10 mai 2015

Adam et Ève: Les arbres et l'ascendance de l'humanité, Partie 1.

Un thème fréquent dans les mythes originels de l'humanité est celui d'un couple primordial, parents de tous les humains vivant aujourd'hui. Ainsi on a Adam et Ève dans les trois grands monothéismes du livre, Wurugag and Waramurungundi chez les Aborigènes, Fu Xi et Nüwa en Chine, Deucalion et Pyrrha en Grèce, les enfants de Pacha Kamaq au Pérou, Kumu-Honua et Lalo-Honua en Polynésie, Ask et Embla en Scandinavie... (1)
Au cours des deux derniers siècles, la biologie a révélé les origines communes que l'humanité partage avec le reste du vivant, et l'idée d'un couple primordial crée ex-nihilo semble désormais assez exotique.
Néanmoins, ces mythes trouvent un certain écho dans des études scientifiques récentes qui tentent d'identifier et de dater "l’Ève mitochondriale".

Qui était cette Ève mitochondriale? Quel âge a-t-elle? Quand vécurent les plus récents ancêtres communs à toute l'humanité?


Les réponses à toutes ces questions murissent dans des arbres, laissez-vous tenter : venez donc cueillir quelques fruits!



Partie 1: Adam et Ève moléculaires

La phylogénie de la mitochondrie

La mitochondrie est un petit composant de nos cellules, qui possède son ADN rien qu'à elle, indépendant de l'ADN contenu dans le noyau. 
Le noyau est sur la gauche, les mitochondries au centre, la cuisine à droite et les chiottes au bout du couloir.
La mitochondrie n'est transmise que de mère à enfant: l'ADN des mitochondries de l'enfant est une copie de l'ADN des mitochondries de la mère. Les hommes ont aussi des mitochondries, mais dans l'immense majorité des cas ils n'en transmettent pas à leur descendance. Si une femme n'a pas d'enfants, ou si elle n'a que des enfants mâles, ses mitochondries ne sont pas transmises et la version d'ADN qu'elles portaient disparait. 
Pour que les mitochondries d'une femme soit préservées au fil des générations, il faut donc une suite ininterrompues de mères et de filles. Même si la probabilité d'avoir au moins une fille peut-être élevée pour toutes les femmes, la probabilité d'avoir une fille qui aura une fille, qui aura elle même une fille, etc... diminue rapidement quand on augmente les générations. Comme illustré dans le schéma ci-dessous, en partant d'une génération donnée et en allant vers le futur, on trouve toujours un moment où il ne reste des mitochondries ne provenant que d'une seule des femmes présentes initialement.

Un arbre de coalescence des mitochondries. Après 5 générations, seules les mitochondries de la femme en noir ont encore des copies dans la population. Les autres versions de mitochondrie ont disparu parce que certaines femmes n'ont pas eu de filles. Notez que le schéma est un peu ambigu: il n'est pas clair si tous les hommes à la dernière génération sont porteurs de la lignée mitochondriale noire, cependant, comme toutes les femmes vivantes le sont, la prochaine génération ne contiendra que des mitochondries "noires" et la première femme en noir, tout en haut, deviendra en effet la porteuse de la plus récente ancêtre commun (MRCA) des mitochondries (Creative Commons, by C. Rottensteiner).

Ce que l'on appelle lÈve mitochondriale, est la plus récente femme qui soit l'ancêtre de tous les humains, vivant actuellement, par une ligne ininterrompue de femmes. (2) On l'appelle "mitochondriale" parce que cette femme était porteuse de mitochondries qui ont totalement envahi l'humanité.

Notre Ève mitochondriale n'a pas grand chose à voir avec l'Ève biblique (n'en déplaise aux clowns de "Jounal of Creation" qui se contorsionnent pour faire coller l'Ève mitochondriale et autres découvertes scientifiques avec la bible!):
  1. Premièrement, comme on peut le voir sur le schéma ci-dessus, il n'y a aucune raison de penser que l'Ève mitochondriale était la seule femme vivant à son époque. En fait, c'est extrêmement improbable puisque la survie de l'humanité aurait été quasi-impossible (consanguinité, stochasticité démographique, effet Allee...); parce que le reste de notre génome porterait une trace, facile à identifier, de cette quasi-extinction; et parce que c'est en contradiction totale avec les restes paléontologiques, qui montrent que l'humanité n'était pas restreinte à une seule localisation.
  2. Deuxièmement, rien n'indique qu'elle ait été quelqu'un de spécial, qu'elle volait des pommes (3) ou tapait la causette avec des lézards, tout ce que l'on peut dire c'est qu'elle a eu au moins une fille. 
  3. Finalement, il est important de remarque que l'Ève mitochondriale n'est pas une personne fixe. Avant elle, sa mère l'avait été, et sa grand mère et ainsi de suite jusqu'aux origines des mitochondries, bien avant que les humains ou même les animaux n'existent, il y a deux milliard d'années, quand des bactéries sont devenues symbiotes de plus gros organismes unicellulaires pour donner la lignée des eucaryotes dont nous faisons parti. De même, chaque génération qui passe, une de ses filles peut prendre sa place d'ancêtre matrilinéaire la plus récente. 

