Néandertal séquencé

C'est la grande nouvelle de la semaine : deux papiers paraissant simultanément dans Nature et Science contiennent les premiers résultats sur un séquençage (partiel pour l'instant) de Néandertal - voir références en fin de billet.

Avant de disserter sur les résultats du séquençage, soulignons tout d'abord la performance technique. Séquencer un ancien génome n'est pas un exercice très facile. Les cas de "contamination" sont fréquents, l'exemple le plus fameux étant le supposé ADN des insectes pris dans l'ambre qui s'est par la suite révélé être tout à fait moderne (ce qui ne nous a pas empêchés de fantasmer sur Jurassic Park). Le recueil de prélèvements ressemble maintenant à une opération chirurgicale, avec gants et combinaisons étanches. C'est d'autant plus difficile dans le cas présent qu'on s'attend légitimement à trouver beaucoup de points communs entre les ADN de sapiens et de Néandertal, donc il est difficile d'exclure des faux a posteriori. Les chercheurs ont notamment utilisé une nouvelle technique au nom barbare de "pyroséquençage" pour séquencer rapidement en parallèle afin d'avoir un maximum d'information pour vérifier les données.

Les résultats sont intéressants. L'équipe de Rubin (Noonan et al.) a séquencé 65000 bases, a trouvé 502 bases mutées à la fois chez sapiens et Néandertal (en comparant au chimpanzé comme outgroup), dont 27 sont spécifiques à sapiens. Green et al. ont analysé près d'un million de bases, ont trouvé 10167 bases différentes par rapport aux chimpanzés, dont 434 uniques à Sapiens. Sapiens et Néandertal partagent en fait 99.5% de leur génome.

Que nous dit maintenant ce séquençage sur une possible hybridation entre les deux espèces homo ? L'équipe de Green/Pääbo a comparé une bibliothèque d'allèles de sapiens (des SNPs, i.e. Single Nucleotide Polymorphism) à ceux de Néandertal. 30% de ces SNPs sont présents dans Néanderthal mais absents chez le chimpanzé. C'est beaucoup trop pour des espèces séparées par 500 000 ans d'évolution, et, même si on est encore loin d'avoir une preuve absolue, cela suggère effectivement que Sapiens et Néanderthal ont pu s'hybrider. Comme les chromosomes X des Néandertal ont l'air particulièrement divergents, l'hypothèse serait que des mâles sapiens ont pu avoir des enfants avec des femelles Néandertal. Qui sait, peut-être Eve (la dernière femelle dont nous descendons tous) était-elle une Néandertale ;) ...

PS : l'article de Lahn dont j'avais parlé dans un billet précédent à propos du gène microcephalin de sapiens pouvant venir de l'hybridation avec Néandertal et ayant été spécifiquement sélectionné vient de paraître sur le site web de PNAS.


Références :

Green et al., Nature 444, 330-336 (16 November 2006)
Noonan, J. P. et al. Science 314, 1113–1118 (2006).
Evans et al., PNAS, 2006 Nov 7; [Epub ahead of print]

The Ultimate selfish gene

Matthieu évoquait récemment sur son blog la fameuse théorie du gène égoïste de Dawkins. Alors, des gènes qui se servent de nous pour se reproduire, cela existe-t-il vraiment ?

Il se trouve que la nature a effectivement enfanté certains monstres, qui squattent sans vergogne notre génome. L'une de ces séquences génétiques s'appelle Alu. Cette séquence est un transposon, i.e. qu'il s'agit de séquences pouvant "sauter" et se reproduire d'une partie de l'ADN à l'autre (voir aussi ce billet). Alu lui-même est représenté plus d'un million de fois dans le génome humain, constituant plus de 10% de notre génome !!! Dans le genre parasite, on fait difficilement mieux à première vue...

A seconde vue, Alu présente des propriétés assez intéressante. Alu est tout d'abord spécifique aux primates. Ensuite, il se trouve qu'Alu est surreprésenté dans les séquences soumises à un épissage alternatif. Kesaco ? Le "dogme central de la biologie" stipule que l'information génétique sous forme d'ADN est d'abord transcrite sous forme d'ARN, puis traduite pour donner des protéines. L'ARN subit cependant un processus de maturation appelé "épissage". En gros, certaines sous-séquences de l'ARN (appelées introns) sont proprement excisées de l'ARN messagers, et seuls les exons sont traduits pour donner la protéine. L'épissage alternatif est un processus qui permet de "sélectionner" les exons qui seront traduits. A partir d'une même séquence ARN, certains exons seront conservés dans certains ARN, d'autres rejetés, ce qui fait qu'un même gène donnera plusieurs protéines différentes à partir d'un seul pool d'ARN messagers (voir la jolie animation flash ici).

