L'histoire humaine lue dans son génome
Terminale · SVT · La Terre, la vie et l'organisation du vivant
La Terre, la vie et l'organisation du vivant
La place de l'Homme parmi les primates
L'espèce humaine n'est pas à part dans le monde vivant : elle occupe une place précise dans l'arbre du vivant, au sein des primates. Comparer les squelettes, les fossiles et surtout les génomes permet de reconstituer une histoire longue de plusieurs millions d'années. Tout l'enjeu de ce chapitre est d'apprendre à argumenter à partir de données, pas à réciter une histoire toute faite.
Le chimpanzé, notre plus proche parent actuel
La comparaison des génomes est sans ambiguïté : les séquences codantes de l'Homme et du chimpanzé sont identiques à environ 99 %. Le gorille, puis l'orang-outan, sont des parents plus éloignés. Attention : proche parenté ne veut pas dire filiation. L'Homme ne descend pas du chimpanzé ; les deux espèces descendent d'une troisième espèce, disparue, qui ne ressemblait ni à l'un ni à l'autre.
Les caractères dérivés de la lignée humaine
Trois grands ensembles de caractères dérivés permettent de rattacher un fossile à la lignée humaine :
1. La bipédie permanente (des modifications de tout le squelette) ;
2. Le développement du crâne et du volume endocrânien, associé à une réduction de la face ;
3. Une activité culturelle : outils taillés, feu, sépultures, art.
| Caractère du squelette | Chimpanzé (état ancestral) | Homme (état dérivé) |
|---|---|---|
| Trou occipital | Reculé, orienté vers l'arrière | Avancé, orienté vers le bas : la tête est en équilibre sur la colonne |
| Colonne vertébrale | En arc simple | En double S (quatre courbures), amortit la marche |
| Bassin | Long et étroit | Court et large, en cuvette : il soutient les viscères debout |
| Fémur | Vertical, genoux écartés | Oblique : le pied se place sous le centre de gravité |
| Pied | Gros orteil opposable, pied préhensile | Gros orteil aligné, voûte plantaire : pied propulseur |
| Face et denture | Prognathisme, bourrelets sus-orbitaires, arcade en U, longues canines | Face aplatie, menton osseux, arcade parabolique, canines réduites |
| Volume endocrânien | Environ 400 cm3 | Environ 1350 à 1400 cm3 |
Un buisson, pas une échelle
Les fossiles montrent que plusieurs espèces d'hominines ont coexisté à la même époque : il y a 2 millions d'années, des australopithèques robustes vivaient en même temps que les premiers représentants du genre Homo. Il y a 50 000 ans, Homo sapiens, Néandertal et Denisova étaient contemporains. L'évolution humaine ressemble donc à un buisson touffu dont la plupart des rameaux se sont éteints, et non à une file indienne allant du singe courbé à l'homme debout.
La Terre, la vie et l'organisation du vivant
Lire l'histoire d'Homo sapiens dans les génomes
Depuis une vingtaine d'années, on sait extraire de l'ADN de fossiles vieux de plusieurs dizaines de milliers d'années : c'est la paléogénomique. En comparant ces génomes anciens à ceux des humains actuels, on reconstitue les migrations, les rencontres et même les métissages de notre espèce. Le génome de chacun est ainsi une archive.
Homo sapiens : une origine africaine
Les plus anciens fossiles attribués à Homo sapiens ont été découverts en Afrique et datent d'environ 300 000 ans (Jebel Irhoud, au Maroc). Deux arguments convergent vers une origine africaine :
— les fossiles les plus anciens y sont trouvés ;
— la diversité génétique des populations actuelles y est maximale. Or une population accumule de la diversité avec le temps : les populations les plus anciennes sont les plus diverses.