Très bien, mais quelle âge a-t-elle? 

Pour répondre à cette question, une bonne méthode est de regarder encore notre arbre de femmes, depuis le présent vers le passé:
On prend toutes les versions de mitochondries actuelles (c'est à dire que l'on regroupe celles qui ont des séquences d'ADN identiques, par exemple "L0a", "L0k" jusqu'à "N" dans l'arbre ci-dessous), et on relie celles qui se ressemblent le plus (qui ont le moins de mutations entre elles) pour construire leur ancêtre hypothétique (qui peut-être de nombreuses générations humaines plus tôt). Cet ancêtre remplace les deux lignées fusionnées dans la liste des lignées, et on relie les deux lignées qui se ressemblent le plus, et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'il n'en reste plus qu'une. Une fois la topologie de cet arbre établie, on peut mettre des dates sur ses bifurcations en observant la distribution des mutations actuelles, et en faisant des hypothèses sur le taux de mutation dans le passé (classiquement on suppose qu'il est le même que celui observé actuellement).

On peut ainsi construire des arbres hypothétiques qui coalescent les lignées mitochondriales actuelles jusqu'à remonter à une lignée unique: Ève.
Verdict: Ève a probablement entre 100 000 à  230 000 ans! 
La fourchette est très large parce que le calcul doit faire des hypothèses sur le taux de mutation ou la force de la sélection naturelle (et donc aussi la taille des populations humaines qui affecte l'efficacité de la sélection), mais l'idée est là: ça fait un bail, et en tous cas beaucoup plus que les 6500 ans bibliques.

Et Adam?

L'équivalent mâle de l'Ève mitochondriale est l'Adam Y, c'est à dire le plus récent humain qui ait porté un chromosome Y ancêtre de tous les chromosomes Y actuels; ou de façon équivalente, le plus récent humain ancêtre de tous les humains par une chaine ininterrompue de mâles. En effet, chez notre espèce, le chromosome Y n'est transmis que de père à fils (il est absent des femelles).
On peut donc de la même façon étudier les propriétés des arbres qui réunissent les chromosome Y actuels, et en fonction de la topologie et des taux de mutation observés estimer l'âge et la localisation d'Adam Y.
En 2013, une étude a estimé l'âge d'Adam entre 120 000 et 156 000 ans. Cependant, cette même année, une version du chromosome Y inconnue jusqu'alors, et très différentes de toutes les autres versions, a été découverte chez un afro-américain dont les ancêtres vivaient au Cameroun. Ceci signifie que cette lignée de chromosomes Y a divergé des autres avant ce que l'on considérait comme l'Adam Y... et donc on a dû repousser l'Adam Y dans le passé, entre 192 000 et 300 000 ans, pour inclure la nouvelle version. Ceci démontre l'aspect très relatif de ces datations. Au gré des découvertes de nouveaux variants génétiques, les âges des Adam et Ève génétique pourraient être encore repoussés, tandis qu'il est possible que dans le futur des lignées s'éteigne, ce qui au contraire diminuerait leurs âges.

Un arbre des chromosomes Y de l'humanité. Tout en haut à gauche, l'ancêtre commun, qui était porté par "Adam". Tout à gauche, on voit la lignée A00 qui a été découverte en 2013, et qui tire Adam de 100 000 ans en arrière. Remarquez que la diversité génétique ne se superpose pas vraiment à la géographie (oui les échantillons excluent les immigrants récents): seule l'Afrique a une signature génétique distincte, le reste n'est qu'un sous ensemble de cette diversité. C'est un des indices qui indique l'origine Africaine de Homo sapiens. Karmin & al. (2015) Genome Research

Il n'y a aucune raison pour qu'Adam et Ève aient vécu à la même époque, ils pourraient être séparés d'une centaine de millier d'années, ni au même endroit (les topologies des arbres de coalescence situent Adam plutôt en Afrique du nord-ouest, et Ève en Afrique de l'Est). Et il est donc extrêmement improbable qu'ils se soient connus et aient joué à touche pipi ensemble.

En conclusion, malgré des choix de noms un peu maladroits, les Adam et Ève moléculaires n'ont vraiment rien à voir avec leurs contreparties bibliques, et le fait que la biologie soit parvenue à les dater ne supporte absolument pas les mythes originels de l'humanité.
Ici nous n'avons parlé que des ancêtres par une chaine ininterrompue de femmes (ou de façon équivalente, de mitochondries) ou par une chaine ininterrompue d'hommes (ou de façon équivalente, de chromosomes Y). Une chaine ininterrompue d'un seul sexe est une condition très stricte. Il y a énormément plus de chaines généalogiques qui passent par des hommes et des femmes. Pour toucher du doigt ce qui se passe, songez à tous vos cousins qui portent un nom de famille différent. 
Si maintenant on considère tous les chemins généalogiques existants, mâle ou femelle, une question qui me semble plus intéressante et plus concrète est: quand vivait donc le plus récent des ancêtres communs de tous les humains actuels?