Alu donc est surreprésenté dans ces exons epissés alternativement. Il se trouve que quelques mutations ponctuelles et Alu est traduit ou exclu systématiquement. Du coup, il est très facile grâce à ce procédé de créer des nouvelles protéines en toute sécurité, à partir d'un même ARN messager. Typiquement, une partie des ARN seront traduits sans Alu (protéines lambda fonctionnelles), d'autres avec Alu (nouvelles protéines, avec de nouvelles séquences). Si les protéines avec Alu ne sont pas fonctionnelles, les protéines initiales sont là, donc pas de problème. En revanche, si les protéines avec Alu ont une fonction intéressante, la sélection naturelle agira pour conserver cette fonction et rendre l'épissage systématique. Ces séquences Alu permettent donc de créer de la variabilité génétique à coût nul, et sont potentiellement des outils très efficaces pour l'évolution, ce qui explique certainement pourquoi Alu est si présent dans notre génome. Alu est peut-être un gène égoïste, mais il semble avoir réussi à se rendre utile ;) .

Références

Lev-Maor et al., Science.2003 May 23;300(5623):1288-91
Un article sur genome new network

Néandertal et sapiens suite

Dans un billet précédent, j'avais évoqué certaines analyses génétiques montrant que l'homme moderne s'était peut-être hybridé avec une autre espèce humaine il y a environ 40 000 ans en Eurasie. Différents travaux récents laissent maintenant à penser que Néandertal et sapiens ont coexisté plus longtemps que prévu.

Finlayson et al. ont analysé dans un article de Nature les traces d'occupation humaine dans une grotte à Gibraltar. Ils ont en particulier retrouvé des outils moustériens, typiques de l'homme de Néandertal. Or, la datation des couches géologiques montre que ces outils ont été déposés il y a 28 000 ans, voire peut-être même 24 000 ans. Cela signifierait que Néandertal aurait pu survivre plus longtemps qu'on ne le pensait, et aurait pu par conséquent interagir davantage avec sapiens.

Cette date beaucoup plus récente éclaire d'un jour nouveau des découvertes précédentes. Il se trouve qu'un squelette d'enfant étrange avait été retrouvé à Lagar Velho au Portugal. Ce squelette avait des caractéristiques à la fois moderne et néandertalienne, si bien qu'il avait été proposé qu'il s'agissait en fait d'un hybride sapiens/néandertal. Le seul problème est que ce squelette date d'il y a 24 500 ans, et ne collait donc pas avec l'idée que Néandertal avait disparu il y a 40 000 ans. Si la datation de Finlayson et al. était confirmée, cela renforcerait donc considérablement l'hypothèse de l'hybridation entre les deux espèces humaines !


Références :

Finlayson, C. et al. Nature 443, 850–853 (2006).
L'article décrivant le squelette hybride : Duarte, C. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 96, 7604–7609 (1999).

"Neuroéconomie", rationnalité et évolution

Via Nature, un problème très intéressant montrant comment notre cerveau balance entre rationalité économique et justice sociale.
Les théories classiques de l'économie stipulent que nous sommes à la fois égoïstes et rationnels. La "main invisible" du marché d'Adam Smith est alors le résultat collectif de nos comportements d'agents raisonnables voulant maximiser leur propre intérêt. Pourtant, pas besoin d'être un "rocket-scientist" (comme disent les Américains ) pour s'apercevoir qu'y compris dans nos choix économiques, nous sommes loin d'être rationnels. Güth, Schmittberger et Schwarze ont publié un papier très intéressant en 1982 pour essayer de comprendre ce qui se passe (précision : je n'ai pas lu le papier, n'arrivant pas à me le procurer, je me base sur l'article de Nature).
L'expérience est la suivante et concerne deux individus A et B. On remet 10$ à l'individu A. Celui-ci doit alors donner une somme entière (entre 0 et 10$) à l'individu B. B a alors deux choix : soit il accepte la somme et le marché est conclu, soit il refuse et les deux individus repartent les mains vides.
Le choix rationnel à la "Adam Smith" est le suivant : A veut maximiser son profit. S'il garde les 10$, B refuse car il ne gagne rien, et tout le monde y perd. S'il garde 9$ et donne 1$ à B, B est censé accepter car 1$ est mieux que rien, et A maximise alors son profit. Donc l'issue prédite par la théorie rationnelle est que A garde 9$ et donne 1$ à B.
Dans les faits, il en va tout autrement. En fait, A donne typiquement 4$ à B. La raison est simple : si A donne 1$ à B, B va se dire, en somme "ce A est vraiment un truand; on lui donne 10$ à partager gratuitement et il garde presque tout pour lui, je préfère ne rien avoir plutôt que de traiter avec lui". En somme, B rejette toute offre qu'il juge injuste ! A, lui, anticipe ce refus et opte donc pour un partage plus équitable.
On peut donc qualifier le rejet de B d'"irrationnel" économiquement. L'article affirme qu'une telle réaction a néanmoins pu évoluer car ce genre de comportements peut être bénéfique sur le long terme. En effet, si A est systématiquement injuste, il finira par être rejeté par la société par exemple, un peu à la manière des tricheurs dont j'avais parlé dans un billet précédent. Il me semble de plus que le mode de répartition équitable est ici le choix le plus juste d'un point de vue "philosophique" : dans une perspective très rawlsienne où la justice sociale est de maximiser la situation du moins bien loti, le partage équitable s'impose de lui-même. Notons également que si A et B doivent se mettre d'accord avant de savoir qui va toucher les 10$, la rationnalité économique (qui coïncide ici avec le souci de justice sociale à la Rawls et avec son idée de voile d'ignorance) impose que A et B repartent chacun avec 5$. Le choix effectivement observé qui semble donc irrationnel économiquement n'est peut-être donc que le seul choix moral, qui a de plus été sélectionné par l'éolution !

