Document d’appel : la découverte de fossiles dans la grotte de Denisova
La grotte de Denisova se trouve dans le massif de l’Altaï en Russie, à proximité des frontières avec la Chine et la Mongolie. Elle est étudiée depuis les années 1970 et a livré de nombreux artefacts attestant de son occupation depuis 280 000 ans.

En 2008 une phalange a été découverte dans des sédiments datés de 50 000 à 30 000 ans.
À cette époque, on connaît au moins deux espèces appartenant au genre Homo  : Homo sapiens (comme l’homme de Cro Magnon, qui est en fait notre espèce) et Homo neanderthalensis.

La phalange trouvée à Denisova. Thilo Parg/Wikimedia, CC BY-SA

Trois hypothèses au moins peuvent être formulées en réponse à cette question, en fonction du document d’appel : Homo sapiens, Homo neanderthalensis et une nouvelle espèce, cette dernière étant la plus inattendue.

Ressource complémentaire :

Les chercheurs ont pu extraire et séquencer l’ADN mitochondrial de la phalange, comme avait pu en 1997 être séquencé l’ADN mitochondrial de fossiles de l’Homme de Néanderthal et montrer ainsi qu’il s’agissait bien d’une espèce différente de la nôtre, car la séquence obtenue était significativement différente de celle d’un Homo sapiens.

• Une vidéo : Paléogénomique, qui montre comment l’ADN est obtenu, ici sur des fossiles non humains. La vidéo est longue (17 minutes 40 secondes) mais les étapes et les précautions sont montrées, y compris la PCR.
  La vidéo date par contre de 2010, donc il est probable que les techniques aient évolué.

Ressource : on donne la séquence de l’ADN mitochondrial extrait de la phalange à ouvrir dans Anagène. Source : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/FN673705.1?report=fasta Informations sur la séquence : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?LinkName=nuccore_pubmed&from_uid=291622149

Réponse attendue : on va comparer la séquence de l’ADN mitochondrial extrait de la phalange avec les séquences de l’ADN mitochondrial d’Homo sapiens et d’Homo neanderthalensis, par exemple avec le logiciel Anagène. Nous aurons donc besoin de ces deux autres séquences.
L’espèce à laquelle appartient cette phalange sera celle avec laquelle il y a le plus de ressemblances entre les séquences.

Ressources supplémentaires : séquences de l’ADN mitochondrial d’Homo sapiens et d’Homo neanderthalensis fossiles

Sources : H. neanderthalensis- H. sapiens

Comparaisons avec alignement de séquence d’ADN mitochondrial de différents homininés, dans Anagène 2

Comparaison	% d’identité
Denisova/Sapiens
Denisova/Neanderthal

Pour aller plus loin, on peut se poser la question du % de différence nécessaire et suffisant pour déclarer qu’il s’agit d’espèces différentes.

Pour s’en faire une idée, on peut imaginer de comparer

• des séquences appartenant à des espèces différentes : on pourra ici utiliser neanderthal et sapiens
• des séquences appartenant à des individus appartenant à la même espèce.
  D’autres ADN néanderthaliens ont été séquences, par exemple :
  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MG025536.1

  

Comparaisons avec alignement de séquence d’ADN mitochondrial de différents homininés, dans Anagène 2

Comparaison	% d’identité
Néanderthal/Sapiens
Néanderthal/Neanderthal
sapiens/sapiens

On trouve que l’ADN mitochondrial ne ressemble finalement ni à celui d’un Homo neanderthalensis, ni à celui d’un Homo sapiens. Les différences sont très supérieures à ce qu’on trouve entre individus d’une même espèce.
On peut en conclure qu’il s’agit donc d’une autre espèce.

• Mise en situation

La grotte de Denisova a livré d’autres restes humains, comme une molaire. De l’ADN mitochondrial a pu être extrait de cette molaire. On se demande à quelle espèce elle appartient. Ressource complémentaire :

• Résultat

  

Il y a 100% d’identité entre l’ADN mitochondrial de la molaire et celui de la phalange.
On déduit que cette molaire appartient bien à un Denisovien.

NB : dans tout ce qui précède, on travail sur l’ADN mitochondrial et non sur l’ADN nucléaire, ce qui a une influence sur les conclusions.
Ici par exemple les 100% d’identité de l’ADN mitochondrial ne signifient pas qu’il s’agit du même individu.

Document d’appel

La vidéo peut être arrêtée à 3 minutes.

( Pour mémoire, Squeezie est le vidéaste francophone le plus suivi , avec plus de 14 millions d’abonnés à sa chaîne Youtube. Il y a une forte probabilité qu’il soit connu voire suivi par bon nombre d’élèves)

NB : le travail proposé ici n’est qu’une version très restreinte de l’analyse réelle qui est faite à partir des tests ADN, qui porte sur un volume de données beaucoup important. C’est pourquoi des résultats réels proposeraient une appartenance à une population plus précise que ce que nous ferons.

