Comment nous, les humains, sommes devenus ce que nous sommes aujourd’hui est une question à laquelle les scientifiques tentent depuis longtemps de répondre. Comment avons-nous développé des compétences cognitives aussi avancées qui ont conduit à un langage complexe, à la poésie et à la science des fusées? En quoi le cerveau humain moderne diffère-t-il de ceux de nos plus proches parents évolutionnaires, tels que: Néandertaliens et Denisovans?

En réintroduisant des gènes anciens de telles espèces éteintes dans «mini-cerveaux» humains – Des grappes de cellules souches cultivées dans un laboratoire qui s’organisent en minuscules versions du cerveau humain – Les scientifiques ont commencé à trouver de nouveaux indices.

La plupart de ce que nous savons sur l’évolution humaine vient de l’étude des fossiles et des os anciens. Nous savons que les Néandertaliens et les Denisoviens diffèrent des humains il y a environ 500 000 à 600 000 anset que les derniers Néandertaliens ont disparu d’Europe il y a seulement environ 40 000 ans.

La recherche a également montré que les humains et les Néandertaliens hybrideet que les Néandertaliens étaient nombreux plus demandant qu’on ne le pensait auparavant.

De l’étude de la taille et de la forme crâne fossiliséNous savons également que les cerveaux humains archaïques avaient à peu près la taille, sinon plus, des crânes humains modernes et semblent avoir des formes différentes. Alors que de telles variations peuvent être corrélées avec différentes capacités et fonctions cognitives, les fossiles seuls ne peuvent pas expliquer comment les formes affectent la fonction. Heureusement, les progrès récents de la technologie ont ouvert une nouvelle façon de comprendre en quoi nous sommes différents de nos parents disparus.

Homo sapiens contre Néandertaliens.
Wikipédia, CC BY-SA

Le séquençage de l’ADN ancien a permis aux scientifiques de comparer les gènes des Néandertaliens et des Denisoviens avec ceux des humains modernes. Cela a aidé Identifier les différences et les similitudesCela montre que nous partageons l’essentiel de notre ADN avec les Néandertaliens et les Denisoviens.

Néanmoins, il existe des variantes génétiques dans certaines régions qui ne sont portées que par les humains modernes. Ces régions d’ADN spécifiques à l’homme peuvent être responsables de caractéristiques qui séparent notre espèce de nos parents disparus. Lorsque nous comprenons comment ces gènes fonctionnent, nous pouvons en apprendre davantage sur les propriétés propres aux humains modernes.

Des études comparant les séquences d’ADN archaïques et modernes ont trouvé des différences dans les gènes important pour la fonction, le comportement et le développement du cerveau – en particulier les gènes impliqués dans la division cellulaire et les synapses (qui transportent l’influx nerveux électrique entre les cellules). Ceux-ci suggèrent que le cerveau humain mûrit plus lentement que celui des Néandertaliens.

En particulier, le développement du cortex orbitofrontal les nourrissons soupçonnés d’être impliqués dans la cognition d’ordre supérieur telle que la prise de décision peuvent avoir subi un changement significatif mais subtil depuis leur rupture avec les Néandertaliens. Les humains atteignent également la maturité sexuelle plus tard que leurs ancêtres, ce qui peut expliquer pourquoi nous vivons plus longtemps.

Cerveaux en croissance

On ne sait pas depuis longtemps quels changements évolutifs étaient les plus importants. Une équipe de scientifiques dirigée par Alysson Muotri à l’Université de Californie, San Diego, a récemment publié une étude dans Science qui jette un peu de lumière sur la question.

Ils l’ont fait en cultivant des mini-cerveaux – connus scientifiquement sous le nom d ‘«organoïdes» – à partir de cellules souches prélevées sur la peau. Les organoïdes cérébraux ne sont pas aussi conscients que nous – ils sont très simples et, en raison d’un manque d’approvisionnement en sang, n’atteignent pas des tailles supérieures à cinq ou six millimètres. Mais ils peuvent envoyer des ondes cérébrales et former des réseaux de neurones relativement complexes qui répondent à la lumière.

L’équipe a ajouté une version éteinte d’un gène impliqué dans le développement du cerveau dans les organoïdes Prix ​​Nobel de la technologie CRISPR Cas9, connus sous le nom de «ciseaux génétiques», qui permettent l’édition et la manipulation précises des gènes.

Image de l'organoïde du cerveau humain.
Organoïde du cerveau humain.
NIH / Flickr

Nous savons que l’ancienne version du gène était présente chez les Néandertaliens et les Denisoviens, tandis qu’une mutation a plus tard transformé le gène en la version actuelle que les humains modernes portent.

Les organoïdes construits ont montré plusieurs différences. Ils se sont développés plus lentement que les organoïdes humains et ont modifié la façon dont les neurones forment des connexions. Ils étaient également plus petits et avaient des surfaces rugueuses et complexes par rapport aux organoïdes humains modernes lisses et sphériques.

Une mutation motrice?

L’étude a identifié 61 gènes qui diffèrent entre les humains modernes et archaïques. L’un de ces gènes est NOVA1, qui joue un rôle essentiel dans la régulation de l’activité d’autres gènes au cours du développement précoce du cerveau. Il joue également un rôle dans la formation des synapses.

Il a été précédemment constaté que l’activité altérée de NOVA1 provoquait des troubles neurologiques tels que la microcéphalie (qui conduit à une petite tête), des convulsions, des retards de développement sévères et un trouble génétique appelé dysautonomie familialeCela suggère qu’il est important pour le fonctionnement normal du cerveau humain. La version que les gens modernes portent a un changement dans une seule lettre du code. Ce changement fait que le produit du gène, la protéine NOVA1, a une composition différente et peut-être une activité différente.

Image des premières personnes assises près du feu.
Y a-t-il eu un gène qui a fait de nous des humains?
Gorodenkoff / Shutterstock

Lors de l’analyse des organoïdes, les scientifiques ont découvert que le gène archaïque NOVA1 modifiait l’activité de 277 autres gènes – dont beaucoup sont impliqués dans la création de synapses et de connexions entre les cellules cérébrales. En conséquence, les mini-cerveaux avaient un réseau de cellules différent de celui d’un humain moderne.

Cela signifie que la mutation de NOVA1 a provoqué des changements significatifs dans notre cerveau. Un changement dans une seule lettre du code ADN peut déclencher un nouveau niveau de fonction cérébrale chez les humains modernes. Ce que nous ne savons pas, c’est comment exactement cela s’est passé.

L’équipe a annoncé qu’elle continuerait à poursuivre les découvertes fascinantes en examinant plus en détail les 60 autres gènespour voir ce qui se passe si vous changez chacun d’eux ou une combinaison de plusieurs.

C’est sans aucun doute un domaine de recherche fascinant où les organoïdes fournissent des informations importantes sur le cerveau de ces espèces anciennes. Mais nous ne sommes qu’au début. La manipulation d’un seul gène ne capture pas la vraie génétique de Néandertal et de Denisovan. Mais cela pourrait encore aider les scientifiques à comprendre le fonctionnement de certains gènes spécifiques à l’homme.



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