En retraçant l'époque à laquelle les variations du génome humain sont apparues pour la première fois, les chercheurs ont découvert que les progrès des capacités cognitives pourraient avoir conduit à notre vulnérabilité à la maladie mentale.
Un modèle de Homo heidelbergensis, qui aurait pu être l'ancêtre direct de Homo sapiens
Une chronologie des changements génétiques survenus au cours de millions d'années d'évolution humaine montre que les variantes liées à une intelligence supérieure sont apparues le plus rapidement il y a environ 500 000 ans et ont été suivies de près par des mutations qui nous ont rendus plus sujets aux maladies mentales.
Les résultats suggèrent un « compromis » dans l’évolution du cerveau entre l’intelligence et les problèmes psychiatriques, explique Ilan Libedinsky du Centre de neurogénomique et de recherche cognitive d’Amsterdam, aux Pays-Bas.
« Les mutations liées aux troubles psychiatriques impliquent apparemment une partie du génome qui implique également l'intelligence. Il y a donc un chevauchement », explique Libedinsky. « (Les progrès en matière de cognition) ont peut-être eu pour prix de rendre notre cerveau plus vulnérable aux troubles mentaux. »
Les humains se sont séparés de nos plus proches parents vivants – les chimpanzés et les bonobos – il y a plus de 5 millions d’années, et notre cerveau a triplé de taille depuis lors, avec la croissance la plus rapide des 2 derniers millions d’années.
Bien que les fossiles permettent aux scientifiques d’étudier de tels changements dans la taille et la forme du cerveau, ils ne peuvent pas révéler grand-chose sur ce que ces cerveaux étaient capables de faire.
Cependant, récemment, des études d'association à l'échelle du génome ont examiné l'ADN de nombreuses personnes afin de déterminer quelles mutations sont corrélées à des caractéristiques telles que l'intelligence, la taille du cerveau, la taille et divers types de maladies. Pendant ce temps, d’autres équipes ont analysé des aspects spécifiques des mutations qui suggèrent leur âge, fournissant des estimations du moment où ces variantes sont apparues pour la première fois.
Libedinsky et ses collègues ont combiné les deux méthodes pour la première fois afin de créer une chronologie évolutive de la génétique liée au cerveau humain.
« Nous n'avons aucune trace des connaissances de nos ancêtres en ce qui concerne leur comportement et leurs problèmes mentaux – on ne les trouve pas dans les archives paléontologiques », dit-il. « Nous voulions voir si nous pouvions construire une sorte de « machine à voyager dans le temps » avec notre génome pour comprendre cela. »
L’équipe a étudié les origines évolutives de 33 000 variantes génétiques trouvées chez l’homme moderne, associées à une grande variété de traits, notamment la structure du cerveau et diverses mesures de la cognition et des troubles psychiatriques, ainsi qu’à des caractéristiques physiques et liées à la santé comme la forme des yeux et le cancer. La plupart de ces mutations génétiques ne présentent que de faibles associations avec un trait, explique Libedinsky. « Les liens peuvent être des points de départ utiles, mais ils sont loin d'être déterministes. »
Ils ont découvert que la plupart de ces variantes génétiques sont apparues il y a environ 3 millions à 4 000 ans, avec une explosion de nouvelles au cours des 60 000 dernières années – à peu près à l’époque Homo sapiens ont effectué une migration majeure hors d’Afrique.
Les variantes liées à des capacités cognitives plus avancées ont évolué relativement récemment par rapport à celles d'autres traits, explique Libedinsky. Par exemple, celles liées à l’intelligence fluide – essentiellement la résolution logique de problèmes dans des situations nouvelles – sont apparues il y a en moyenne environ 500 000 ans. C'est environ 90 000 ans plus tard que les variantes associées au cancer, et près de 300 000 ans après celles liées aux fonctions et troubles métaboliques. Ces variantes liées au renseignement ont été suivies de près par les variantes liées à des problèmes psychiatriques, il y a environ 475 000 ans en moyenne.
Cette tendance s'est répétée il y a environ 300 000 ans, lorsque de nombreuses variantes influençant la forme du cortex – la couche externe du cerveau responsable de la cognition d'ordre supérieur – sont apparues. Au cours des 50 000 dernières années, de nombreuses variantes liées au langage ont évolué, suivies de près par des variantes liées à la dépendance à l'alcool et à la dépression.
« Les mutations liées à la structure même de base du système nerveux surviennent un peu avant les mutations liées à la cognition ou à l'intelligence, ce qui est logique, puisqu'il faut d'abord développer son cerveau pour qu'une intelligence supérieure émerge », explique Libedinsky. « Et puis la mutation de l'intelligence précède les troubles psychiatriques, ce qui est également logique. Il faut d'abord être intelligent et posséder le langage avant de pouvoir avoir des dysfonctionnements sur ces capacités. »
Les dates correspondent également à des preuves suggérant que Homo sapiens a acquis certaines des variantes liées à la consommation d'alcool et aux troubles de l'humeur lors de croisements avec les Néandertaliens, ajoute-t-il.
La raison pour laquelle l'évolution n'a pas éliminé les variantes qui prédisposent aux troubles psychiatriques n'est pas claire, mais cela pourrait être dû au fait que les effets sont modestes et peuvent conférer des avantages dans certains contextes, explique Libedinsky.
« Ce type de travail est passionnant car il permet aux scientifiques de revisiter des questions de longue date de l'évolution humaine, en testant des hypothèses de manière concrète en utilisant des données réelles glanées à partir de nos génomes », explique Simon Fisher de l'Institut Max Planck de psycholinguistique de Nimègue, aux Pays-Bas.
Même ainsi, ce type d’étude ne peut examiner que les sites génétiques qui varient encore parmi les humains vivants – ce qui signifie qu’elle passe à côté de changements plus anciens, désormais universels, qui auraient pu être essentiels à notre évolution, ajoute Fisher. Développer des outils pour sonder des régions « fixes » pourrait offrir une compréhension plus approfondie de ce qui nous rend véritablement humains, dit-il.
