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Le génome des Papous, mémoire de l'humanité

Le génome des Papous, mémoire de l'humanité

10.12.2019, par
Les femmes du village d’Awin en Papouasie-Nouvelle-Guinée posent le temps d’une photo, juste après un sing-sing, une danse traditionnelle. Elles ont tenu ainsi, en costume et parure cérémoniels, à saluer l’équipe scientifique du projet Papuan Past avant son départ du village. (Cette photo fait partie des vingt lauréats du concours La preuve par l'image 2019 organisé par le CNRS, NDLR.)
Et si les secrets des origines de l'humanité étaient nichés au cœur de l'ADN des Papous ? Le projet Papuan Past combine des approches archéologiques et génomiques pour comprendre comment se sont établies et adaptées les populations humaines au cours des 50 derniers millénaires en Papouasie-Nouvelle-Guinée.

« Là-bas, si l'on veut emprunter la pirogue ou se laver dans la rivière, il vaut mieux le faire en pleine journée, car dès 18 heures, ils sortent. On voit des dizaines de paires d'yeux émerger de l’eau ». Là-bas ? En Papouasie-Nouvelle-Guinée. Ils ? Les crocodiles. En juin-juillet 2019, l’équipe de François-Xavier Ricaut, du laboratoire Évolution et diversité biologique1, a mené deux missions de terrain dans ce bout du monde, dans le cadre du projet Papuan Past.
 
Objectif : combiner des recherches génétiques et archéologiques en Papouasie afin de percer les secrets d’une partie de nos ancêtres, les tout premiers Homo sapiens à avoir mis le pied, il y a 65 à 50 000 ans, en Mélanésie. Le climat était alors très différent de celui d’aujourd’hui. La Terre était entrée depuis déjà plusieurs dizaines de milliers d’années dans une ère glaciaire. De ce fait, le niveau de la mer était environ 100 mètres plus bas qu’il ne l’est aujourd’hui. Les îles indonésiennes ne formaient alors qu’une immense langue de terre rattachée au reste de l’Asie, que les paléogéographes appellent Sunda. L’Australie, la Papouasie et la Tasmanie étaient quant à elles reliées en une gigantesque île : Sahul, qui ne pouvait être atteinte depuis Sunda qu’en traversant des bras de mer allant jusqu’à 100 kilomètres de large.

Carte de Sunda et de Sahul lors du dernier épisode de glaciation, il y a des dizaines de milliers d'années, lorsque le niveau de la mer était 100 mètres plus bas. Le projet Papuan Past cherche à en savoir plus sur les premiers Sahuliens qui s'y sont implantés, ancêtres des Papous et des Aborigènes australiens.
Carte de Sunda et de Sahul lors du dernier épisode de glaciation, il y a des dizaines de milliers d'années, lorsque le niveau de la mer était 100 mètres plus bas. Le projet Papuan Past cherche à en savoir plus sur les premiers Sahuliens qui s'y sont implantés, ancêtres des Papous et des Aborigènes australiens.

La trace des ancêtres

« Nous voulons comprendre qui étaient ces premiers “Sahuliens” (ancêtres des Aborigènes australiens et des Papous) qui, une fois arrivés à Sahul, ont donné naissance à une diversité culturelle et génétique parmi les plus riches du monde, précise François-Xavier Ricaut. Nous avons particulièrement à cœur de découvrir quelle(s) route(s) ce dernier ancêtre a emprunté pour peupler Sahul, et à quelle époque précise il y est arrivé. Ce notamment, afin de remonter la piste de la dernière sortie d’Afrique de l’Homme moderne ». Avec Papuan Past, les chercheurs s’évertuent à poser rien de moins qu’une nouvelle pièce, maîtresse, sur le puzzle de l’histoire de l’humanité.

Nous voulons comprendre qui étaient ces premiers “Sahuliens” (ancêtres des Aborigènes australiens et des Papous) qui, une fois arrivés à Sahul, ont donné naissance à une diversité culturelle et génétique parmi les plus riches du monde.

Tout cela, grâce aux Papous. Descendants directs des premiers Homo sapiens mélanésiens, les Papous ont conservé au cœur de leurs cellules, plus que tout autre humain sur cette planète, la trace de notre premier voyage aux confins du monde.  Arrivés au bout de la route, les premiers Homo sapiens mélanésiens n’ont, à quelques exceptions près, sans doute plus quitté ce territoire reculé. Tandis que les autres Sapiens, en Asie et en Europe, brassaient leurs génomes entre eux, tandis qu’au fil des millénaires, la trace de leurs pérégrinations se brouillait, le génome des premiers Papous, qui est aussi celui des premiers Aborigènes australiens, demeurait quasiment intact. Leur patrimoine génétique est unique au monde. Il comprend entre 2 et 4 % de l’ADN de l’Homme de Néandertal et entre 4 et 6 % de l’ADN de l’Homme de Denisova. Les Papous ne possèdent rien de moins que la mémoire de nos origines.