Néandertal, Denisova : des cousins, et un peu plus
Homo neanderthalensis a occupé l'Europe et l'Ouest de l'Asie d'environ 400 000 à 40 000 ans avant le présent. Il possédait un volume endocrânien important (environ 1500 cm3), taillait des outils, maîtrisait le feu et enterrait ses morts.
L'Homme de Denisova, lui, a d'abord été identifié par son ADN, extrait de quelques fragments osseux retrouvés en Sibérie : c'est un cas où la génétique a précédé l'anatomie.
| Outil génétique | Ce qu'il suit | Ce qu'il permet d'établir |
|---|---|---|
| ADN mitochondrial | La lignée maternelle (transmis par l'ovocyte, non remanié par le brassage méiotique) | Les filiations maternelles, l'ancienneté des populations |
| Chromosome Y | La lignée paternelle (transmis de père en fils) | Les filiations paternelles |
| Génome nucléaire complet | L'ensemble des ancêtres | Les métissages entre populations et entre espèces |
| ADN ancien (fossile) | L'état génétique d'une population disparue | La comparaison directe entre espèces fossiles et actuelles |
99 % de gènes communs, et pourtant si différents
Si l'Homme et le chimpanzé partagent l'essentiel de leurs gènes, d'où viennent leurs différences ? Pas du nombre de gènes, presque identique, mais surtout de la façon dont ces gènes sont exprimés : la chronologie et l'intensité de l'expression des gènes du développement diffèrent entre les deux espèces. Un petit changement dans une séquence régulatrice peut suffire à modifier profondément une forme.
Exercices corrigés
Quel est le plus proche parent actuel de l'espèce humaine ?
- A.Le gorille
- B.L'orang-outan
- C.Le chimpanzéBonne réponse
- D.Le gibbon
Réponse : C — Le chimpanzé
Les comparaisons de génomes placent le chimpanzé (et le bonobo) comme parent actuel le plus proche de l'Homme : environ 99 % d'identité sur les séquences codantes. Le gorille est un parent un peu plus éloigné, l'orang-outan davantage encore, et le gibbon s'est séparé encore plus tôt. Attention : « plus proche parent » signifie que l'ancêtre commun est plus récent, pas que l'Homme descend du chimpanzé.
Quand a vécu l'ancêtre commun exclusif de l'Homme et du chimpanzé ?
- A.Il y a environ 500 000 ans
- B.Il y a environ 2 millions d'années
- C.Il y a environ 65 millions d'années
- D.Il y a environ 7 à 10 millions d'annéesBonne réponse
Réponse : D — Il y a environ 7 à 10 millions d'années
Fossiles et horloges moléculaires convergent vers une séparation des deux lignées il y a 7 à 10 millions d'années — le fossile de Sahelanthropus tchadensis (Toumaï), daté d'environ 7 millions d'années, se situe justement dans cette fourchette. 2 millions d'années correspond plutôt à l'apparition du genre Homo, et 65 millions d'années à la crise Crétacé-Paléogène, bien antérieure aux primates modernes.
Où et quand trouve-t-on les plus anciens fossiles attribués à Homo sapiens ?
- A.En Europe, il y a environ 40 000 ans
- B.En Afrique, il y a environ 300 000 ansBonne réponse
- C.En Asie, il y a environ 1 million d'années
- D.En Afrique, il y a environ 3 millions d'années
Réponse : B — En Afrique, il y a environ 300 000 ans
Les fossiles de Jebel Irhoud, au Maroc, datés d'environ 300 000 ans, sont les plus anciens attribués à notre espèce. L'Europe il y a 40 000 ans correspond à l'arrivée d'Homo sapiens sur ce continent, bien après son apparition. Un million d'années en Asie renvoie à Homo erectus, et 3 millions d'années en Afrique aux australopithèques : deux espèces distinctes d'Homo sapiens.
Quel est l'ordre de grandeur de l'identité entre les séquences codantes du génome humain et celles du chimpanzé ?
