Les scientifiques ont découvert une faille dans notre ADN qui aurait pu aider à différencier l’esprit de nos ancêtres de celui des Néandertaliens et d’autres parents disparus.
La mutation, apparue au cours des dernières centaines de milliers d’années, stimule le développement de plus de neurones dans la partie du cerveau que nous utilisons pour nos formes de pensée les plus complexes, selon une nouvelle étude publiée jeudi dans Science.
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“Ce que nous avons trouvé est un gène qui contribue certainement à faire de nous des êtres humains”, a déclaré Wieland Huttner, neuroscientifique à l’Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique à Dresde, en Allemagne, et l’un des auteurs de l’étude.
Le cerveau humain nous permet de faire des choses que d’autres espèces vivantes ne peuvent pas, comme utiliser un langage complet et faire des plans compliqués pour l’avenir. Depuis des décennies, les scientifiques comparent l’anatomie de notre cerveau à celle d’autres mammifères pour comprendre comment ces capacités sophistiquées ont évolué.
La caractéristique la plus évidente du cerveau humain est sa taille : quatre fois plus grande que celle des chimpanzés, nos plus proches parents vivants.
Notre cerveau possède également des caractéristiques anatomiques distinctives. La région du cortex juste derrière nos yeux, connue sous le nom de lobe frontal, est essentielle pour certaines de nos pensées les plus complexes. Selon une étude de 2018, le lobe frontal humain a beaucoup plus de neurones que la même région chez les chimpanzés.
Mais comparer les humains aux singes vivants a un sérieux défaut : notre ancêtre commun le plus récent avec les chimpanzés a vécu il y a environ 7 millions d’années. Pour combler ce qui s’est passé depuis lors, les scientifiques ont dû se tourner vers les fossiles de nos ancêtres les plus récents, connus sous le nom d’hominidés.
En inspectant les crânes d’hominidés, les paléoanthropologues ont découvert que la taille du cerveau de nos ancêtres avait considérablement augmenté à partir d’il y a environ 2 millions d’années. Ils ont atteint la taille des humains vivants il y a environ 600 000 ans. Les Néandertaliens, parmi nos plus proches parents d’hominidés disparus, avaient des cerveaux aussi gros que les nôtres.
Mais les cerveaux de Néandertal étaient allongés, tandis que les humains ont une forme plus sphérique. Les scientifiques ne peuvent pas dire ce qui explique ces différences. Une possibilité est que diverses régions du cerveau de nos ancêtres ont changé de taille.
Ces dernières années, les neuroscientifiques ont commencé à étudier les cerveaux anciens avec une nouvelle source d’informations : des fragments d’ADN conservés dans des fossiles d’hominidés. Les généticiens ont reconstruit des génomes entiers de Néandertaliens, ainsi que de leurs cousins orientaux, les Dénisoviens.
Les scientifiques se sont concentrés sur les différences potentiellement cruciales entre notre génome et les génomes des Néandertaliens et des Denisoviens. L’ADN humain contient environ 19 000 gènes. Les protéines codées par ces gènes sont pour la plupart identiques à celles des Néandertaliens et des Denisoviens. Mais les chercheurs ont trouvé 96 mutations spécifiques à l’homme qui ont changé la structure d’une protéine.
En 2017, Anneline Pinson, chercheuse du laboratoire de Huttner, examinait cette liste de mutations et en remarqua une qui modifiait un gène appelé TKTL1. Les scientifiques savent que TKTL1 devient actif dans le cortex humain en développement, en particulier le lobe frontal.
“Nous savons que le lobe frontal est important pour les fonctions cognitives”, a déclaré Pinson. “C’était donc une bonne indication qu’il pourrait être un candidat intéressant.”
Pinson et ses collègues ont effectué des expériences initiales avec TKTL1 chez des souris et des furets. Après avoir injecté la version humaine du gène dans le cerveau en développement des animaux, ils ont découvert que cela incitait les souris et les furets à produire plus de neurones.
Ensuite, les chercheurs ont mené des expériences sur des cellules humaines, en utilisant des fragments de tissu cérébral fœtal obtenus grâce au consentement de femmes ayant avorté dans un hôpital de Dresde. Pinson a utilisé des ciseaux moléculaires pour couper le gène TKTL1 des cellules dans les échantillons de tissus. Sans elle, le tissu cérébral humain produit moins de cellules progénitrices qui donnent naissance aux neurones.
Pour leur dernière expérience, les chercheurs ont entrepris de créer un cerveau miniature semblable à celui d’un Néandertalien. Ils ont commencé avec une cellule souche embryonnaire humaine, modifiant son gène TKTL1 afin qu’il ne porte plus la mutation humaine. Au lieu de cela, il portait la mutation trouvée chez nos parents, y compris les Néandertaliens, les chimpanzés et d’autres mammifères.
Ils ont ensuite placé la cellule souche dans un bain de produits chimiques qui l’a amenée à se transformer en un amas de tissu cérébral en développement, appelé organoïde cérébral. Il a généré des cellules cérébrales progénitrices, qui ont ensuite produit un cortex miniature composé de couches de neurones.
L’organoïde cérébral de type Néandertal a produit moins de neurones que les organoïdes avec la version humaine de TKTL1. Cela suggère que lorsque le gène TKTL1 a muté, nos ancêtres ont pu produire des neurones supplémentaires dans le lobe frontal. Bien que ce changement n’ait pas augmenté la taille globale de notre cerveau, il aurait pu réorganiser son câblage.
“C’est vraiment un tour de force”, a déclaré Laurent Nguyen, neuroscientifique à l’Université de Liège en Belgique qui n’a pas participé à l’étude.
La nouvelle découverte ne signifie pas que TKTL1 offre à lui seul le secret de ce qui fait de nous des êtres humains. D’autres chercheurs examinent également la liste des 96 mutations qui modifient les protéines et mènent leurs propres expériences avec des organoïdes.
D’autres membres du laboratoire de Huttner ont rapporté en juillet que deux autres mutations modifient la vitesse à laquelle les cellules cérébrales en développement se divisent. L’année dernière, une équipe de chercheurs de l’Université de Californie à San Diego a découvert qu’une autre mutation semble modifier le nombre de connexions que les neurones humains établissent entre eux.
D’autres mutations peuvent également être importantes pour notre cerveau. Par exemple, à mesure que le cortex se développe, les neurones individuels doivent migrer pour trouver leur place. Nguyen a noté que certaines des 96 mutations propres aux humains ont modifié des gènes susceptibles d’être impliqués dans la migration cellulaire. Il spécule que nos mutations peuvent amener nos neurones à se déplacer différemment des neurones d’un cerveau de Néandertal.
“Je ne pense pas que ce soit la fin de l’histoire”, a-t-il déclaré. “Je pense que plus de travail est nécessaire pour comprendre ce qui nous rend humains en termes de développement du cerveau.”
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