17 juin. Pour une semaine, l'équipe travaille dans la région du Sepik moyen, région luxuriante et marécageuse, au nord-ouest de la Papouasie-Nouvelle-Guinée. Parmi les Indiana Jones de la science aux côtés de François-Xavier Ricaut, il y a son collègue, Sébastien Plutniak, ainsi que Matthew Leavesley et Reubenson Gegeu, tous deux de l’Université de Papouasie-Nouvelle-Guinée. « Après 6 heures de pirogue sur la rivière Arafundi, un affluent du grand fleuve Sepik, nous avons marché jusqu’au village d’Awim, guidés par Sébi notre informateur local. C’était la saison sèche, et pourtant, nous avons évolué sous des pluies torrentielles, qui rendaient nos marches dans la jungle très difficiles. Après une journée de pirogue et de marche, nous avons été accueillis dans le village d'Awim, au rythme du sing-sing, une danse traditionnelle assez spectaculaire !

Pour rejoindre les villages et les sites à étudier, l'équipe de François-Xavier Ricaut a dû traverser jungle et cours d'eau dans des conditions parfois très périlleuses !
Pour rejoindre les villages et les sites à étudier, l'équipe de François-Xavier Ricaut a dû traverser jungle et cours d'eau dans des conditions parfois très périlleuses !

Pour enquêter sur les premiers Homo sapiens sahuliens, l'équipe entend décrypter l’ADN si particulier, si précieux, du peuple papou. L'objectif de ces missions de terrain est donc d'effectuer des prélèvements auprès des populations, en différents endroits de l'île, afin de collecter le plus de génomes possible et ainsi d’identifier à partir de cette cartographie génétique, un dénominateur commun : la trace des « ancêtres fondateurs ».

Mutations génétiques et horloge moléculaire

Le secret des chercheurs pour y parvenir ? La paléogénétique. L’information génétique est transmise d’une génération à l’autre, mais pas toujours à l'identique. Selon un rythme régulier, des nouveautés, appelées mutations, apparaissent et sont transmises aux descendants. Ce rythme de mutation sert en quelque sorte d’horloge, une horloge dite moléculaire : en comparant le nombre de mutations entre deux séquences (deux portions) d’ADN appartenant à deux individus différents, les chercheurs peuvent calculer à quelle époque ces deux individus ont divergé l’un de l’autre, et donc retrouver la période à laquelle vivait leur ancêtre commun. 

On pense que les homininés évoluaient à raison d’un kilomètre par an. Si des Sapiens sont arrivés ici il y a entre 65 000 et 50 000 ans, cela signifie qu’ils ont quitté l’Afrique il y a entre 75 000 et 60 000 ans.

« On a aujourd’hui les moyens techniques d’analyser une grande quantité de génomes, ce qui était impossible il y a encore quelques années, explique François-Xavier Ricaut. En séquençant l’ADN de nombreux Papous et Aborigènes australiens, on peut en quelque sorte remonter le temps ». Grâce à leur base de données génétiques, unique au monde pour cette région, les chercheurs sont en effet parvenus à établir un scénario de peuplement. Les premiers Homo sapiens auraient posé le pied à Sahul il y a de cela 65 à 50 000 ans. « Cela colle avec l’archéologie, se félicite François-Xavier Ricaut  Madjebebe en Australie et Ivane en Papouasie-Nouvelle-Guinée, les deux plus vieux sites d’occupation humaine connus, ont respectivement -65 000 et -49 000 ans. Mais ce scénario demande bien sûr à être vérifié ».

Connaître la date de peuplement de Sahul est crucial pour connaître l’origine des Papous et des Aborigènes australiens. Mais pas uniquement. S’ils savent à quel moment précis Sapiens est arrivé ici, les chercheurs peuvent en déduire le moment où il a quitté l’Afrique. « On pense que les homininés évoluaient à raison d’un kilomètre par an. Si des Sapiens sont arrivés ici il y a entre 65 000 et 50 000 ans, cela signifie qu’ils ont quitté l’Afrique il y a entre 75 000 et 60 000 ans. »
 

L'équipe scientifique présente le projet aux populations qu'il veulent pleinement intégrer aux recherches. L'accueil est souvent très favorable et les volontaires nombreux.
L'équipe scientifique présente le projet aux populations qu'il veulent pleinement intégrer aux recherches. L'accueil est souvent très favorable et les volontaires nombreux.

