Premier portrait de mystérieux Denisovans tirés de l'ADN

Pour la première fois, des scientifiques analysant l'ADN de Denisovans – un groupe d'hominines éteintes découvert il y a une dizaine d'années – ont donné un aperçu de ce à quoi ils auraient pu ressembler.

Depuis que les archéologues ont découvert les premiers restes fragmentés de Denisovan dans une grotte sibérienne, les chercheurs ont parcouru le monde pour trouver des indices sur l'aspect des mystérieuses hominines. La grotte de Denisova a livré quelques autres petits fossiles, principalement des dents. Un détail supplémentaire cette année, ainsi que des informations sur un. Mais aucun de ces fossiles n'est assez grand ou complet pour reconstruire de nombreux détails anatomiques.

À présent, les biologistes informaticiens ont dressé un schéma approximatif de l'anatomie de Denisovan basé sur des changements épigénétiques – des modifications chimiques de l'ADN pouvant altérer l'activité des gènes. Leur approche révèle que les Denisovans ressemblaient beaucoup aux Néandertaliens, mais présentaient quelques différences subtiles, telles qu'une mâchoire et un crâne plus larges..

«Il est utile de brosser un tableau plus clair de leur apparence. L’idée qu’il est possible d’utiliser l’ADN pour prédire si bien la morphologie est très impressionnante », déclare Bence Viola, paléoanthropologue de l’Université de Toronto au Canada, qui a analysé les restes de Denisovan, mais n’a pas participé à cette recherche.

Cartographie de la méthylation

Les modifications épigénétiques de l'ADN ont une profonde influence sur le développement, la maladie et la plupart des traits biologiques tout au long de la vie. Ils peuvent aider à déterminer les différences entre des cellules ayant des génomes par ailleurs identiques. L'un des changements épigénétiques les mieux étudiés est l'ajout à un ADN d'un groupe chimique méthylique – composé d'un atome de carbone et de trois hydrogènes – qui inhibe souvent l'activité d'un gène.

Le groupe méthyle se dégradant après la mort, ne peut donc pas être repéré dans l'ADN ancien. Cependant, une équipe dirigée par Liran Carmel, biologiste en informatique à l'Université hébraïque de Jérusalem, a découvert un moyen d'identifier les parties de l'ADN ancien qui avaient déjà été méthylées, en analysant les caractéristiques des dommages chimiques qui se propagent à l'ADN au fil du temps. En 2014, l’équipe de Carmel a identifié un gène du développement des membres pour lequel ces profils différaient entre les groupes éteints et les humains modernes..

Dans la dernière étude, Carmel et David Gokhman, biologiste en informatique, également à l'Université hébraïque de Jérusalem, ont dirigé une équipe qui a identifié des milliers de régions supplémentaires du génome dans lesquelles les schémas de méthylation de Denisovans et de Néandertaliens étaient distincts de ceux de l'homme moderne. Ils ont comparé celles-ci avec des bases de données de modifications épigénétiques dans les tissus humains – où les impacts sur l'expression des gènes sont connus – et ont produit une liste de centaines de gènes pour lesquels les niveaux d'expression différaient probablement entre les groupes archaïques et les humains modernes.

Pour relier cette liste à des caractéristiques anatomiques susceptibles d’affecter l’apparence des Denisovans, les chercheurs ont examiné une autre base de données, qui répertorie les effets physiques des mutations génétiques chez les personnes atteintes de maladies rares. Carmel et Gokhman ont estimé que la réduction de l'expression des gènes causée par la méthylation de l'ADN était à peu près analogue aux effets des mutations causant la maladie.

Comparaison de Néandertal

Avant d’appliquer leur méthode à Denisovans, les équipes de Carmel et Gokhman ont d’abord testé si elle pouvait prédire avec succès l’anatomie des Néandertaliens, connue de centaines de fossiles.

Selon Carmel, les prédictions relatives à l'apparence physique établies à l'aide de cette approche sont qualitatives et relatives. «Je peux vous dire que les doigts sont plus longs, mais je ne peux pas vous dire qu'ils sont plus longs de 2 millimètres», dit-il.

L'équipe a découvert 33 caractères de Néandertal qui pourraient potentiellement être prédits à partir des profils de méthylation. Les résultats ont prédit avec précision 29 de ces traits, par exemple que l'espèce avait des visages plus larges et des têtes plus plates que les humains modernes. Mais cela indiquait à tort que les empreintes entre les os du crâne fusionnés, appelées sutures, étaient plus larges chez l'homme.

Les chercheurs ont ensuite fait appel à la technique de Denisovans. Ils ont prédit que ces hominines partageaient de nombreux traits avec les Néandertaliens, tels que leur front bas et leur large cage thoracique, mais ont identifié quelques différences, notamment des mâchoires et des crânes plus larges. Bien qu'il soit impossible de savoir à quel point leur image est exacte, certaines des prédictions sont corroborées par les preuves fournies par Denisovan.

La caractéristique de Denisovan la mieux caractérisée dans les archives fossiles est la gigantesque molaire. Bien que les chercheurs n’aient pas été en mesure de le prédire – car la taille des molaires n’était pas dans la base de données utilisée -, ils ont néanmoins déterminé que les Denisovans avaient de longs arcades dentaires, une adaptation potentielle pour les grandes dents.

La mâchoire inférieure du plateau tibétain, vieille de 160 000 ans, correspondait aux prédictions de Gokhman et du Carmel en ce qui concerne 3 caractères sur 4. Et un morceau de crâne de Denisova Cave que Viola a présenté lors de réunions (mais pas encore décrit dans un document) suggère que le groupe avait des têtes larges – ce qui correspond à la reconstruction épigénétique. Cependant, une reconstruction du bout du doigt de Denisovan, publiée ce mois-ci, suggéraient que les leurs étaient plus minces que les humains – contrairement à l’épais doigts de Néandertal dans la prédiction.

«Je pense que la vue d'ensemble est correcte, mais avec les caractéristiques individuelles, il y a beaucoup de marge de manœuvre», déclare Viola. Bien qu'il soit impressionné par les prédictions, il ne sait pas comment elles vont aider à déterminer à quoi ressemblait réellement les Denisovans. Les os de Denisovan potentiels sont si rares que la plupart d'entre eux sont déjà testés pour l'ADN ou les protéines – le seul moyen de lier actuellement le lien au groupe disparu.

Il s’agit d’une «approche absolument valable», déclare Manolis Kellis, biologiste en informatique au Massachusetts Institute of Technology à Cambridge, qui utilise des données épigénétiques. Les auteurs font un bon travail de comptabilisation des incertitudes qui alimentent leurs prédictions, ajoute-t-il. "Les résultats obtenus sont assez robustes."

À l’avenir, les scientifiques pourraient utiliser l’épigénétique pour reconstituer l’anatomie des hominines provenant de fossiles fragmentés ou peut-être même de l’ADN de la terre, explique Pontus Skoglund, généticien des populations au Francis Crick Institute de Londres. Mais il pense que cette approche pourrait être très utile pour prédire des traits, tels que le comportement, qui ne laissent aucune trace dans les archives fossiles.