En général, quand on pense aux mammouths, on imagine l’espèce laineuse emblématique de la dernière période glaciaire, qui s’est terminée il y a environ 12 000 ans. Mais les mammouths sont nés en Afrique il y a quelque 5 millions d’années, pour ensuite se répandre et se diversifier en Eurasie et en Amérique du Nord.
Il y a environ un million d’années, le mammouth des steppes vivait en Sibérie. On croit qu’il s’agit de l’ancêtre d’espèces apparues par la suite, comme le mammouth laineux et le mammouth de Colomb. Mais est-ce bien le cas ?
Dans une récente étude, nous démontrons qu’il est possible de récupérer de l’ADN de mammouth vieux de 1,2 million d’années à partir de restes trouvés dans des dépôts de pergélisol. En séquençant cet ADN — en analysant la constitution de son information génétique —, nous avons découvert une lignée de mammouths jamais décrite auparavant, l’origine hybride d’une espèce de mammouth et plus encore.
Séquencer un ADN vieux d’un million d’années
En 2017, nous avons reçu des échantillons de très anciennes dents de mammouth qui étaient restées figées dans le temps dans le pergélisol sibérien. Quelques jours plus tard, notre collègue Patrícia Pečnerová se rendait au laboratoire avec pour mission d’extraire l’ADN de certains parmi les plus vieux échantillons de mammouths. Elle y est parvenue.
Quelques semaines plus tard, nous avons examiné des millions de séquences d’ADN qui correspondaient au génome de l’éléphant de savane d’Afrique, le modèle que nous utilisons pour assembler le puzzle de chaque génome de mammouth que nous séquençons. Pečnerová a construit rapidement quelques arbres phylogénétiques — des arbres généalogiques de l’évolution des mammouths — et nous les a montrés. Nous n’avons pas lancé « Eurêka ! » comme dans les films, mais presque.
Il a fallu beaucoup de temps pour nous assurer que ces séquences étaient bel et bien de l’ADN de mammouth très ancien. Ainsi, l’ADN ancien présente un schéma caractéristique et bien connu d’altérations chimiques. Si cela peut poser des problèmes pour certaines analyses génétiques, cela permet cependant de distinguer l’ADN ancien des contaminants modernes, qui ne possèdent pas les mêmes altérations. Nos séquences de mammouths contenaient le schéma attendu.
Les séquences d’ADN présentaient également une autre caractéristique de l’ADN très ancien : elles étaient extrêmement fragmentées. Au lieu des séquences d’ADN plus longues des échantillons de mammouths plus jeunes et mieux préservés dans le pergélisol, nous n’en avions que de très courtes.
Cela a posé un autre problème, car les courtes séquences sont plus difficiles à placer au bon endroit dans le génome. Elles peuvent également être confondues avec une contamination. Pour éviter cela, nous avons dû éliminer toutes les séquences qui avaient moins d’une certaine longueur, un choix désolant, mais nécessaire.
Lignées perdues et origines hybrides
Nous avons essayé de situer nos échantillons par rapport à toutes les espèces de mammouths connues. Nos résultats ont clairement indiqué que le spécimen âgé de 1,1 million d’années, que nous avons appelé Adycha, était un ancêtre du mammouth laineux. Mais situer la lignée d’un autre échantillon, âgé de 1,2 million d’années et nommé Krestovka, s’est avéré beaucoup plus difficile. Il semblait parfois étroitement apparenté au mammouth de Colomb, et parfois, au mammouth laineux.
Il a fallu plusieurs analyses génétiques et des heures de discussion et de dessin au tableau blanc pour élucider le mystère. Le mammouth de Colomb aurait une origine hybride, c’est-à-dire qu’il a deux lignées d’ancêtres plutôt qu’une seule.
Nos résultats montrent qu’environ la moitié des ancêtres du mammouth de Colomb pourrait être issus de la lignée Krestovka et l’autre moitié, de celle du mammouth laineux.
Ces données pourraient enfin expliquer un mystère que l’on tente d’élucider depuis longtemps, à savoir pourquoi tous les mammouths de Colomb dont on a séquencé l’ADN jusqu’à présent avaient des génomes mitochondriaux — une information génétique entièrement héritée de la mère — assez rapprochés de ceux des mammouths laineux. Les mammouths de Colomb ont probablement obtenu leurs mitochondries par des croisements avec des mammouths laineux femelles.
Un instantané de l’évolution
À la question « D’où le mammouth laineux tire-t-il son nom ? », la plupart des gens font référence à sa pilosité. Mais il existe de nombreuses autres adaptations du mammouth laineux caractéristiques des environnements arctiques, comme davantage de dépôts graisseux, une bonne tolérance au froid, un rythme circadien modifié, etc. Nous avons examiné combien de ces adaptations existaient déjà il y a plus d’un million d’années. Nous avons été surpris de découvrir que la majorité d’entre elles étaient présentes dans le génome d’Adycha.
Nous pensons que cette découverte pourrait avoir de larges incidences sur l’étude de l’évolution des espèces. La question de savoir si le rythme d’adaptation est accéléré lors d’un événement de spéciation — quand une population se sépare en espèces distinctes — ou s’il s’agit d’un processus plus progressif n’a toujours pas été tranchée par la biologie évolutionniste.
Nos données vont dans le sens de la dernière proposition, car nous n’avons aucune preuve d’une sélection naturelle plus rapide au moment de l’apparition du mammouth laineux. Et la plupart des adaptations caractéristiques du mammouth laineux étaient déjà présentes dans ses espèces ancestrales qui parcouraient les steppes sibériennes il y a plus d’un million d’années.
Où se trouve la limite ?
Jusqu’à présent, la plus ancienne séquence d’ADN trouvée appartenait à un cheval datant de 560 000 à 780 000 ans et récupérée dans les dépôts de pergélisol de Thistle Creek au Yukon.
Nos échantillons de mammouths vieux d’un million d’années partagent une caractéristique fondamentale avec ceux du cheval de Thistle Creek, ils ont été conservés dans des dépôts de pergélisol à de températures inférieures à zéro. Congelées dès le moment de la mort, ou peu après, les molécules d’ADN se sont dégradées au ralenti pendant des centaines de milliers d’années jusqu’à ce que nous les récupérions et les séquencions.
Nous pensons que le matériel préservé dans le pergélisol pourrait nous offrir de l’ADN encore plus vieux. Cependant, comme les plus anciens dépôts de pergélisol datent du Pléistocène précoce — il y a environ 2,6 millions d’années — cela pourrait, malheureusement, nous empêcher de remonter plus loin.