Peuplement et dispersion

Les saventuriers sont aussi là pour résoudre une question qui mobilise aujourd’hui de nombreux paléontologues dans le monde : quel a été le point d’entrée de Sapiens à Sahul ? Ils veulent tester deux hypothèses : la première, le Nord, par les Célèbes et la « tête de l’oiseau » en Nouvelle-Guinée, ou la seconde, le Sud, par Timor et le plateau continental australien. Et comment se sont-ils dispersés ensuite dans Sahul : par la cordillère centrale, ou à travers la plaine de l’Arafura au sud (aujourd’hui immergée) ? (voir carte). « Nos premières analyses suggèrent que les populations actuelles de Papouasie-Nouvelle-Guinée sont majoritairement issues d'une colonisation depuis le sud-est de l'île ». L’équipe a donc effectué des prélèvements auprès des populations de Daru au sud de la Papouasie-Nouvelle-Guinée, en bordure de la mer de l’Arafura, face à l’Australie. Le génome de ces femmes et de ces hommes pourrait en effet être très proche de celui des « ancêtres fondateurs ». Pour confirmer ce scénario, de nouvelles analyses s’imposent et donc, de nouveaux prélèvements. 

François-Xavier Ricaut pratique examens et prélèvements sur un volontaire dans la province de Chimbu. Il enregistre ici la capacité pulmonaire afin de comprendre l'adaptation à l'altitude.
François-Xavier Ricaut pratique examens et prélèvements sur un volontaire dans la province de Chimbu. Il enregistre ici la capacité pulmonaire afin de comprendre l'adaptation à l'altitude.

« Après les présentations et cérémonies d’usage, les gens sont en général très enthousiastes envers notre travail si bien que lors de cette campagne, nous avons manqué de matériel de prélèvement, tant il y avait de candidats !, se souvient François-Xavier Ricaut. Nous faisons ces prélèvements avec le plus de bienveillance et de transparence possible. Pas question de les faire au détriment des Papous, “juste” pour faire avancer la science. Nous tenons à les rendre partie prenante de nos recherches. »

Nous pensons que, pour échapper à l’endogamie, ces premiers Papous se sont organisés en petits groupes régionaux avec chacun des différences culturelles très marquées.

Durant sept jours, François Xavier Ricaut et ses co-équipiers ont arpenté le Sepik, marché des heures dans la jungle inextricable, navigué en pirogue de village en village pour récolter des échantillons provenant d’individus et de communautés très divers. « Plus nous aurons de données différentes, plus nous pourrons comparer les individus entre eux et, via la technique de l’horloge moléculaire, remonter aux ancêtres fondateurs et à leur route de dispersion, espère le chercheur. Cette diversité nous permet déjà de tirer des informations très précises sur les premiers Sapiens qui ont accosté à Sahul. Nous pensons en effet qu'ils étaient constitués d’au moins six groupes génétiques distincts et d’environ 1 500 individus. »

Ces premiers Papous et leurs descendants ont bâti un ensemble de cultures extraordinaire. Au fil des millénaires, huit cents langues différentes ont émergé : soit 20 % de toutes les langues parlées sur la planète ! Une remarquable diversité, qui est sans doute le fruit d’une nécessité. Dans ce monde isolé, ces familles d'ancêtres fondateurs étaient en proie à la consanguinité. Or, lorsque le patrimoine génétique d’un groupe s’appauvrit, ce dernier est plus exposé aux maladies et finit par s’éteindre. « Nous pensons que, pour échapper à l’endogamie, ces premiers Papous se sont organisés en petits groupes régionaux avec chacun des différences culturelles très marquées », explique François-Xavier Ricaut.

L'archéologie pour confirmer la génétique

Le 25 juin, changement de décor. Après une escale à Port Moresby, la capitale de la Papouasie-Nouvelle-Guinée, l’équipe a pris ses quartiers à Manim, un village situé non plus dans le Sepik mais dans les Highlands, une région où les montagnes, couvertes d'épaisses forêts de fougères arborescentes, peuvent culminer à 4 500 mètres d'altitude.
 

Un des membres de l’équipe photographie des mains négatives sur la paroi rocheuse du site de Pundinbung dans la Province est du Sepik.
Un des membres de l’équipe photographie des mains négatives sur la paroi rocheuse du site de Pundinbung dans la Province est du Sepik.

