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Qu’est-ce qui différencie votre cerveau de celui de Neandertal ?

Crédits : Courtesey E. Daynes

Des chercheurs ont identifié une mutation dans notre ADN qui a peut-être aidé à distinguer l’esprit de nos ancêtres de celui de Neandertal et d’autres parents disparus. Cette mutation, qui s’est produite au cours des dernières centaines de milliers d’années, semble en effet stimuler la production de neurones dans la partie du cerveau que nous utilisons pour nos formes de pensée les plus complexes. Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Science.

L’idée que Neandertal était beaucoup plus primitif que les humains modernes est aujourd’hui dépassée. Il y a trois ans, les analyses de plusieurs dizaines squelettes avaient en effet suggéré que ce dernier soignait aussi ses malades et venait en aide aux femmes enceintes.

Nous savons également que les Néandertaliens, souvent dépeints comme des êtres sanguinaires, n’étaient finalement pas plus violents que l’Homme moderne. Plus récemment, nous avons aussi appris que leurs nouveau-nés avaient un poids comparable à celui des nôtres, indiquant une histoire gestationnelle probablement semblable.

Enfin, une étude publiée l’année dernière dans Nature Ecology & Evolution nous révélait également que les Néandertaliens avaient développé la capacité de percevoir et de produire des sons de la parole humaine.

Notre ancien cousin n’était donc pas stupide et semble avoir exploité tout son potentiel. Cependant, il n’en restait pas moins limité dans une certaine mesure comparé à Homo Sapiens. Une nouvelle étude vient en effet de livrer plusieurs différences frappantes dans le développement du cerveau entre nos deux espèces.

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Crédits : Nikola Solic

Des dizaines de mutations spécifiques à l’Homme moderne

La caractéristique la plus évidente du cerveau humain est sa taille quatre fois plus grande que celle de nos plus proches parents vivants, les chimpanzés. Le lobe frontal humain, essentiel pour certaines de nos pensées les plus complexes, produit également beaucoup plus de neurones que dans le leur. Cependant, comparer les humains avec les chimpanzés nous heurte à certaines limites. Et pour cause, notre ancêtre commun le plus récent aurait vécu il y a environ sept millions d’années.

Pour combler ce fossé, des chercheurs ont dû se tourner vers nos ancêtres les plus récents. En inspectant les crânes de plusieurs espèces d’hominidés, les paléoanthropologues ont découvert que la taille du cerveau de ces derniers avait considérablement augmenté à partir d’il y a environ deux millions d’années, avant d’atteindre leur taille actuelle il y a environ 600 000 ans. À cette époque, les Néandertaliens avaient des cerveaux aussi gros que les nôtres. Cependant, la taille ne fait pas tout.

Les cerveaux de Neandertal étaient en effet plus allongés que les nôtres, probablement parce que certaines régions cérébrales ont évolué différemment. Pour en apprendre davantage, les chercheurs ont tenté d’exploiter les quelques restes d’ADN miraculeusement conservés à l’intérieur de fossiles de nos anciens cousins. Grâce à ces précieuses données, ils ont pu reconstruire des génomes entiers de Néandertaliens ainsi que de leurs cousins ​​orientaux, les Dénisoviens.

Munis de ces informations, les scientifiques ont examiné les différences potentiellement cruciales entre notre génome et celui de ces deux espèces éteintes. L’ADN humain contient environ 19 000 gènes. Les protéines codées par ces gènes sont pour la plupart identiques à celles de nos cousins. Cependant, les chercheurs ont pu identifier 96 mutations spécifiques à l’Homme moderne. Et d’après cette étude, l’une d’entre elles semble modifier un gène appelé TKTL1. Or, nous savons que TKTL1 est très actif dans le cortex cérébral humain en développement, en particulier dans le lobe frontal qui joue un rôle clé dans les fonctions cognitives.

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Famille de Neandertal. Crédits : Field Museum.

Trois expériences confirment le rôle clé de TKTL1

Dans le cadre d’expériences, les chercheurs ont dans un premier temps injecté la version humaine de ce gène dans le cerveau en développement de souris et de furets. Ils ont alors découvert que cela incitait les cerveaux de ces deux animaux à produire plus de neurones.

Les chercheurs ont ensuite mené des expériences sur des cellules humaines en utilisant des fragments de tissu cérébral fœtal obtenus grâce au consentement de femmes ayant avorté. Après avoir utilisé des ciseaux moléculaires pour extraire le gène TKTL1 des cellules des échantillons de tissus, ils ont découvert que le tissu cérébral humain produisait moins de cellules dites progénitrices (qui produisent des neurones).

Enfin, dans le cadre d’une troisième série d’expériences, l’équipe a développé des cerveaux miniatures de Neandertal. Pour ce faire, ils ont utilisé une cellule souche embryonnaire humaine, modifiant son gène TKTL1 afin qu’il ne porte plus la mutation humaine et intégrant d’autres mutations trouvées chez nos parents, y compris les Néandertaliens.

Ils ont ensuite placé la cellule souche dans un « bain de produits chimiques » qui a permis in fine de produire un amas de tissu cérébral en développement (organoïde cérébral). Cet organoïde a généré des cellules cérébrales progénitrices qui ont ensuite produit un cortex miniature composé de couches de neurones. Résultat : l’organoïde de type Neandertal a produit moins de neurones que ceux avec la version humaine de TKTL1.

D’autres différences clés

En fin de compte, ces trois séries d’expériences semblent prouver qu’un simple ajout de gêne aurait eu un effet dramatique sur la production de neurones chez les humains modernes.

Naturellement, cette nouvelle découverte ne signifie pas que TKTL1 fait de nous ce que nous sommes profondément à lui tout seul. D’autres chercheurs examinent actuellement les dizaines d’autres mutations connues susceptibles d’avoir joué un rôle dans les trajectoires d’évolution de l’Homme moderne et de Neandertal.

En juillet dernier, une équipe rapportait d’ailleurs que deux autres mutations connues modifiaient le rythme de division des cellules cérébrales en développement. L’année dernière, une équipe de l’Université de Californie avait également découvert qu’une autre mutation semblait modifier le nombre de connexions que les neurones humains établissent entre eux.