- A.Environ 99 %Bonne réponse
- B.Environ 75 %
- C.Environ 50 %
- D.Environ 25 %
Réponse : A — Environ 99 %
Les séquences codantes des deux espèces sont identiques à environ 99 % : c'est un argument fort de très proche parenté. Cette forte ressemblance est précisément ce qui rend la question intéressante — puisque les gènes sont presque les mêmes, les différences morphologiques doivent s'expliquer ailleurs, dans la régulation de leur expression.
Pourquoi compare-t-on l'évolution humaine à un buisson plutôt qu'à une échelle ?
- A.Parce que chaque espèce fossile connue est l'ancêtre direct de la suivante
- B.Parce que le genre Homo n'a jamais compté qu'une seule espèce à la fois
- C.Parce que plusieurs espèces d'hominines ont coexisté et que la plupart se sont éteintes sans descendance actuelleBonne réponse
- D.Parce que l'évolution poursuit un objectif, celui d'aboutir à Homo sapiens
Réponse : C — Parce que plusieurs espèces d'hominines ont coexisté et que la plupart se sont éteintes sans descendance actuelle
Les datations montrent des coexistences : australopithèques robustes et premiers Homo il y a 2 millions d'années, Homo sapiens, Néandertal et Denisova il y a encore 50 000 ans. La diversité a donc été la règle, et la situation actuelle — une seule espèce humaine — est une exception récente due aux extinctions. L'image de l'échelle est trompeuse car elle suppose à la fois une succession linéaire et une direction, deux idées que les données contredisent.
Parmi ces caractères, lequel est un indice de bipédie permanente ?
- A.Un trou occipital avancé et orienté vers le basBonne réponse
- B.Un gros orteil opposable
- C.Un bassin long et étroit
- D.Une colonne vertébrale en arc simple
Réponse : A — Un trou occipital avancé et orienté vers le bas
Quand le trou occipital (par lequel passe la moelle épinière) est avancé sous le crâne et orienté vers le bas, la tête est en équilibre au sommet d'une colonne verticale : c'est la signature d'une station debout. Les trois autres propositions sont des états ancestraux, observés chez le chimpanzé : le gros orteil opposable sert à saisir les branches, le bassin long et étroit et la colonne en arc simple conviennent à une posture quadrupède.
Que représente exactement un arbre phylogénétique ?
- A.L'ordre chronologique de naissance des individus d'une même famille
- B.Une échelle allant des espèces les moins évoluées aux plus évoluées
- C.Les relations de parenté entre espèces, établies à partir de caractères dérivés partagésBonne réponse
- D.La liste des ancêtres directs de l'espèce humaine
Réponse : C — Les relations de parenté entre espèces, établies à partir de caractères dérivés partagés
Un arbre phylogénétique traduit des degrés de parenté : deux espèces sont d'autant plus proches qu'elles partagent des caractères dérivés récents, hérités d'un ancêtre commun exclusif. Il ne classe pas les espèces par « niveau d'évolution » — cette notion n'a pas de sens en biologie — et ne prétend pas identifier des ancêtres directs, que les données ne permettent pratiquement jamais de désigner.
Le génome des humains actuels non africains contient environ 1 à 4 % de séquences d'origine néandertalienne. Que peut-on en conclure ?
- A.Que Néandertal est l'ancêtre direct d'Homo sapiens
- B.Qu'il y a eu des croisements entre Homo sapiens et NéandertalBonne réponse
- C.Que Néandertal descend d'Homo sapiens
- D.Que ces séquences ont été transmises par les populations restées en Afrique
Réponse : B — Qu'il y a eu des croisements entre Homo sapiens et Néandertal
Pour qu'une séquence néandertalienne se retrouve dans un génome humain actuel, il a fallu une descendance commune : les deux populations se sont donc croisées, et ces croisements ont été féconds. Néandertal n'est pas l'ancêtre de notre espèce mais un cousin, issu du même ancêtre commun. Et ces séquences sont justement rares chez les populations d'Afrique subsaharienne, ce qui exclut la dernière proposition.
