrontés. En d’autres termes ils se contrôlent …

En anglais on dit self-control et cette notion se traduit en français par auto-contrôle. Ce comportement est l’apanage des êtres humains et il n’est partagé que par un nombre infime d’autres espèces animales : les grands singes, les perroquets et les corbeaux. L’auto-contrôle se définit comme la capacité de refuser une petite récompense immédiate en espérant une plus grande récompense future. Il faut donc décider entre des options de différentes valeurs en relation avec la situation spatiale et temporelle du moment tout en inhibant tout comportement spontané ou instinctif. Ce comportement d’auto-contrôle est essentiel pour le développement des capacité cognitives complexes telles que la prise de décision et la planification de tâches à effectuer. Sans un telle attitude, l’animal devient prisonnier du temps présent et seuls les grands singes, les corvidés et les perroquets sont, en dehors des êtres humains, capables d’un tel auto-contrôle.

Le self-control nécessite une régulation et une inhibition des mouvements et cette attitude a été considérée par certains auteurs comme devant faire appel à un développement cérébral complexe. Naturellement un tel développement se retrouve chez les grands singes mais qu’en est-il des oiseaux ? À l’évidence les cerveaux des corvidés et des perroquets sont, si on se réfère à leurs poids corporel, les plus développés chez les oiseaux et une étude récente parue dans le journal de la Royal Society ( DOI : 10.1098/rsos.160104 ) s’est focalisée sur les corbeaux qui ont le plus grand cerveau de tous les corvidés relativement à leur poids corporel et a permis d’éclairer les mécanismes d’auto-régulation du comportement qui semblaient n’être présents que chez les grands primates et les humains.

Deux tests ont été utilisés avec trois espèces de corbeaux, le corbeau commun (Corvus corax), la corneille de Nouvelle-Calédonie (Corvus moneduloides) et le choucas (Corvus monedula). Le premier test consiste à placer de la nourriture au milieu d’un tube opaque. L’oiseau apprend vite à s’accaparer de la nourriture. On remplace alors le tube opaque par un tube transparent. L’oiseau voit la récompense et pour l’atteindre il doit encore passer par l’une des extrémités du tube. Le corbeau, ayant mémorisé l’accession à la récompense avec le tube opaque, va directement la chercher en passant par l’une des extrémités du tube plutôt que de chercher à l’atteindre directement en s’assujettissant à sa perception visuelle. Il fait donc preuve d’une inhibition de son impression première de directe accessibilité. Ce test a été développé pour étudier le comportement des primates.

Le deuxième test consiste à placer un appât dans une boite opaque A à plusieurs reprises. L’animal voit l’expérimentateur mettre l’appât dans cette boite et il ne va pas tenter d’aller le chercher dans la boite B identique située à côté de celle-ci. L’expérimentateur place alors la nourriture dans la boite B à la vue du sujet. Il a le choix entre la boite A et la boite B. S’il va directement vers la boite B il a donc fait preuve d’une inhibition de son comportement qui lui dictait d’aller comme précédemment vers la boite A où il avait été habitué à y trouver la nourriture. Ce test a été mis au point pour étudier un grand nombre de compétences chez les enfants : mémoire instantanée, raisonnement et contrôle de l’inhibition du comportement. Cependant il n’a pas été utilisé dans l’étude citée en référence car pour être complet comme lorsqu’il est utilisé avec des enfants il doit y avoir en présence trois boites, l’une d’entre elles ne contenant jamais de récompense et toute hésitation est considérée comme un échec du comportement d’inhibition.

Avec le test du tube, les oiseaux étudiés – 5 corbeaux, 10 corneilles de Nouvelle-Calédonie et 10 choucas – furent entrainés pendant une journée avec le tube opaque et soumis le lendemain au test avec le tube transparent. Tous les corbeaux réussirent le test, les choucas furent un peu moins bien performants et les corneilles de NC également moins performantes. Ces résultats sont directement comparables à ceux obtenus avec les grands primates : les chimpanzés sont les plus performants avant les orang-outangs et les gorilles.