Dernière précision : les seuls personnes à faire effectivement la transition 9$/1$ sont les adultes autistes...

Référence : Güth, W. , Schmittberger, R. & Schwarze, B. J. Econ. Behav. Organ. 3, 367–388. (1982).

L'héritage de Néanderthal

L'évolution de l'homme est un sujet fascinant et très chaud actuellement. Bruce Lahn et son équipe à l'université de Chicago ont choisi de s'attaquer à la comparaison de l'homme avec les autres espèces en se focalisant sur l'organe le plus spécifiquement humain : notre cerveau.

L'idée de base est assez simple : on connaît beaucoup de gènes impliqués soit dans le développement du cerveau, soit dans les processus neurologiques. Peut-on étudier spécifiquement l'évolution de ces gènes dans la lignée humaine en comparaison des autres lignées ? Les méthodes d'études sont relativement standards : on compare les séquences génétiques de ces gènes bien connus entre l'homme, le macaque, les souris, les rats, les oiseaux, les félins... et on regarde comment les séquences divergent en comparaison de séquences témoins, les "house-keeping" genes (i.e. les gènes standards communs à toutes les espèces veillant au bon fonctionnement cellulaire).

Premièr résultat : les gènes impliqués dans le développement du système nerveux ont évolué beaucoup plus vite dans la lignée humaine que dans les autres lignées animales. L'évolution ne concerne pas seulement les régulations génétiques : elle concerne aussi les séquences mêmes. Autrement dit, les protéines sont plus complexes chez l'homme que chez les autres animaux, ce qui est assez surprenant quand on sait que les gènes du développement sont en général plutôt conservés.

Lahn et son équipe ont alors regardé plus spécifiquement l'évolution de gènes ayant assez fortement divergé. Microcephalin en particulier est un gène qui régule la taille du cerveau. L'étude de ce gène est tout à fait fascinante : non seulement les allèles humains sont très différents des allèles des autres animaux, mais à l'intérieur de la population humaine même, les humains n'ont pas tous le même allèle. Un haplotype particulier domine dans la population mondiale, à 70 %. A l'image du chromosome Y de Genghis Khan, les données concernant cet haplotype suggèrent qu'il a été spécifiquement sélectionné. Le plus étonnant, est que toute la population humaine ne possède pas encore cet haplotype : cela signifie que pour cet allèle, le processus de sélection naturelle est encore en cours. Autrement dit, le cerveau humain est en ce moment même en train d'évoluer.

Autre fait très surprenant : les données montrent que cet haplotype est apparu dans la population humaine il y a 40 000 ans. Pourtant, quand on regarde les arbres phylogénétiques, on s'aperçoit que l'haplotype sélectionné est assez différent des haplotypes similaires dans la lignée humaine : il a divergé il y a un million d'années. Comment donc cet haplotype a pu apparaître chez homo sapiens après avoir évolué indépendamment pendant 1 million d'années ? La seule explication est que sapiens a dû alors se reproduire avec une autre espèce (humaine), possédant cet haplotype particulier, ce qui a ensuite donné un avantage sélectif décisif aux individus hybrides si bien que nous descendons tous aujourd'hui de ceux-ci. Il y a justement 40 000 ans disparaissait Néanderthal, et ces données suggèrent donc que celui-ci aurait pu nous léguer avant son extinction un héritage inestimable : un cerveau plus adapté...

Références :

Microcephalin, a Gene Regulating Brain Size, Continues to Evolve Adaptively in Humans, Evans et al., Science 9 September 2005, Vol. 309. no. 5741

Un article du New York Times où Lahn évoque (très brièvement) cette hypothèse novatrice, l'article scientifique est sous presse...

Des rapports entre sommeil et obésité

Nature publie dans son numéro daté du 21 Septembre un article intéressant suggérant des liens entre deux "épidémies" des temps modernes : le manque de sommeil et l'obésité.

Quelques chiffres pour commencer. Le constat est connu et a été relayé par les médias ces derniers temps : un milliard d'êtres humains (dont deux tiers des américains) présentent un sur-poids (i.e. un indice de masse corporel supérieur à 25 kg.m^(-2) - pour calculer votre indice personnel, prenez votre poids et divisez-le par votre taille en mètre au carré.). Côté dodo, un américain moyen dormait entre huit et neuf heures dans les années soixante, contre moins de sept aujourd'hui. Or, très récemment, on s'est aperçu qu'il y a corrélation entre manque de sommeil et obésité : une étude montre que dormir seulement cinq heures par nuit augmente vos chances de devenir obèse de 60 % !