Parmi ces caractères crâniens, lequel est propre à Homo sapiens ?
- A.Des bourrelets sus-orbitaires très marqués
- B.Un prognathisme important
- C.Une arcade dentaire en U avec de longues canines
- D.Un menton osseux et une face aplatieBonne réponse
Réponse : D — Un menton osseux et une face aplatie
Le menton osseux et la face aplatie (orthognathe) sont des caractères dérivés d'Homo sapiens. Les bourrelets sus-orbitaires marqués, le prognathisme et l'arcade dentaire en U avec de longues canines sont au contraire des états ancestraux, que l'on retrouve chez le chimpanzé et, pour certains, chez d'autres espèces du genre Homo comme Néandertal.
Comment le volume endocrânien a-t-il évolué au sein du genre Homo ?
- A.Il a globalement augmenté, d'environ 600 à 700 cm3 chez Homo habilis à environ 1400 cm3 chez Homo sapiensBonne réponse
- B.Il est resté à peu près constant depuis 2 millions d'années
- C.Il a diminué régulièrement depuis les australopithèques
- D.Il a doublé au cours des 10 000 dernières années
Réponse : A — Il a globalement augmenté, d'environ 600 à 700 cm3 chez Homo habilis à environ 1400 cm3 chez Homo sapiens
La tendance est nette sur l'ensemble du genre Homo : d'environ 600 à 700 cm3 chez Homo habilis, on passe à environ 900 à 1100 cm3 chez Homo erectus, puis autour de 1350 à 1400 cm3 chez Homo sapiens (Néandertal atteignant même environ 1500 cm3). Cette augmentation s'étale sur plus de deux millions d'années : elle n'a rien d'un phénomène des dix derniers millénaires.
Pourquoi l'ADN mitochondrial est-il utilisé pour retracer les lignées maternelles ?
- A.Parce qu'il est transmis exclusivement par le père
- B.Parce qu'il ne subit jamais de mutation
- C.Parce qu'il est transmis uniquement par la mère et n'est pas remanié par le brassage de la méioseBonne réponse
- D.Parce qu'il contient l'essentiel des gènes du développement
Réponse : C — Parce qu'il est transmis uniquement par la mère et n'est pas remanié par le brassage de la méiose
Les mitochondries de l'embryon proviennent de l'ovocyte : l'ADN mitochondrial se transmet donc de mère en enfant, sans passer par le brassage méiotique ni la recombinaison. Les différences entre deux individus ne viennent alors que des mutations accumulées, ce qui en fait une horloge commode. Il mute d'ailleurs plutôt vite — c'est justement ce qui le rend informatif — et ne contient qu'une trentaine de gènes.
Comment expliquer que l'Homme et le chimpanzé soient morphologiquement si différents alors que leurs génomes sont presque identiques ?
- A.Par un nombre de gènes bien plus élevé chez l'Homme
- B.Par un génome deux fois plus grand chez l'Homme
- C.Par la présence d'une paire de chromosomes supplémentaire chez l'Homme
- D.Par des différences de chronologie et d'intensité d'expression des gènes du développementBonne réponse
Réponse : D — Par des différences de chronologie et d'intensité d'expression des gènes du développement
Les deux espèces possèdent sensiblement le même nombre de gènes, de même taille de génome : ce n'est donc pas une question de quantité. Ce sont les séquences régulatrices qui diffèrent, modifiant le moment, la durée et l'intensité d'expression des gènes du développement — d'où des formes très différentes à partir d'une boîte à outils quasi identique. Au passage, l'Homme possède 23 paires de chromosomes contre 24 chez le chimpanzé : une paire de moins, et non une de plus.
S'entraîner sur ce chapitre
Ce chapitre compte 36 exercices corrigés dans l'application, avec le suivi de ta progression.
Commencer les exercices