Parmi de nombreuses espèces d’oiseaux étudiés par d’autres auteurs et l’étude citée ici, le succès au test du tube opaque semble corrélé à la taille relative du cerveau par rapport au poids de l’oiseau. Le corbeau arrive en tête des performances. Il reste à déterminer la densité des neurones du cortex pour établir une corrélation parfaite avec ces tests d’inhibition des comportements instantanés et de déduction spatiale. Les corbeaux étonneront toujours par leur « intelligence » comme ceux de Tokyo qui ont compris qu’en plaçant des noix très dures sur la chaussée, les voitures pouvaient les casser ou encore qu’en utilisant un petit morceau de bois ils pouvaient faire sortir les larves d’insectes des trous qu’elles avaient foré dans l’écorce des arbres. Etonnant …

Source citée en référence dans le texte en accès libre. Illustration Wikipedia.

Note : raven = corbeau, jackdow = choucas, crow = corneille

Les Demodex : un proxy pour « Out of Africa »

En août 2014, je relatais sur un ton un peu humoristique la généalogie des ces petits acariens qui colonisent notre corps, les Demodex. Cette fois-ci l’objet de ce billet est non plus de décrire l’histoire de ces bestioles microscopiques mais ce que l’étude de leurs gènes révèle pour préciser les mouvements des populations humaines. Ça peut paraître un peu tiré par les cheveux, sans faire de jeu de mots puisque ces parasites vivent surtout dans les glandes sébacées associées au follicules pileux, mais le mode de transmission d’homme à homme et la durée de vie du parasite, une quinzaine de jours, font qu’on peut suivre de génération en génération (humaine) l’identité des Demodex par analyse de leur ADN mitochondrial et reconstituer les mouvements passés des populations. Cette approche n’est pas possible avec les bactéries car elles se divisent trop rapidement alors que les Demodex se multiplient 1000 fois plus lentement.

L’étude réalisée sous la direction du Docteur Michelle Trautwein du Centre de Génomique Comparative de l’Académie des Sciences Californienne à San Francisco a révélé toutes sortes de surprises. Par exemple, les Afro-Américains, entendez les Noirs-Américains, ont gardé des Demodex d’origine africaine pendant plusieurs générations … Deux-cent-quarante souches de Demodex prélevées sur 70 personnes d’origines ancestrales différentes ont été étudiées et ce travail a permis de mettre en évidence quatre familles de Demodex folliculorum. Il s’agit dans l’ordre phylogénétique des Demodex d’origine africaine (A), les « plus anciens », dont descendent ceux d’origine asiatique (B) et ceux originaires d’Amérique Latine (C) et enfin les Demodex d’origine européenne (D). Il s’agit de 4 branches distinctes qu’on appelle clades descendant toutes du même ancêtre. Les résultats de cette étude confirment donc l’hypothèse « Out of Africa » de l’origine de l’homme et les mouvements de populations au cours des millénaires :

Cette étude est intéressante car le parasite se transmet de génération en génération par la mère à son enfant et entre congénères. Cependant l’illustration ci-dessous montre clairement qu’il y a coexistence des différents clades de Demodex :

Il faut considérer qu’entre 1500 et 1866 un nombre considérable d’Africains (esclaves) furent établis en Amérique Centrale et du Sud, dix fois plus qu’en Amérique du Nord. C’est la raison pour laquelle on y retrouve majoritairement les Demodex d’origine africaine. D’autre part, la population de Demodex est stable au cours de nombreuses générations humaines, une sorte d’empreinte génétique parasitaire spécifique de chacun d’entre nous que nous transmettons à nos petits-enfants et arrière-petits-enfants depuis peut-être des millénaires … Ce parasite presque anodin a permis de vérifier, on pourrait dire humblement, que les mélanges de populations humaines furent constants et eurent pour conséquence une coexistence chez un individu donné de plusieurs sous-familles distinctes qu’on appelle des haplotypes dans le langage des généticiens. Par exemple la dispersion en Amérique du Sud des clades d’origine africaine (en brun) a introduit une coexistence avec les clades d’origine européenne (en bleu) tout simplement à la suite de métissages ou de simples contacts cutanés. Inversement chez les sujets de descendance asiatique on retrouve majoritairement la présence de clades de Demodex d’origine européenne et là encore cette mixité s’explique par la présence d’Européens en Asie depuis le XVIIe siècle.

