Les généticiens évolutionnistes repèrent que la sélection naturelle se produit actuellement chez les humains

L’évolution humaine peut apparaître comme un phénomène du passé lointain qui ne s’applique qu’à nos ancêtres vivant il y a des millions d’années. Mais l’évolution humaine est en cours. Évoluer signifie simplement que les mutations – les modifications accidentelles des gènes qui se produisent normalement lors du processus de copie de l’ADN – deviennent plus ou moins courantes dans la population au fil du temps.

Ces changements peuvent se produire par hasard, car les individus qui se sont reproduits étaient porteurs d’une mutation particulière un peu plus souvent que les individus qui n’ont pas eu d’enfants. Ils peuvent également se produire en raison de la sélection naturelle, lorsque les porteurs d’une mutation spécifique sont mieux à même de survivre, de se reproduire ou de s’occuper des membres de leur famille – et donc de laisser plus de descendants. Chaque adaptation biologique, de la capacité des humains à marcher debout sur deux pieds au vol des oiseaux, remonte finalement à la sélection naturelle agissant sur ces changements infimes, génération après génération.

Donc, les humains sont définitivement en train d’évoluer. La question est de savoir si nous nous adaptons encore : les individus porteurs de mutations néfastes vivent-ils moins longtemps, se reproduisent-ils moins – laissant finalement moins de descendants ? Par exemple, une mauvaise vue a peut-être été un inconvénient majeur pour la survie dans la savane, mais avec les lunettes et la chirurgie au laser, il est peu probable qu’elle empêche les gens de vivre longtemps aujourd’hui. Quelle est alors la fréquence des mutations sous sélection chez les humains contemporains ?

Une longue échelle de temps rend l’évolution difficile à étudier

Parce que les adaptations impliquent de minuscules changements dans la fréquence des mutations de génération en génération et que leur fortune se déroule sur des dizaines à des centaines de milliers d’années, elles sont incroyablement difficiles à étudier directement – du moins dans les organismes à longue durée de vie tels que les humains.

Ainsi, bien qu’il existe des preuves accablantes de l’évolution humaine et des empreintes d’adaptation sans équivoque dans le génome, les scientifiques ont rarement été en mesure d’observer directement la sélection naturelle opérant chez les personnes. En conséquence, les biologistes comprennent encore très peu le fonctionnement de la sélection naturelle chez l’homme.

En effet, l’une des empreintes les plus claires d’une adaptation passée dans le génome humain implique une mutation qui permet de digérer le lait à l’âge adulte. Cette mutation du gène lactase a rapidement augmenté en fréquence avec l’essor de l’élevage laitier il y a des milliers d’années, indépendamment dans plusieurs populations. C’est la raison pour laquelle certaines personnes peuvent boire du lait à l’âge adulte, alors que la plupart restent intolérantes au lactose.

Mais même dans ce cas bien étudié , sans parler du reste du génome, les chercheurs ne savent pas si la mutation a été bénéfique pour la survie ou pour la reproduction ; si les avantages étaient les mêmes pour les deux sexes ou à tous les âges ; ou si le bénéfice dépendait de l’environnement (par exemple, la disponibilité d’autres sources de nourriture). Comme l’a souligné le biologiste évolutionniste Richard Lewontin dans les années 1960, pour connaître ces propriétés de la sélection naturelle, il faudrait une étude massive, dans laquelle des informations génétiques et généalogiques sont obtenues pour des centaines de milliers de personnes.

Cinquante ans plus tard, notre groupe s’est rendu compte que cette expérience de pensée commençait à devenir réalisable. Nous avons cherché de grands ensembles de données biomédicales qui nous permettraient d’en savoir plus sur les mutations qui affectent la survie.

Examen de la fréquence des gènes dans les groupes d’âge

Notre idée de base était que les mutations qui réduisent les chances de survie devraient être présentes à une fréquence plus faible chez les personnes âgées. Par exemple, si une mutation devient nocive à l’âge de 60 ans, les personnes qui la portent ont moins de chances de survivre au-delà de 60 ans – et la mutation devrait être moins fréquente chez ceux qui vivent plus longtemps que cela.

Nous avons donc recherché des mutations dont la fréquence change avec l’âge chez environ 60 000 individus de Californie (faisant partie de la cohorte GERA ) et environ 150 000 de la UK Biobank . Pour éviter la complication que les personnes dont les ancêtres vivaient dans des endroits différents portent un ensemble quelque peu différent de mutations, nous nous sommes concentrés sur le plus grand groupe ayant une ascendance commune dans chaque étude.

