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Des duplications géniques ont-elles boosté le cerveau de nos ancêtres ?

Deux études complémentaires et publiées en même temps montrent que la duplication d’un gène aurait pu aider nos ancêtres vivant il y a 2,5 millions d’années à acquérir un cerveau plus performant, et à le transmettre aux générations suivantes. Mais si tel est le cas, un seul gène ne peut à lui tout seul expliquer l'hominisation.

Le cerveau humain est approximativement deux fois plus volumineux que celui de son plus proche cousin, le chimpanzé. Mais le secret de la performance cérébrale réside aussi dans les connexions entre les neurones. Or le gène Srgap2c semble jouer à son avantage. © Patrick J. Lynch, Wikipédia, cc by 2.5 Le cerveau humain est approximativement deux fois plus volumineux que celui de son plus proche cousin, le chimpanzé. Mais le secret de la performance cérébrale réside aussi dans les connexions entre les neurones. Or le gène Srgap2c semble jouer à son avantage. © Patrick J. Lynch, Wikipédia, cc by 2.5

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On n’est jamais à l’abri d’une erreur. Lorsque les enzymes impliquées dans la réplication de l’ADN recopient les quelques milliards de nucléotides contenus dans chaque cellule, il arrive, exceptionnellement, qu’un gène soit dupliqué et qu’une seconde version s’intercale au milieu de la longue séquence. Depuis les 6 millions d’années qui nous séparent de notre dernier ancêtre commun avec le chimpanzé, ce processus s’est produit une trentaine de fois.

C’est arrivé notamment au gène Srgap2, qui contribue au développement du néocortex, une structure du cerveau notamment impliquée dans le langage et la conscience. Il n’existe pas sous deux, mais sous quatre versions dans les cellules humaines. Tous ces variants sont portés par le chromosome 1. Le gène originel Srgap2a s’est dupliqué une première fois il y a environ 3,4 millions d’années, en Srgap2b. Ce dernier s’est lui-même dédoublé à deux reprises : une fois il y a 2,4 millions d’années (Srgap2c), et une fois il y a 1 million d’années (Srgap2d).

Srgap2, un gène clé

Dans une étude publiée dans la revue Cell, Evan Eichler et son équipe de l’université du Washington (Seattle) ont étudié les différentes versions de plus près, qui correspondent à chaque fois à des versions tronquées de leur ancêtre. Cependant, cela n’empêche pas le gène Srgap2c de coder pour une protéine fonctionnelle. Ce même gène a été retrouvé dans chacun des 2.000 génomes qu’ils ont étudiés, soulignant son importance, voire son caractère indispensable.

Plus intéressant encore : la date de son apparition. Comme évoqué plus haut, les chercheurs estiment qu’il s’est intégré au génome humain il y a environ 2,4 millions d’années chez nos ancêtres. C’est justement à cette époque que les premiers hommes (Homo habilis) ont fait leur apparition, mettant au point les premiers outils de pierre. Faut-il y voir un lien ?

Homo habilis, l'Homme habile, est considéré comme le plus ancien membre du genre humain. Il a vécu entre 2,4 et 1,4 million d'années, en Afrique. Aurait-il été aidé par le gène Srgap2c pour créer l'outil ? © 120, Wikipédia, cc by sa 3.0
Homo habilis, l'Homme habile, est considéré comme le plus ancien membre du genre humain. Il a vécu entre 2,4 et 1,4 million d'années, en Afrique. Aurait-il été aidé par le gène Srgap2c pour créer l'outil ? © 120, Wikipédia, cc by sa 3.0

Pourquoi pas, suggère une seconde étude publiée dans la même édition de la revue, cette fois par l’équipe de Franck Polleux, du Scripps Research Institute de La Jolla (Californie). Ces scientifiques ont remarqué que la protéine SRGAP2C inhibe l’action de son ancêtre SRGAP2A.

Des cerveaux mieux connectés, et donc plus performants ?

Ce gène humain a donc été intégré dans le génome de souris en développement. De manière surprenante, la croissance du cerveau est devenue plus lente, mais cela s’explique par une augmentation de 50 à 60 % du nombre d’épines dendritiques, des liens connectifs entre les neurones. « Si on accroît le nombre total de connexions, on accroît probablement les capacités du réseau à traiter l’information, explique Franck Polleux. C’est comme augmenter le nombre de processeurs dans un ordinateur. » Globalement cependant, le volume cérébral n’évolue pas.

D’autre part, le gène Srgap2c pourrait accroître la vitesse de migration des neurones dans l’encéphale. Ainsi, les auteurs pensent que cette faculté aurait pu aider les neurones à se déplacer sur de longues distances dans les cerveaux plus larges des premiers Hommes et de leurs successeurs, si l’on se replace dans le contexte préhistorique de leur apparition. Franck Polleux et son équipe voudraient maintenant tester l’effet de ce gène chez le ouistiti pour travailler sur un modèle primate.

Cependant, ce modèle monogénique pour expliquer de meilleures performances intellectuelles, et donc une partie de l'hominisation, est sûrement un peu simpliste. Les deux équipes de chercheurs le reconnaissent. Néanmoins, Srgap2c est peut-être l’une des nombreuses modifications génétiques qui a contribué à l’évolution des hominidés en êtres humains.


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