L’étude a été essentiellement conduite sur des sujets résidant aux USA mais d’origines diverses. Les mélanges étaient donc prévisibles. Il reste que cette étude très documentée confirme quel fut dans le passé le peuplement de l’ensemble de la planète par l’homme originaire d’Afrique. Comme quoi on a souvent besoin d’un plus petit que soi pour trouver une explication à notre origine …

https://jacqueshenry.wordpress.com/2014/08/31/et-si-on-parlait-des-demodex-une-nouvelle-marque-de-pret-a-porter-non-un-parasite-commun-pourtant-inconnu/

 Photo : Power & Syred, Source et illustrations : www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1512609112

Pourquoi notre cerveau est le plus gros et le plus complexe

En 1924 Joséphine Salmons, la seule étudiante en anatomie de l’Université de Witwatersrand en Afrique du Sud, tous les autres étudiants étaient des hommes, alla comme chaque été surveiller les excavations d’une carrière de calcaire près de la ville de Taung qui appartenait à des amis de ses parents. C’était un peu son passe-temps favori et cette année-là elle ne fut pas déçue car elle trouva le crane complet d’un singe, peut-être, en tous les cas d’un ancêtre éloigné de l’homme, un simien que les propriétaires de la carrière avaient rapporté chez eux. Elle emmena ce fossile à son professeur, le Docteur Raymond Dart. Selon toute vraisemblance il s’agissait d’un enfant et Dart le nomma Australopithecus africanus, un ancêtre de l’homme, l’enfant de Taung. Les mesures du volume de son cerveau indiquaient que ce dernier était un peu plus gros que celui du chimpanzé, 400 grammes. Il fallut attendre les années 1950 pour considérer qu’effectivement cette découverte était considérable après de nombreuses découvertes d’autres fossiles d’hominidés en Afrique et en particulier dans la région des grands lacs. L’enfant de Taung a été ultérieurement daté et aurait vécu il y a un peu plus de trois millions d’années.

Aujourd’hui on peut se faire une idée précise de la chronologie de l’évolution des hominidés. Les hominidés (nos ancêtres lointains) et les chimpanzés y compris leurs cousins proches les bonobos ont divergé d’un ancêtre commun il y a environ 7 millions d’années. Il fallut attendre 4 millions d’années pour assister au début d’une augmentation massive du volume du cerveau de notre ancêtre Homo sapiens qui tripla de volume en moins de 3 millions d’années. L’homme moderne tel que nous le connaissons aujourd’hui n’apparut qu’il y a 200000 ans.

Par quel processus le cerveau de ces créatures qui allaient devenir des hommes a-t-il pu quadrupler en volume, passant de 350 à plus de 1300 grammes ? De plus parmi tous les mammifères y compris les éléphants et les mammifères marins qui ont un cerveau notoirement plus volumineux que celui de l’homme, ce dernier reste champion toutes catégories pour le nombre de neurones. Le cerveau d’un éléphant possède 5,6 milliards de neurones dans le cortex alors que celui de l’homme en rassemble dans la même zone cérébrale 16,3 milliards. Même les gorilles et les chimpanzés font pâle figure puisqu’ils possèdent respectivement 9 et 6 milliards de neurones corticaux.

Il aura fallu attendre la révolution récente de la génétique moléculaire pour comprendre cette évolution particulière du cerveau humain. Bien que le cerveau représente 2 % du poids d’un être humain, il consomme plus de 20 % de l’énergie dont dispose le corps, essentiellement sous forme de glucose. Si on fait un bilan énergétique chez le chimpanzé, on découvre que le cerveau de ce primate consomme, rapporté à son poids, moitié moins d’énergie que celui de l’homme. Ces observations ont conduit à formuler l’hypothèse d’une redistribution de l’énergie en faveur du cerveau au cours de l’évolution de l’homme et au détriment des autres organes dont en particulier le tube digestif et les muscles. Au sujet des muscles, il est évident que le chimpanzé possède une musculature beaucoup plus développée que celle de l’homme, mais pour le système digestif la seule explication permettant d’éventuellement confirmer cette hypothèse est le régime alimentaire que développa et diversifia l’homme au cours de l’évolution. La cuisson (on considère que l’homme a inventé le feu il y a plus de 500000 ans) a favorisé cette redirection de l’énergie vers le cerveau en facilitant la digestion et donc en réduisant l’apport en énergie vers le système digestif. L’invention d’outils et d’armes pour faciliter la chasse a également contribué à réduire l’apport en énergie vers les muscles. Enfin, l’homme a très vite diversifié son régime alimentaire.