Ce post est déjà bien trop long, la suite viendra donc très bientôt dans un article à part, je vous laisse juste une semaine pour digérer celui-ci! 
Le voici!!!

Le dernier ancêtre commun de l'humanité: L'ascendance de l'humanité et les arbres, Partie 2.

 

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Notes

(1) Tous ces couples mythiques diffèrent beaucoup sur leur statut (humain, demi-dieu ou dieu), sur la relation à leur créateur (enfant "biologique" ou création "artisanale"), sur le fait qu'ils sont les tout premiers humains ou les deux seuls humains à avoir survécu à un cataclysme... D'ailleurs il existe souvent de nombreuses versions divergentes de ces mythologie.
Si je les mets ensemble c'est que je trouve intéressant de noter cette convergences entre un vaste ensemble de cultures parfois très distantes les unes des autres. (Attention idée de sociobiologiste primaire, qui n'engage que lui:) Peut-être est-ce une tendance des cerveaux humains de concevoir leurs origines de cette façon. Notre cerveau n'est sans doute pas construit pour trouver intuitif une généalogie continue remontant jusqu'à des minéraux voire jusqu'aux particules élémentaires, c'est à dire sans début objectif, ni sans différences avec le reste du vivant. L'idée d'un couple originel est probablement assez naturelle si on ne considère pas la possibilité d'une parenté commune avec le reste du vivant et que l'on considère que l'humanité a eu un début (et n'a pas toujours existé).

(2) Ce n'est pas parce que les mitochondries ont un ancêtre commun (c'est à dire qu'elle sont toutes des copies de la même mitochondrie), que toutes les mitochondries actuelles sont identiques. En effet des mutations réintroduisent la diversité génétique qui a été perdue (ça veut dire que sur le schéma, les femmes en noir devraient être représentées avec différentes nuances de noir, aussi diverses et contrastées que les couleurs présentes dans la première génération). En fait, les mitochondries actuelles sont très différentes les unes des autres, et aussi très différentes de la mitochondrie que portait l'Ève mitochondriale.

(3) Le fruit de l'arbre de la connaissance du bien et du mal n'est pas identifié comme une pomme, ni dans la bible, ni dans le coran. Et plein de gens intelligents ont débattu pendant des siècles pour savoir s'il s'agissait d'une figue, de raisin, d'une caroube ou d'un citron (ça semblerait logique, point de vue métaphore sur la connaissance, le bien et le mal (bordel, y'a vraiment des compilations de bébés torturés par leurs parents!) ). La pomme a juste eu le bon gout de l'emporter en Europe occidentale durant le moyen âge (grâce au jeu de mot latin autour de Malum).

Références

  • Pour tout savoir sur la mitochondrie:

  • Pour rigoler un peu sur les contorsions de créationnistes qui pensent que l'existence d'une Ève mitochondriale (i.e. une nécessité mathématique) supporte l'existence d'une Ève biblique:

NB: ce journal est une tentative de contre-attaque pseudo-scientifique de la théorie de l'évolution, de la part de créationnistes de la tendance intelligent-design. Tout ce qui y est écrit est potentiellement une démonstration soit de l'ignorance, soit de la bêtise, soit de la mauvaise foi de ses auteurs, donc à lire avec un œil critique (ça peut être un bon exercice que de trouver les failles de raisonnement).
  • La nouvelle plus vielle lignée de chromosome Y:

Mendez & al. (2013) An African American Paternal Lineage Adds an Extremely Ancient Root to the Human Y Chromosome Phylogenetic Tree. The American Journal of Human Genetics, 92 (3) : 454-459

  • Des datations récentes des Ève et Adam moléculaires:

G. David Poznik & al. (2013). Sequencing Y Chromosomes Resolves Discrepancy in Time to Common Ancestor of Males Versus Females. Science 341 (6145), 562-565

6 commentaires:

  1. Tellement parfait ce post <3 Merci copain, c'était super intéressant, et vivement le prochain avec des gros bouts de coalescence dedans... :)

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  2. Bonjour,

    Il me semble qu'il y a une erreur dans ce passage : les mitochondries maternelles sont transmises peu importe le sexe de l'enfant non ?


    Si une femme n'a pas d'enfants, ou si elle n'a que des enfants mâles, ses mitochondries ne sont pas transmises et la version d'ADN qu'elles portaient disparait.

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    1. Oui et non... L'ADN mitochondrial étant transmis sur le chromosome X, l'homme étant XY transmet une partie de ce génôme mais cet héritage n'a qu'une chance sur deux d'être transmis. S'il rencontre une femme disons d'un autre groupe que notre Eve, le caractère sera soit récessif (à moins qu'Eve ne porte aussi un gêne porteur de cet héritage) ou perdu.

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    2. L'Adn mito transmit par le chrX ??! Y'en a qui n'ont pas tout suivi ^^

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  3. Euh OK en fait j'ai compris :)

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    1. Pardon, j'ai tendance à faire des ellipses logiques. Mais je parie sur l'intelligence des lecteurs, ce qui semble être une hypothèse raisonnable ;)

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