• Documents :

Document B : ADN mitochondrial de Barnabé, à ouvrir dans Anagène Source : Homo sapiens haplogroup H mitochondrion, complete genome

Document D : carte des haplogroupes mitochondriaux (partie A du document ci-dessous) By Lavanya Rishishwar and I. King Jordan - Rishishwar L, Jordan IK. Implications of human evolution and admixture for mitochondrial replacement therapy. BMC Genomics. 2017 ;18:140. doi:10.1186/s12864-017-3539-3. https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-017-3539-3, CC BY 4.0, Link

La recherche des SNP caractéristiques dans la séquence de Barnabé montre qu’il possède l’allèle caractéristique de l’haplogroupe H, et pas pour les autres haplogroupes.

On en déduit qu’il appartient à l’haplogroupe H, qui d’après la carte est présent dans une large proportion de la population européenne, d’où une forte probabilité d’une origine européenne.

• Documents

Document B : Base de données E !nsembl et sa fiche technique pour l’interroger.

La consultation de la base de données va montrer que les allèles possédés par Barnabé pour les deux variants proposés sont majoritaires dans la population européenne.

rs1558843	rs17307398

On en déduit qu’il y a une forte probabilité que Barnabé ait une origine européenne.

Le recours aux tests ADN pour déterminer ses origines s’est démocratisé ces dernières années aux États-Unis, succès relayé et amplifié par des célébrités.
Ce succès s’est propagé dans d’autres pays. En France, on trouve facilement sur Internet des vidéos de vidéastes plus ou moins connus qui en ont aussi utilisé.

Ces tests ADN posent un certain nombre de questions, qu’il pourrait être intéressant d’aborder avec les élèves :

• ces tests sont illégaux en France (3 750 euros d’amende), bien qu’il ne soit guère compliqué d’en commander sur Internet. La loi prévoit que ce type de test ne puisse être réalisé qu’à la demande de la police, d’un juge ou d’un médecin.
• les compagnies qui mettent en vente ces kits lorgnent sur le marché de la santé, en faisant le lien entre allèles et risque de maladie. Se pose alors la question d’un individu qui reçoit cette information en dehors de tout cadre médical, sans accompagnement pour la comprendre et en cerner les limites (par exemple influence de l’environnement) dans les maladies multifactorielles.
  A voir : exemple de rapport sur le site de 23andme - Rapport avec un variant lié à la maladie de Parkinson
• ces mêmes compagnies, au fur et à mesure qu’elles ont des clients, remplissent leurs bases de données et pourraient les monnayer, par exemple à des organismes de recherche médicale publics ou privés.

• la fiabilité de l’interprétation données sur les origines dépend du nombre de SNP analysés et de la base de données utilisé. Ainsi deux compagnies ou la même compagnie à deux temps différents ne vont pas fournir le même résultat.

Pour aller plus loin et faire le lien avec l’activité 1 :
Avec les progrès du séquençage, les chercheurs ont pu finalement travailler sur de l’ADN nucléaire, proposant par exemple cet arbre :

Un outil en ligne permet de visualiser et de comparer des séquences anciennes et actuelles, et des SNP sont signalés. Un clic donne accès à des informations sur chaque variant, y compris des fréquences d’allèles.

Séquence de l’ADNmt de l’haplogroupe H	Séquence de l’ADNmt de l’haplogroupe H1a	Séquence de l’ADNmt de l’haplogroupe L2a1a1
Source	Source	Source

• Questions
  1. Quelle peut être l’origine des ressemblances entre les séquences de l’ADN mitochondrial de deux individus ?
  2. D’après vos connaissances, quelle peut être l’origine des différences entre les séquences de l’ADN mitochondrial de deux individus ?
  3. Proposez une explication à la plus grande ressemblance entre les haplogroupes H et H1a

Captures d’écran dans Anagène 2

On attend ici un rappel sur une origine commune, avec un ancêtre commun dont les ressemblances sont l’héritage, et sur les mutations (vues en Seconde comme origine de la diversité des allèles) pour expliquer les différences qui apparaissent lorsque des lignées se séparent.
Il en découle qu’une plus grande parenté se traduit par plus de ressemblance.

Ressources
Les séquences pour Anagène	Les séquences pour Phylogène	FT phylogène
		Sur le site de l’académie de Toulouse
Sources : – haplogroupe u4d1a – haplogroupe B4 – haplogroupe I3a – haplogroupe L2a1a1

Matrice
Arbre

On observe une plus grande proximité et donc parenté entre les haplogroupes H et H1a, tandis que l’haplogroupe L2a1a1 est le plus distant.

L’arbre obtenu ici n’apparaît pas aberrant par rapport à ceux qu’on peut trouver. Par exemple :

Source : d’après https://en.wikipedia.org/wiki/Human_mitochondrial_DNA_haplogroup

Ces relations de parenté permettent alors d’ouvrir sur une histoire des migrations des populations humaines, dont la répartition actuelle des haplogroupes est l’héritage.

By User:Maulucioni - Migraciones humanas en haplogrupos mitocondriales.PNG, CC BY-SA 3.0, Link