Cependant, corrélation n'implique pas relation de cause à effet. On peut en effet arguer du fait que les personnes obèses dorment moins bien du fait de leur surpoids par exemple. D'où la nécessité de faire des études plus précises, notamment sur des modèles animaux. En fait, dans un premier temps, certaines études non concluantes ont été effectuées sur les souris. Celles-ci étaient maintenues éveillées artificiellement, mais ne présentaient pas de surpoids évident. Les chercheurs ont alors réalisé que leurs méthodes de réveil des souris étaient un peu trop violentes (certaines souris étaient plongées dans l'eau par exemple) : les animaux, trop stressés, ne grossissaient pas !
Heureusement (pour les biologistes) existent des mutants animaux tout à fait adaptés à cette étude, ayant naturellement un rythme circadien perturbé. L'horloge circadienne est un cycle naturel qui vous donne votre rythme biologique interne, celui qui vous donne faim à midi, vous donne un bon coup de barre le soir et vous réveille naturellement le matin si vous oubliez de brancher le réveil. Ce rythme est "codé" par l'intermédiaire d'un oscillateur génétique, présent dans toutes nos cellules, et coordonné au niveau d'un groupe de neurones (le noyau suprachiasmatique) situé dans votre cerveau. Les horloges circadiennes des mammifères sont bien connues : plusieurs mutations génétiques sont répertoriées et il existe même des animaux arythmiques. Chez de tels animaux, rien ne va plus : incapables d'acquérir un rythme de sommeil régulier, les souris atteintes deviennent alors effectivement obèses en quelques semaines, avec toutes les pathologies associées (diabète, cholestérol...).

Qu'en est-il chez l'homme ? Dans une autre étude, on a demandé à de jeunes "cobayes" de ne dormir que quatre heures par nuit pendant deux nuits, puis on a mesuré les niveaux d'hormones dans le sang de ces patients. Les résultats sont édifiants : la leptine, hormone de la satiété, chute de près de 20 % tandis que la ghreline, hormone de la faim, grimpe de près de 30 %. Du coup, les patients avaient très faims à l'issue de ces expériences et confiaient vouloir se jeter sur des aliments riches en sucres !

Le lien entre sommeil et appétit semble donc se confirmer, et des études sont en cours pour regarder l'impact de cures de sommeil sur le poids. La moralité de tout cela, c'est que la prochaine fois que vous voudrez faire un régime, commencez déjà par faire une bonne cure de sommeil : c'est sûrement moins désagréable que de se serrer la ceinture !

XX vs XY

Un billet un peu sérieux pour illustrer sur un thème simple un problème en fait délicat de génétique humaine.
Les statistiques le prouvent : les hommes sont en général plus grands et plus costauds que les femmes. D'où vient donc cette différence ?
Je vous vois déjà penser aux nageuses est-allemandes : l'hormone masculine par excellence, la testosterone, doit bien avoir un rôle là-dedans.
Et bien ce n'est pas le cas, et une anomalie génétique rare prouve sans ambiguité que si le chromosome Y a un rôle indéniable là-dedans, ce n'est pas via les hormones sexuelles.
Il se trouve que l'embryon humain est, par défaut, femelle. Cela signifie que si vous supprimez toute hormone sexuelle, ce sont les organes sexuels féminins qui se développent spontanément. La formation des organes sexuels masculins extérieurs nécessite obligatoirement de la testostérone, secrétée par les testicules (qui eux se forment sous l'action indépendante d'un gène du chromosome Y). Or, une mutation génétique rare existe sur les récepteurs aux hormones sexuels, les rendant insensibles aux hormones mâles. Un individu XY atteint par cette mutation, s'il possède des testicules, ne peut donc développer les organes mâles, et s'il est un homme génétiquement, tous ses caractères sexuels seront incontestablement féminins. Cette anomalie génétique passe en général inaperçue jusqu'à l'adolescence (où l'absence d'ovaires devient alors manifeste pour des raisons évidentes).
Or il se trouve que les études statistiques sont elles aussi sans ambiguité : si elles ont des proportions et des formes féminines (quoiqu'apparemment plus minces que la normale), les femmes XY sont statistiquement plus grandes- et ont en fait une taille d'homme. Le gène de la taille, s'il est sur le chromosome Y, n'a donc rien à voir avec la testostérone...


Réferences :
un site qui décrit le processus de différentiation sexuelle et parle de cette anomalie. Etrangement, l'auteur a l'air de ne pas aimer la théorie de l'évolution.
Un abstract de papier relatant cette fameuse différence statistique...

Billet Express

Allez, un petit "bloc-note" pour changer, deux petits points sur nos amis les singes dans le nouveau Nature...

• On commence soft : Kate Arnold and Klaus Zuberbühler y publient un article concernant la réponse d'une race de singes ( Cercopithecus nictitans, source photo http://www.cercopan.org) à différentes formes de cris. Ils mettent en évidence l'existence d'une "syntaxe" simplifiée. Ainsi, le cri 'pyow' informe les animaux de la présence d'un léopard, le cri 'hack' informe les animaux de la présence d'un aigle. Cependant, la séquence 'pyow-hack' a aussi un effet. Les singes ont été suivis à l'aide d'un GPS, et les chercheurs ont montré que 'pyow-hack' déclenche un mouvement des singes (fuite) tandis qu'ils restent immobiles après émission de séquences de 'hack'. Ce travail montre donc que la combinaison des sons peuvent avoir des significations différentes...