L'objectif de cette seconde partie d'expédition : confirmer ce que dit la génétique avec l'archéologie. Ici, entre les villages d'altitude, les chercheurs espèrent trouver d’autres sites anciens de peuplement (outre Ivane et Madjebebe), idéalement placés sur la route que leurs analyses génétiques commencent à tracer. « Nous avons installé notre camp de base près de l’abri rocheux de Manim, près de la rivière qui porte le même nom, à 1 770 mètres d'altitude dans la vallée de Wurup », raconte François-Xavier Ricaut. La zone est constituée de jardins où les communautés locales font pousser une grande variété de fruits et légumes exotiques : bananes, canne sucre, fruits de la passion, patates douces, arachides, taro, avocats… « Cela nous a rappelé que la Papouasie-Nouvelle-Guinée est le plus ancien centre d’agriculture/horticulture au monde (daté à 9 000 ans sur le site de Kuk à quelques kilomètres de Manim) », poursuit-il.

Grâce aux Papous, nous retraçons peu à peu l’arrivée des premiers Sapiens au bout du monde. Il nous reste désormais à affiner leur route, le nombre d’individus qui composaient ces pionniers, mais aussi quel patrimoine génétique exact ils ont hérité de Denisova (...)

En plus d’étudier cet abri, les chercheurs ont prospecté dans les Highlands à la recherche d’autres sites de peuplement. Avec pour objectif de mieux connaître le mode de vie des premiers Mélanésiens. « Dans les strates de certains abris, les restes d'une impressionnante mégafaune ont été découverts. Nous pensons donc qu'à l’époque où Sapiens est arrivé à Sahul, il a rencontré toute une population de gros animaux endémiques de Sahul, qu’il n’avait jamais vus avant : diprotodon, zygomaturus, palorchestes… Il y avait de quoi se croire propulsé dans un autre monde ! D'ailleurs, la tradition orale papoue regorge dans certaines régions d'histoires d'animaux fantastiques, probablement héritées de l'époque des pionniers », explique François-Xavier Ricaut.

En examinant les strates les plus récentes dans ces anciens lieux de vie, les chercheurs ne trouvent plus aucune trace de cette mégafaune. Sans doute parce qu’elle s’est progressivement éteinte dans les millénaires qui ont suivi l’arrivée de l’Homme, à cause de la pression anthropique (chasse, feu de forêt, etc.), mais aussi du changement climatique engendré par la glaciation de l’époque. « Il est possible que privés de faune, les premiers Mélanésiens se soient davantage appuyés sur les ressources végétales : dans certains sites, nous retrouvons des traces d’outils pour déforester, on observe aussi que le bol alimentaire change, qu’il est principalement constitué de végétaux. D’ailleurs, la cuisine végétale qu’ils ont inventée à l’époque fait toujours partie intégrante de la culture papoue ! » raconte le chercheur.

Privés de faune, les premiers Mélanésiens se sont sûrement appuyés sur les ressources végétales. La cuisine végétale qu’ils ont inventée à l’époque fait toujours partie intégrante de la culture papoue.
Privés de faune, les premiers Mélanésiens se sont sûrement appuyés sur les ressources végétales. La cuisine végétale qu’ils ont inventée à l’époque fait toujours partie intégrante de la culture papoue.

Faire parler l'ADN

4 juillet. Avant de rentrer en France, François-Xavier Ricaut et son équipe font un crochet par l'Université de Melbourne, en Australie. C'est là, au laboratoire de génomique intégrative (Melbourne Integrative Genomics), qu'une partie des échantillons ADN récoltés sur le terrain est analysée. L'autre partie est étudiée à l'Université de Toulouse, dotée de machine de séquençage de l'ADN de dernière génération. « Grâce aux Papous, nous retraçons peu à peu l’arrivée des premiers Sapiens au bout du monde. Il nous reste désormais à affiner leur route, le nombre d’individus qui composaient ces pionniers, mais aussi quel patrimoine génétique exact ils ont hérité de Denisova, cet homininé encore inconnu il y a dix ans, mais qui peuplait la Terre en même temps que Néandertal et Sapiens. Cet homininé avec lequel les premiers Mélanésiens se sont hybridés tout au long de leur route asiatique vers Sahul, mais aussi, comme nos dernières études le suggèrent, à Sahul même », précise François-Xavier Ricaut.

De nombreuses questions restent encore en suspens : « Nous savons que les Papous, descendants de ces pionniers, possèdent 4 à 6 % de gènes de Denisova. Mais à quoi servent précisément ces gènes ? Les premières données suggèrent qu’ils confèrent à leurs détenteurs une bonne réponse immunitaire face aux maladies et un métabolisme particulier des lipides. Mais portent-ils encore d’autres gènes archaïques utiles, voire déterminants ? Ces mêmes gènes ont-ils été légués à l'ensemble de l'humanité ? » s'interroge le chercheur. Le génome si précieux des Papous devrait le révéler. 

Pour en savoir plus
Papuan Past Projet, Archaelology and Genetics in Papua New Guinea

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Notes
  • 1. Unité CNRS/Université Toulouse III Paul-Sabatier/École nationale de formation agronomique/IRD.

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