À travers le génome, nous avons trouvé deux variantes qui mettent en danger la survie . Le premier est une variante du gène APOE, qui est un facteur de risque bien connu de la maladie d’Alzheimer. Sa fréquence chute au-delà de 70 ans. La deuxième variante nocive que nous avons trouvée est une mutation du gène CHRNA3. Associée à un tabagisme important, cette mutation héréditaire commence à diminuer en fréquence à l’âge moyen chez les hommes, car les porteurs de cette mutation sont moins susceptibles de survivre plus longtemps.

Les deux variantes délétères n’ont eu un effet que longtemps après les âges typiques de reproduction pour les femelles et les mâles. Les biologistes considèrent généralement que ces mutations ne font pas l’objet d’une sélection. Après tout, à la fin de l’âge mûr, la plupart des gens ont déjà transmis leurs gènes à la progéniture qu’ils auront, il semble donc que peu importe combien de temps ils vivent au-delà de ce point.

Pourquoi alors n’en trouverions-nous que deux, alors que notre étude était suffisamment vaste pour détecter une telle variante, si elle est courante dans la population ? Une possibilité est que les mutations qui ne mettent en péril que la survie si tard dans la vie ne surviennent presque jamais. Bien que cela soit possible, le génome occupe une grande place, ce qui semble peu probable.

L’autre possibilité intrigante est que la sélection naturelle empêche même les variantes à action tardive de devenir courantes dans la population par sélection naturelle, si elles ont des effets suffisamment importants. Pourquoi cela pourrait-il être? D’une part, les hommes peuvent engendrer des enfants à un âge avancé. Même si seule une infime partie d’entre eux le font, cela peut suffire à un coût de fitness évolutif pour que la sélection agisse. La survie au-delà de l’âge de la reproduction pourrait également être bénéfique pour la survie d’individus apparentés porteurs des mêmes mutations, le plus directement des enfants. En d’autres termes, survivre à des âges reproductifs typiques passés peut être bénéfique pour les humains après tout.

Vos mutations influencent votre survie

En plus d’examiner une mutation à la fois, nous souhaitions également examiner des ensembles de mutations qui se sont toutes avérées influencer le même trait et pourraient avoir des effets très subtils sur la survie individuellement. Par exemple, les chercheurs ont identifié environ 700 mutations courantes qui influencent la taille, chacune ne contribuant qu’à des millimètres. À cette fin, nous avons considéré des dizaines à des centaines de mutations qui façonnent la variation dans l’un des 42 traits.

Nous avons trouvé des mutations génétiques liées à un certain nombre de maladies et de traits métaboliques qui diminuent les taux de survie : les personnes génétiquement prédisposées à avoir un cholestérol total plus élevé, un cholestérol LDL, un risque de maladie cardiaque, un IMC, un risque d’asthme ou un cholestérol HDL plus bas ont tendance à mourir plus jeunes que d’autres.

Plus surprenant peut-être, nous avons découvert que les personnes porteuses de mutations qui retardent la puberté ou l’âge auquel elles ont leur premier enfant ont tendance à vivre plus longtemps. Des études épidémiologiques savaient que la puberté précoce est associée à des effets indésirables plus tard dans la vie, tels que le cancer et l’obésité. Nos résultats indiquent qu’une partie de cet effet est probablement due à des facteurs héréditaires.

Ainsi, les humains sont porteurs de mutations communes qui affectent leur survie et la sélection naturelle semble agir sur au moins un sous-ensemble, dans certains environnements contemporains. Mais ce qui est mauvais dans un contexte peut très bien ne pas l’être dans un autre ; par exemple, la variante CHRNA3 a un effet parce que les gens fument. Cependant, nous n’en sommes qu’au début et nos découvertes n’offrent qu’un premier aperçu de ce qui pourra bientôt être glané à partir de millions de génomes, en combinaison avec des archives généalogiques. Dans les travaux futurs, il sera important d’étudier non seulement la durée de vie, mais aussi le nombre d’enfants et de petits-enfants que les individus quittent, ainsi que les populations et les environnements dans le monde entier.

Molly Przeworski – Professeur de sciences biologiques, Columbia University