• Je garde le meilleur pour la fin... Une étude de Patterson et al. a comparé la divergence génétique entre hommes et chimpanzés, en fonction de la position dans le génome. Grosse surprise : si en moyenne les gènes ont divergé l'un de l'autre il y a environ 6 millions d'années, la divergence entre les chromosomes X est beaucoup plus récente. Cela signifie que les ancêtres des hommes et des chimpanzés ont échangé des chromosomes X entiers pendant très longtemps. Autrement dit, bien après l'événement de la spéciation, hommes et chimpanzés ont continué à se reproduire entre eux, produisant vraisemblablement des hybrides mâles stériles et des hybrides femelles fertiles (un peu à l'exemple de ce qui se passe avec les souris actuellement en Europe centrale). Non content de descendre du singe, l'homme n'a donc pas eu que des relations platoniques avec lui...

C'est fini pour aujourd'hui !
PS : vous trouvez pas qu'il est mignon notre ami Cercopithecus nictitans

Le troisième chimpanzé ?

Il y a un peu plus de trente ans, Mary-Claire King et Allan Wilson publiaient dans Science une première comparaison entre les protéines humaines et celles des chimpanzés (dans un article apparemment classique mais néanmoins introuvable à l'ère de l'électronique). L'une des conclusions fortes de ce premier papier était que les protéines des deux espèces étaient bien trop proches pour expliquer les différences entre celles-ci. Les régulations entre gènes sont donc bien plus importantes que les protéines elles-mêmes pour expliquer nos différences. (Pour les plus motivés, Sean Carroll, grand spécialiste des gènes du développement, s'en est fait récemment l'écho dans Plos biology dans un article assez long, mais presque lisible pour le profane, qui plus est disponible gratuitement, joie des revues gratuites sur Internet !)
Notre humanité repose-t-elle donc uniquement sur la réorientation de quelques régulations génétiques ? En fait, on s'aperçoit de plus en plus de la difficulté de définir cette humanité, ce qui ferait blêmir d'horreur nos ancêtres convaincus de la place privilégiée de l'homme au sommet de la création. Jared Diamond, dans son livre "Le troisième chimpanzé", insiste lourdement sur la proximité des génomes respectifs des humains et des chimpanzés. En fait, humains, chimpanzés et bonobos sont les trois derniers descendants d'un même ancêtre commun ce qui incite certains à considérer l'homme comme le véritable "troisième chimpanzé" et, démocratie oblige, à rebaptiser l' "Homo sapiens" "Pan sapiens"... Beaucoup d'ouvrages et de travaux récents traquent l'humain chez l'animal, et posent sérieusement la question de notre spécificité. Ainsi, comme le relate Eric Dupin sur son blog à l'occasion d'une revue, chimpanzés et humains partagent de nombreux traits sociaux. Darwin déjà avait montré que les animaux exprimaient des émotions sur le visage tout comme les humains, ce qui laisse penser que l'origine évolutive de ces traits remonte à très loin. A vrai dire, même le rire ne semble plus nous appartenir en propre depuis qu'on a découvert qu'il existait chez ... les rats ! Alors ce qui fait la spécificité de l'homme, est-ce son langage, sa culture transmise de génération en génération ? Jared Diamond, toujours lui, explique que des rudiments de langage ont déjà été observés chez certains singes, qui poussent des cris différents en fonction de la nature du danger par exemple. L'art n'est plus spécifiquement humain non plus depuis qu'on a découvert que les chimpanzés et même les éléphants aimaient s'adonner à la peinture (en captivité il est vrai). Quant à d'autres activités que l'on croyait spécifiquement humaine, l'exemple de l'agriculture, inventée il y a 50 millions d'années par les fourmis est assez éloquent... Et à mon avis, nous ne sommes pas au bout de nos surprises ! Non, définitivement, l'homme n'est qu'un chimpanzé comme un autre !

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Génétique des populations, cosanguinité et dérive génétique

