Le domaine de l'ADN ancien a révélé des aspects importants du passé évolutif humain, y compris les relations avec les Dénisoviens et les Néandertaliens. Ces études se sont appuyées sur l'ADN des os et des dents, qui stockent l'ADN et le protègent de l'environnement. Mais de tels restes squelettiques sont extrêmement rares, laissant une grande partie de l'histoire humaine inaccessible à l'analyse génétique.

Pour combler ces lacunes, des chercheurs de l'Institut Max Planck d'anthropologie évolutive ont développé de nouvelles méthodes pour enrichir et analyser l'ADN nucléaire humain à partir de sédiments, qui sont abondants sur presque tous les sites archéologiques. Jusqu'à maintenant, seul l'ADN mitochondrial a été récupéré des sédiments archéologiques, mais cela est d'une valeur limitée pour l'étude des relations entre les populations. L'avènement des analyses d'ADN nucléaire des sédiments offre de nouvelles opportunités d'enquêter sur le passé humain profond.

Les sédiments peuvent contenir du matériel génétique d'autres mammifères

Lors de l'extraction de l'ADN humain ancien des sédiments, les scientifiques devaient faire attention à éviter la quantité considérable d'ADN provenant d'autres mammifères, comme les ours et les hyènes. "Il y a beaucoup d'endroits dans le génome humain qui sont très similaires à l'ADN d'un ours, par exemple, " dit Benjamin Vernot, le premier auteur de l'étude. Les chercheurs ont spécifiquement ciblé des régions du génome où ils pouvaient être sûrs d'isoler uniquement l'ADN humain, et ils ont également conçu des méthodes pour mesurer leur succès dans l'élimination de l'ADN non humain. "Nous voulions être sûrs que nous ne regardions pas accidentellement une espèce inconnue d'hyène, " dit Vernot.

Les scientifiques ont appliqué leurs techniques pour étudier plus de 150 échantillons de sédiments provenant de trois grottes. Dans deux d'entre elles, les grottes Chagyrskaya et Denisova dans les montagnes de l'Altaï au sud de la Sibérie, des études précédentes avaient analysé l'ADN des os. Ainsi, les auteurs ont pu comparer l'ADN des sédiments à l'ADN des os. « Les techniques que nous avons développées sont très nouvelles, et nous voulions pouvoir les tester dans des endroits où nous savions à quoi nous attendre, " a déclaré Matthias Meyer, l'auteur principal de l'étude. Les chercheurs ont découvert que l'ADN des sédiments était le plus étroitement lié aux génomes extraits des os de ces sites, leur donnant confiance dans la robustesse de leurs méthodes.

De l'ADN nucléaire récupéré dans des grottes du nord de l'Espagne

Fouilles sur le troisième site, Galería de las Estatuas dans le nord de l'Espagne, dirigé par Juan Luís Arsuaga de l'Université Complutense de Madrid, avait découvert des outils de pierre couvrant une période comprise entre 70 et 115 000 ans. Mais un seul os d'orteil de Néandertal avait été trouvé, et il était trop petit pour échantillonner l'ADN. "Il n'y avait aucun moyen d'étudier la génétique des Néandertaliens qui vivaient à Estatuas, " a déclaré Asier Gómez-Olivencia, un scientifique de l'équipe Estatuas de l'Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea. L'ADN nucléaire extrait des sédiments a révélé que pas un, mais deux populations néandertaliennes avaient vécu dans la grotte, avec le groupe d'origine remplacé par un groupe ultérieur il y a environ 100 000 ans.

Lorsque les scientifiques ont comparé l'ADN des sédiments à d'autres échantillons squelettiques, ils ont remarqué une tendance frappante - il semblait y avoir eu deux « radiations » de Néandertaliens, avec la population d'Estatuas plus âgée issue d'un rayonnement, et la population plus jeune d'un deuxième événement. "Nous nous sommes demandé si ces radiations, avec le remplacement de la population dans les Estatuas, peut-être lié aux changements climatiques, ou aux changements dans la morphologie de Néandertal qui se sont produits autour de cette période - bien que nous ayons besoin de plus de données pour dire avec certitude, ", a déclaré Juan Luis Arsuaga.

De nouvelles perspectives sur le passé humain profond

Même pour les sites où des études ont déjà analysé l'ADN des os, il est possible de glaner de nouvelles connaissances à partir des sédiments. À la grotte Chagyrskaya, des études archéologiques antérieures avaient suggéré que les occupants néandertaliens appartenaient à une seule population, et n'y vécut que peu de temps. Mais comme les travaux précédents n'avaient récupéré qu'un seul génome de l'un des os trouvés sur le site, il n'y avait aucun moyen de dire s'il était représentatif de l'ensemble de la population qui vivait autour de la grotte Chagyrskaya. L'ADN sédimentaire a pu confirmer cette hypothèse. "Nous avons prélevé des échantillons de sédiments dans toute la stratigraphie, et ils ressemblaient tous beaucoup à l'ADN de l'os, même si l'ADN des sédiments provenait de plusieurs individus, " a déclaré Kseniya Kolobova à l'Institut d'archéologie et d'ethnographie, Académie russe des sciences, l'archéologue principal de la grotte Chagyrskaya.

"L'aube de l'analyse de l'ADN nucléaire des sédiments étend massivement la gamme d'options pour démêler l'histoire évolutive des humains anciens, " a déclaré Vernot. En libérant le domaine de l'ADN ancien des contraintes de trouver des restes humains et en augmentant le nombre de sites potentiellement propices à l'investigation, "nous pouvons maintenant étudier l'ADN de beaucoup plus de populations humaines, et de bien d'autres endroits, qu'on ne l'avait cru possible, " dit Meyer.