Encore fallait-il expliciter par des faits ces hypothèses et c’est ce qui a été rendu possible avec la biologie moléculaire en étudiant des cerveaux de primates et d’hommes et en quantifiant l’expression des gènes impliqués dans le transport du glucose. En effet les gènes codant pour les systèmes de transport du glucose vers le cerveau et les muscles sont différents et il a été possible de différencier entre les chimpanzés et l’homme l’expression de ces gènes. Il se trouve que le système de transport du glucose vers le cerveau est trois fois plus exprimé chez l’homme que chez le chimpanzé et à l’inverse plus d’une fois et demi plus exprimé chez le chimpanzé pour les muscles alors qu’il n’y a pas de différence au niveau du foie.

Mais il n’y a pas seulement le glucose. Une étude portant sur près de 1000 métabolites différents (métabolome) a clairement montré qu’au niveau du cortex préfrontal la divergence entre les chimpanzés et l’homme ne pouvait pas s’expliquer par la simple dérive génétique mais surtout par l’évolution. Par exemple il n’y a pas ou peu de différence pour les reins mais au niveau du cortex préfrontal cette différence due à l’évolution est 7 fois plus élevée que celle de la simple dérive génétique en ce qui concerne les profondes modifications de l’utilisation des petites molécules nécessaires à la croissance cellulaire. Qu’en est-il alors au niveau du développement embryonnaire du cerveau ?

L’approche a consisté à introduire chez la souris les gènes respectifs appelés HARE5 qui orchestrent le développement du cerveau provenant de l’homme et du chimpanzé et qui diffèrent de seulement 16 bases. Le résultat a été étonnant. Au bout de 9 jours de développement embryonnaire, il était déjà évident que le gène humain accélérait la croissance du cortex cérébral en diminuant le temps de division des cellules neuronales de 12 à 9 heures avec au final un cerveau 12 % plus gros que celui obtenu en présence de l’HARE5 de chimpanzé. Cette approche expérimentale était encore impossible il y a seulement dix ans. Le début de la divergence du gène HARE5 a pu être approximativement datée comme ayant eu lieu il y a 6 millions d’années … Il aura fallu encore près de trois millions d’années de dérive génétique pour aboutir à cet accroissement du volume du cerveau humain !

Pour conclure, l’évolution du cerveau vers une plus grande taille et une plus grande complexité est la résultante de plusieurs facteurs, alimentation et dérive génétique, qui nous différencient de nos cousins les singes.

Source et liens :

https://www.quantamagazine.org/20151110-evolution-of-big-brains/

http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fnana.2014.00077/full

http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1001871

Illustrations : Quantamagazine

L’évolution humaine, un long parcours parfois semé d’embuches

Le génome humain, comme d’ailleurs celui des autres êtres vivants possédant un noyau, on dit les eucaryotes, se caractérise par deux processus essentiels entrainant une variabilité génétique qui fait que nous avons évolué et sommes devenus différents du lointain ancêtre que nous partageons avec les grands singes et aussi que nous sommes tous différents les uns des autres : les SNPs ou polymorphismes apparaissant à la suite de la modification d’une seule base de l’ADN (Single Nucleotide Polymorphism) et les CNVs (Copy Number Variant) qui concernent le nombre de copies d’un gène. Un gène peut en effet être dupliqué ou éventuellement disparaître. Il s’agit alors d’une délétion qui peut être létale et ne sera donc pas transmise à la descendance. Avec l’apparition des machines de séquençage de l’ADN ultrarapide et de moins en moins coûteux et l’utilisation d’ordinateurs puissants pour analyser ces séquences on s’est rendu compte que les CNVs jouaient un rôle certainement plus important que les SNPs dans la variabilité des populations humaines. Les récents travaux qui ont permis de séquencer des génomes entiers de nos ancêtres éloignés ont permis de mettre en évidence cette importance des CNVs pour trouver une explication dans cette variabilité des populations humaines qu’on appelle d’ailleurs à tort des races.