Considérons deux être humains tirés au hasard, par exemple vous et votre conjoint(e). Sauf exception, à vous deux, vous avez quatre parents différents, huit grand-parents différents, seize arrière grand-parents, etc... Si on compte qu'une génération dure environ 25 ans, il est facile de voir qu'il y a 1000 ans, soit 40 générations, à vous deux vous devriez compter plus de mille milliards d'ancêtres. Beaucoup plus que le nombre d'êtres humains ayant jamais existé... Il y a donc nécessairement un problème aigu de cosanguinité ! La diversité génétique n'a donc en fait rien à voir avec la taille de la population, et en réalité, nous partageons d'un individu à l'autre de nombreux gènes en commun, à l'image des chromosomes Y pour l'empereur du Japon.
La modélisation de l'évolution de la diversité génétique de telles populations révèle des propriétés assez surprenantes. Considérons par exemple le modèle le plus basique, appelé modèle de Wright-Fisher. Dans ce modèle, on considère une population finie, de taille N. Chaque individu est caractérisé par un gène présentant deux allèles (par exemple A et a) dans une population diploïde (deux allèles par individu). A chaque génération, la population est modifiée, et pour chaque nouvel individu (enfant), on choisit au hasard les deux nouveaux allèles avec des probabilités proportionnelles aux fréquences des allèles dans la population parente. On étudie l'évolution statistique des populations des allèles A et a dans cette population, en négligeant les mutations dans un premier temps.
Ce modèle très simple a déjà des propriétés intéressantes. Ainsi, quoi qu'il arrive et quelle que soit la population de départ, un calcul élémentaire de probabilités montre qu'au bout d'un certain temps, un des allèles disparaît complètement. C'est ce qu'on appelle la fixation, et c'est ce qui explique que même sans avantage évolutif, une mutation peut se répandre dans toute une population, pourvu qu'elle soit finie - ce qui est en général le cas :-) . L'ensemble de ce processus de fixation dans une population finie due à de simples fluctuations stochastiques est un phénomène appelé "dérive génétique".
En fait, l'effet de dérive génétique est tel que si l'on tient compte de relations de parentés d'une génération à l'autre entre les allèles, on peut montrer très simplement qu'au bout d'un certain temps, tous les allèles dérivent d'un même allèle ancestral. Autrement dit, tous les individus finissent par descendre du même ancêtre ! Intuitivement, cela est simplement dû au fait que comme la population est finie, et comme les enfants sont faits aléatoirement, certains individus ont beaucoup d'enfants au détriment d'autres qui en ont très peu (comme Genghis Khan !) si bien que nécessairement le nombre de lignées diminue avec le temps, jusqu'à ce qu'il n'en reste qu'une (exactement comme dans Highlander en fait... d'ailleurs, Genghis Khan n'est-il pas le méchant d'Highlander III ?). Plus subtil et un peu plus dur à montrer mathématiquement, le nombre moyen de générations nécessaire à cette coalescence des lignées est exactement 2N dans ce modèle simple. En fait, même dans les modèles plus compliqués, l'effectif de la population est très important pour déterminer de nombreuses propriétés du système. Cela a conduit les scientifiques à définir la population "effective" d'une espèce. Cette population est en gros le nombre d'individus à considérer pour avoir les mêmes propriétés en terme de polymorphisme génétique dans la population réelle que dans une population idéale type Wright-Fisher. Etonnament, cette population effective n'a en général rien à voir avec la population typique observée. Par exemple, pour une colonie de bactéries de mille milliards d'individus, la population effective est typiquement 1 puisque toutes les bactéries dérivent du même ancêtre. Pour l'espèce humaine, la population effective est de l'ordre de 10 000 individus, ce qui est peu (à peine un gros bourg !) et beaucoup à la fois (on est très loin d'Adam et Eve !)...

L'évolution du sado-masochisme (économique) ?

Un article de Science de la semaine dernière (Gürerk et al., Science7 April 2006,Vol. 312. no. 5770, pp. 108 - 111) relate une expérience intéressante quant à l'évolution de la coopération entre être humains. Dans une société idéale (SI), les hommes mettent en commun de façon équitable leurs ressources et leur énergie afin de contribuer à l'intérêt général. Seulement, dans cette société idéale, on rencontre bien vite des problèmes type "dilemme du prisonnier" : il y a toujours des petits malins qui vont essayer de détourner le système pour maximiser leur profit propre, par exemple en investissant moins dans le bien commun tout en récoltant le fruit des efforts des autres. On peut donc imaginer un deuxième type de société : une société sado-masochiste (SSM) où tout un chacun peut maintenant choisir de punir un individu ne contribuant pas suffisamment au bien commun. Problème : il faut mettre alors en place une espèce de police, et la sanction a alors un coût. En fait, les sociologues prétendent qu'empiriquement une société humaine doit mettre en place de telles sanctions sous peine d'effondrement. Pourtant, la SI représente l'idéal théorique, puisqu'il n'y a pas de pertes dues au financement de la sanction.
Comment les sociétés humaines s'organisent-elles alors spontanément ? Afin de répondre à cette question, Gürerk et al. ont mis en place une expérience sociale grandeur nature. 84 étudiants se sont vus remettre de la monnaie fictive, qu'ils pouvaient investir collectivement, les intérêts étant répartis de manière équitable. A chaque cycle de l'expérience, les étudiants pouvaient choisir entre les deux types de sociétés. Dans la SSM, à chaque fin de cycle, les étudiants pouvaient décider individuellement d'appliquer des sanctions financières aux individus dont ils estimaient qu'ils n'investissaient pas assez, chaque sanction amputant néanmoins légèrement leur propre budget. L'expérience a duré 30 cycles, le but étant de maximiser le profit.
Spontanément, deux tiers des étudiants choisissent alors la SI pour les premiers cycles. En moyenne, au départ, les individus de la SI investissent peu, et beaucoup d'entre eux n'investissent pas du tout et profitent du système. Au contraire, les individus ayant choisi au départ la SSM investissent en moyenne beaucoup, et sanctionnent également beaucoup leurs congénères, ce qui à la longue crée une norme d'investissement minimum. L'évolution est alors intéressante, comme disent les auteurs, les individus "votent avec leurs pieds" : les individus de la SI finissent en fait tous par rejoindre la SSM, estimant que les bénéfices y sont plus importants. Détail cocasse : les anciens profiteurs de la SI se mettent à suivre la norme de la SSM et à sanctionner eux aussi les profiteurs... L'article présente alors deux conclusions : la première, c'est qu'il existe donc une minorité d'individus très actifs (les fondateurs de la SSM) qui ont une influence profonde sur le reste de la société et mettent en place une très forte norme sociale par la sanction. La seconde, c'est qu'en réponse à cette forte influence, le reste de la société se comporte comme des moutons et adopte sans remords cette norme sociale, même s'ils n'y adhéraient pas spontanément. Autrement dit, le conformisme est inscrit dans nos gènes...

