« Capsules temporelles biologiques » : comment l’ADN de la terre des grottes révèle des indices sur les premiers humains et les Néandertaliens

Les deux dernières décennies ont vu une révolution dans la capacité des scientifiques à reconstruire le passé. Cela a été rendu possible grâce aux progrès technologiques dans la manière dont ADN est extrait d’os anciens et analysé.

Ces avancées ont révélé que Les Néandertaliens et les humains modernes se sont croisés – quelque chose dont on ne pensait pas qu’il s’était produit auparavant. Cela a permis aux chercheurs de démêler les différentes migrations qui ont façonné les hommes modernes. Cela a également permis aux équipes de séquencer les génomes d’animaux disparus, comme le mammouth, et d’agents pathogènes disparus, comme les souches disparues de la peste.

Bien qu’une grande partie de ces travaux ait été réalisée en analysant les restes physiques d’humains ou d’animaux, il existe un autre moyen d’obtenir de l’ADN ancien à partir de l’environnement. Les chercheurs peuvent désormais extraire et séquencer l’ADN (déterminer l’ordre des « lettres » dans la molécule) directement à partir des sédiments des grottes plutôt que de s’appuyer sur des os. Cela transforme le domaine connu sous le nom de paléogénétique.

Les grottes peuvent préserver des dizaines de milliers d’années d’histoire génétique, fournissant ainsi des archives idéales pour étudier les interactions à long terme entre l’homme et l’écosystème. Les dépôts sous nos pieds deviennent des capsules temporelles biologiques.

C’est quelque chose que nous explorons ici au Campus d’archéologie géogénomique de Tübingen (GACT) en Allemagne. L’analyse de l’ADN des sédiments des grottes nous permet de reconstruire qui vivait à l’époque glaciaire en Europe, comment les écosystèmes ont changé et quel rôle les humains ont joué. Par exemple, les humains modernes et les Néandertaliens se chevauchaient-ils dans les mêmes grottes ? Il est également possible d’obtenir du matériel génétique à partir d’excréments laissés dans les grottes. Nous analysons actuellement l’ADN des excréments d’une hyène des cavernes qui vivait en Europe il y a environ 40 000 ans.

Le ADN du sédiment le plus ancien découvert jusqu’à présent vient du Groenland et est vieux de 2 millions d’années.

La paléogénétique a parcouru un long chemin depuis le séquençage du premier génome d’un animal disparu, le quagga, un proche parent des zèbres modernes, en 1984. Au cours des deux dernières décennies, les machines de séquençage génétique de nouvelle génération, la robotique de laboratoire et la bioinformatique (la capacité d’analyser des ensembles de données biologiques vastes et complexes) ont transformé l’ADN ancien d’une curiosité fragile en un outil scientifique à haut débit.

Aujourd’hui, les machines de séquençage peuvent décoder jusqu’à cent millions de fois plus d’ADN que leurs premiers prédécesseurs. Alors qu’il a fallu plus d’une décennie pour créer le premier génome humain, les laboratoires modernes peuvent désormais séquencer des centaines de génomes humains complets en une seule journée.

En 2022, le Prix ​​Nobel de physiologie ou médecine a été décerné à Svante Pääbo, une figure de proue dans ce domaine. Il a souligné l’importance mondiale de cette recherche. L’ADN ancien fait désormais régulièrement la une des journaux, depuis les tentatives de recréation d’éléphants ressemblant à des mammouths jusqu’à la retrace de centaines de milliers d’années de présence humaine dans certaines parties du monde. Surtout, les progrès de la robotique et de l’informatique nous ont permis de récupérer l’ADN des sédiments ainsi que des os.

GACT est un réseau de recherche en pleine croissance basé à Tübingen, en Allemagne, où trois institutions collaborent dans plusieurs disciplines pour établir de nouvelles méthodes permettant de trouver l’ADN dans les sédiments. Archéologues, géoscientifiques, bioinformaticiens, microbiologistes et spécialistes de l’ADN ancien combinent leur expertise pour découvrir des connaissances qu’aucun domaine ne pourrait réaliser seul – une collaboration dans laquelle le tout devient véritablement plus grand que la somme de ses parties.

Une aiguille dans une botte de foin

Récupérer l’ADN des sédiments semble simple : prélever une cuillère, extraire, séquencer. En réalité, c’est bien plus complexe. Les molécules sont rares, dégradées et fragmentées, et mélangées à la contamination moderne provenant des visiteurs des grottes et de la faune. La détection des molécules authentiques de l’ère glaciaire repose sur des modèles de dommages chimiques subtils sur l’ADN lui-même, des laboratoires ultra-propres, une extraction robotisée et une bioinformatique spécialisée. Chaque identification positive est un petit triomphe, révélant des schémas invisibles pour l’archéologie conventionnelle.

Une grande partie du travail du GACT se déroule dans les grottes du Jura souabe, au sein de sites classés au patrimoine mondial de l’UNESCO, tels que Hohle Fels, qui abrite les instruments de musique et l’art figuratif les plus anciens du monde. Les Néandertaliens et les Homo sapiens ont laissé derrière eux des objets en pierre, des os, de l’ivoire et des sédiments qui se sont accumulés pendant des dizaines de millénaires. Les grottes sont des archives naturelles d’ADN, où des conditions stables préservent des biomolécules fragiles, permettant aux chercheurs de construire une histoire génétique de la période glaciaire européenne.

L’un des aspects les plus intéressants de la recherche sur l’ADN des sédiments est sa capacité à détecter des espèces disparues depuis longtemps, même lorsqu’il ne reste aucun os ni artefact. Une attention particulière est portée aux humains : qui vivait dans la grotte, et quand ? Comment les humains modernes et Néandertaliens utiliser les grottes et, comme mentionné, étaient-elles là aux mêmes heures ? Les ours des cavernes et les humains se disputaient-ils l’abri et les ressources ? Et que pourraient révéler les microbes qui vivaient à leurs côtés sur l’impact que les humains ont eu sur les écosystèmes passés ?

L’ADN des sédiments retrace également la vie à l’extérieur de la grotte. Les prédateurs traînaient leurs proies dans des chambres abritées, les humains laissaient derrière eux leurs déchets. En suivant les changements dans l’ADN humain, animal et microbien au fil du temps, les chercheurs peuvent examiner les extinctions anciennes et les changements dans les écosystèmes, offrant ainsi des informations pertinentes sur la crise actuelle de la biodiversité.

Le travail est ambitieux : utiliser l’ADN sédimentaire pour reconstruire les écosystèmes de la période glaciaire et comprendre les conséquences écologiques de la présence humaine. Seulement deux ans après le début du GACT, chaque ensemble de données génère de nouvelles questions. Chaque couche de grotte ajoute une autre tournure à l’histoire.

Avec des centaines d’échantillons en cours de traitement, des découvertes majeures nous attendent. Les chercheurs s’attendent à détecter bientôt les premiers génomes d’ours des cavernes, les premières traces humaines et les communautés microbiennes complexes qui prospéraient autrefois dans l’obscurité. Les sédiments vont-ils livrer tous leurs secrets ? Le temps nous le dira, mais les perspectives sont exaltantes.

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