Je profite de cette occasion pour préciser qu’il n’existe pas de races humaines mais seulement une espèce humaine avec des caractères phénotypiques différents selon les régions du globe. Utiliser le mot race est donc purement politique voire idéologique quand on parle des Bantous, des Peuls ou des Iroquois. Nous sommes tous des Homo sapiens sapiens … et nous devrions tous être frères et nous respecter les uns les autres.

Une étude récente pilotée par le Docteur Evan Eichler du Howard Hugues Medical Center de l’Université de Washington à Seattle a réuni les données relatives à l’ADN de 236 individus représentant 125 populations humaines différentes et 5 anciens ADNs, Neandertal, Denisovan et trois autres spécimens anciens. L’étude minutieuse des fréquences de duplication de gènes indique que 7 % de la totalité du génome est concernée par des CNVs alors que la variabilité induite par les SNPs ne représente que 1,1 % du génome. Les délétions non létales représentent 2,2 % et les duplications 4,4 % des CNVs. Pour affiner l’étude, seules les CNVs bis-alléliques ont été prises en compte. Je sens venir chez mes lecteurs un découragement devant la technicité de cette prose mais il faut rappeler que nous possédons deux fois 23 chromosomes et donc il existe deux copies de tous les gènes présents qu’on appelle allèles.

Cette étude a mis en évidence la présence de CNVs provenant des Denisovan chez les Papous de Bornéo et de l’archipel de Bougainville qui se situe au sud-est de Bornéo et au nord des îles Salomon. Cette introduction d’une CNV caractéristique est apparue il y a 170000 ans chez les Denisovan et elle n’a été retrouvée par la suite que chez les Papous sur le chromosome 16 et non chez les aborigènes d’Australie, par exemple. De plus elle constitue la plus importante présence de gènes archaïques dans une population humaine moderne et elle a été incorporée (on dit introgression) chez les Papous il y aurait environ 40000 ans. Il faut noter qu’aucune duplication d’origine néanderthalienne n’a pu être identifiée et qu’enfin les CNVs des populations africaines ne diffèrent pas des autres populations en termes de duplication de gènes.

Quant aux CNVs relatives à des délétions, ce sont toujours des évènements ponctuels provenant probablement d’un seul individu et transmis à la descendance quand celles-ci sont non létales. Les populations non africaines montrent une plus grande fréquence de SNVs de délétion car ces populations ont été soumises à des évènements successifs de pression de sélection génétique au cours du temps. Sur cette base il a pu être mis en évidence un isolement génétique des populations océaniennes Papous-Bougainville mais également des populations amérindiennes. La grande variabilité génétique des populations africaines réside dans le fait qu’elles sont toujours restées en contact durant l’évolution. Enfin les CNVs introduisant des duplications favorisent l’adaptabilité des personnes lorsque celles-ci sont soumises à une pression de sélection constante. Ce fut le cas des Denisovan qui divergèrent des autres non-africains il y a 440000 ans. Les Denisovan et les Néanderthaliens divergèrent il y a environ 700000 ans. Il est intéressant de rappeler ici que la deuxième vague « out of Africa » se situe justement aux alentours de 450000 ans avant notre ère et que la divergence entre humains et grands singes remonte avant 3 millions d’années.

Certaines CNVs ont été associées avec une adaptation positive ou au contraire négative à l’environnement. Par exemple une CNV sur le chromosome 16 concernant une haptoglobine et présente uniquement dans les populations africaines est associée à une résistance à la maladie du sommeil, alors qu’une CNV sur le chromosome 3 concernant une transférine provoque une sensibilité à une fièvre hémorragique provoquée par un arenavirus et est présente uniquement chez les Amérindiens.

L’évolution humaine est loin d’être terminée et Charles Darwin, encore vivant, serait émerveillé par cette étude. L’être humain a mis au point plusieurs stratégies pour s’adapter génétiquement à son environnement et les CNVs semblent compter parmi les plus puissantes.

Source : Science, 6 août 2015, 10.1126/science.aab3761 , illustrations tirées de l’article de Science aimablement communiqué par le Docteur Evan Eichler et AAAS News.