Descendez-vous de Genghis Khan ?

C'est la question que les lecteurs de ce blog d'origine asiatique peuvent se poser. De fait, la génétique du chromosome Y permet de retracer l'histoire des lignées mâles, comme l'imaginaient les nationalistes Japonais. Le problème, c'est que par pur effet de dérive génétique, il se trouve que nombreux sont les hommes partageant les mêmes marqueurs et donc le même ancêtre, donc la lignée est en général assez fournie (d'où l'échec de nos camarades nippons) ! Récemment, Zerjal et al., dans un article publié dans Am. J. Hum. Genet. ont ainsi remarqué qu'un certain groupe de marqueurs très spécifiques étaient très répandus en Asie (au total 0.5 % de la population mondiale !). Ces marqueurs sont très bien conservés dans la population : cela veut dire qu'ils ont eu très peu de temps pour muter. Ceci indique que l'ancêtre commun de tous ces hommes a en fait vécu très récemment, et des modèles informatiques situent il y a environ 1000 ans l'ancêtre commun.
Autrement dit, un homme a vécu il y a 1000 ans, et 8% des Asiatiques descendent de cet homme. En fait, cela signifie concrètement que ces descendants ont eu, en moyenne sur 1000 ans, 36% d'enfants en plus à chaque génération que le pékin moyen. C'est évidemment énorme et ne peut être expliqué par la sélection naturelle ! La seule explication plausible est qu'en fait, il y a eu sélection sociale. Genghis Khan et sa famille ont établi dans cette région il y a 800 ans un Empire très étendu, ont souvent massacré la population locale et mis au pouvoir des membres de leur famille qui ont eu des descendances très prolifiques. Même si l'Empire Mongol s'est effondré, les descendants de Genghis Khan se sont maintenus au pouvoir, et ont donc vraisemblablement bénéficié d'avantages sociaux certains (richesse, pouvoir, et donc femmes...). D'où la distribution particulière de ce marqueur. En fait, on s'aperçoit également que les frontières de l'Empire Mongol semblent coller avec la répartition géographique de ces marqueurs Y, à l'exception d'une lignée pakistanaise, les Hazaras. Mais ceux-ci prétendent justement descendre de Genghis Khan, et cela semble donc confirmé par la génétique !

Référence : Zerjal et al. Am. J. Hum. Genet., 72:717-721, 2003

Sélection naturelle et religion...

Un article intéressant du times est signalé ... par mes amis les ID ! Il s'agit d'une revue d'un livre récemment écrit pas Lewis Wolpert, qui nous entretient du rapport entre sélection naturelle et croyance. J'aimerais me procurer ce livre, qui me semble tout à fait intéressant.
Si j'ai bien compris, selon Wolpert, la croyance est intrinsèquement liée à la notion de causalité, qui constitue en quelque sorte le fondement de notre humanité. En effet, il est impossible de fabriquer un outil complexe si l'on ne conçoit pas par avance ce que l'on souhaite faire, par exemple fixer une pierre aiguisée sur un bâton afin de fabriquer une hache. Autrement dit, ce qui fait l'humanité est cette faculté à comprendre et à influer sur les enchaînements des causes/conséquences. Cette faculté à anticiper les conséquences a été sélectionnée par l'évolution et s'est alors accompagnée de son corollaire naturel, la faculté de comprendre les causes. D'où la nécessité de créer des causes "imaginaires", des croyances, pour expliquer l'incompréhensible (catastrophes naturelles, maladies)... L'article explique par ailleurs qu'en général, même confrontés à des faits, nous préférons bien souvent nous en tenir à nos croyances, qui nous semblent être de meilleurs guides...
Je trouve cette idée intéressante. Pourtant, je me demande s'il n'y aurait pas également une sélection positive de la croyance. J'ai le sentiment qu'un groupe social, partageant un but et des croyances communes (comme la croyance en un au-delà ou en une vie terrestre meilleure) est bien plus fort collectivement. L'avantage de la croyance est peut-être aussi qu'elle balaie le doute, qui est certainement contre-productif lorsqu'il s'agit de fuir une bête sauvage, de se battre contre la tribu ennemie, ou de chasser le mammouth...

Succession japonaise

Panique chez les plus traditionnalistes au pays du soleil levant ! Les brus de l'empereur, âgées respectivement de 39 et 42 ans, n'ayant toujours pas engendré d'héritier mâle, le gouvernement japonais envisage de faire voter une loi autorisant les femmes à hériter du titre impérial. Hérésie dont se fait l'écho Nature cette semaine. Quelques conseillers traditionnalistes ont alors eu une drôle d'idée : selon eux, seuls les porteurs d'un chromosome Y impérial peuvent légitimement porter le trône. En effet, comme la lignée impériale est essentiellement mâle, le seul chromosome d'essence réellement divine est évidemment le chromosome Y. J'imagine que les généticiens consultés ont dû bien rigoler : évidemment, par effet de dérive génétique, la plupart des citoyens ordinaires japonais portent ce même chromosome Y . En fait il est même possible que n'importe quel "Gaijin" pourrait prétendre au trône japonais avec un critère pareil : en effet, Ayala a montré dans un papier de Science (disponible sur JSTOR) que tous les hommes descendent d'un Adam ayant vécu il y a environ 270000 ans. C'est d'ailleurs une bien triste histoire sur laquelle je reviendrai peut-être dans un billet, car Adam n'a en fait jamais rencontré Eve...
Toujours est-il que cette histoire montre comment on peut se tirer de belles balles dans le pied en essayant de chercher des justifications scientifiques à tort et à travers. Cette histoire est d'autant plus étrange que dans le panthéon shinto, l'empereur tire sa divinité du fait qu'il descend d'Amaterasu, qui est en fait une déesse ! Au final, tout ce débat sera peut-être occulté par le fait que la femme du second prince attend un heureux événement dans un peu plus de sept mois...

Je suis un survivant...

Suite à un commentaire de Nicole dans un billet précédent, je suis allé sur le site de l'INSEE récupérer la démographie en France en fonction du sexe et de l'âge. Grâce à gnuplot et à Perl, vous pouvez voir ce que cela donne sur le graphique de gauche. Les hommes sont en bleu et les femmes en rouge. Je trouve le résultat assez étonnant : il naît d'abord clairement plus de garçons que de filles. Ce n'est probablement pas une fluctuation statistique puisque la proportion fille/garçon reste à peu près constante jusqu'à 15 ans. Plus étonnant, à partir de 15 ans, on voit clairement que les hommes tombent comme des mouches ! Evidemment, c'était connu, mais je ne pensais pas que cette inflexion arrivait si jeune ! Gasp, j'ai du mal à m'en remettre, serions-nous plus fragiles ? Ou tout simplement plus risque-tout... Evidemment, il y a un effet de loupe dû à l'échelle, mais j'ai bien l'impression que les jeunes garçons ont effectivement un taux de mortalité plus élevé, si bien que le rapport fille/garçon approche 1 autour de 30 ans (ce qui doit correspondre à peu de chose près à l'âge moyen de naissance du premier enfant, la nature est bien faite, même si je pense que c'est une coincidence). Mon hypothèse foireuse quant au mécanisme de contre-sélection des don-juans s'effondre d'un coup !

Et tout cela ne s'arrange pas avec l'âge comme on peut le voir sur les deux belles exponentielles ci-dessous...

Science : la gauche et la droite

Non, non, je ne m'aventure pas sur le terrain glissant du blog politique, mais je continue ma série "génétique et évolution" en évoquant certaines données sur les gauchers et les droitiers. Environ 10% de la population est gauchère : est-ce dû au hasard, où y a -t-il des raisons génétiques plus profondes (un gène du gaucher) ? L'hypothèse génétique est par exemple contestée par le fait qu'environ 18% des vrais jumeaux n'ont pas la même latéralité.

Une façon de voir si la génétique joue un rôle là-dedans est d'examiner les corrélations avec un autre trait de latéralisation, si possible déterminé dès la naissance. Le problème est que notre corps est essentiellement symétrique. Pourtant, une partie invisible de notre anatomie est hautement latéralisée : le sommet de notre crâne ! En effet, nos cheveux ne sont pas implantés n'importe comment mais forment une espèce de spirale, orientée donc. Un chercheur s'est donc amusé à étudier le sommet des crânes des gens (vous pouvez admirer sa propre implantation sur la partie droite de la photo) et à corréler ce motif avec leur main favorite. L'expérience n'est pas évidente : impossible de voir quoi que ce soit sur les chauves ou les jeunes branchés au cheveu trop long ! Après élimination de ces divers biais statistiques, il apparaît qu'en moyenne, dans la population, 92% des personnes ont une implantation dans le sens des aiguilles d'une montre. Or chez les gauchers, cette proportion chute à 56 %. Cela signifie donc a priori qu'il y a effectivement une corrélation, et donc que vraisemblablement, il y a une partie de génétique dans cette latéralisation... Autrement dit, il y a des prédispositions génétiques à être gaucher ou droitier, mais heureusement, une part de hasard semble également jouer !(ou alors d'autres gènes encore inconnus, ce qui est plus déprimant...)

L'illustration et les données dont je parle sont tirées de Klar, Genetics, 165: 269-276.