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Les échantillons archéologiques d'ADN (fragment d'os) sont-ils stabilisés et isolés de la même manière que les échantillons de salive vivante ?

Les échantillons archéologiques d'ADN (fragment d'os) sont-ils stabilisés et isolés de la même manière que les échantillons de salive vivante ?


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J'ai étudié comment des échantillons d'ADN de salive sont mis en suspension dans un fluide de stabilisation puis isolés à l'aide de billes magnétiques. Les anciens échantillons d'ADN archéologiques d'os en détérioration sont-ils soumis à ce même processus ? Si non, comment sont-ils stabilisés et isolés ?


Principes de base de la purification de l'ADN

Procédure d'isolement de base

Il y a cinq étapes de base de l'extraction d'ADN qui sont cohérentes dans toutes les chimies de purification d'ADN possibles : 1) rupture de la structure cellulaire pour créer un lysat, 2) séparation de l'ADN soluble des débris cellulaires et autres matières insolubles, 3) liaison du ADN d'intérêt vers une matrice de purification, 4) lavage des protéines et autres contaminants de la matrice et 5) élution de l'ADN.

1. Création de lysat

La première étape de toute réaction de purification d'acide nucléique consiste à libérer l'ADN/ARN en solution. Le but de la lyse est de perturber rapidement et complètement les cellules d'un échantillon pour libérer l'acide nucléique dans le lysat. Il existe quatre techniques générales pour lyser les matériaux : les méthodes physiques, les méthodes enzymatiques, les méthodes chimiques et les combinaisons des trois.

Méthodes physiques

Les méthodes physiques impliquent généralement un certain type de broyage ou de concassage d'échantillons pour perturber les parois cellulaires ou les tissus durs. Une méthode courante de perturbation physique consiste à congeler et à broyer des échantillons avec un mortier et un pilon sous azote liquide pour fournir un matériau en poudre qui est ensuite exposé à des conditions de lyse chimique ou enzymatique. Les broyeurs peuvent être de simples dispositifs manuels ou automatisés, capables de perturber plusieurs plaques à 96 puits. Les méthodes physiques sont souvent utilisées avec des matières premières plus structurées, telles que des tissus ou des plantes. D'autres dispositifs utilisent le battement ou l'agitation des billes en présence de billes métalliques ou céramiques pour perturber les cellules ou les tissus, ou la sonication pour perturber les tissus et lyser les cellules.

Méthodes chimiques

Les méthodes chimiques peuvent être utilisées seules avec des matériaux faciles à lyser, tels que des cellules de culture tissulaire ou en combinaison avec d'autres méthodes. La rupture cellulaire est accomplie avec une variété d'agents qui perturbent les membranes cellulaires et dénaturent les protéines. Les produits chimiques couramment utilisés comprennent les détergents (par exemple, le SDS) et les chaotropes (par exemple, les sels de guanidine et les solutions alcalines).

Méthodes enzymatiques

Les méthodes enzymatiques sont souvent utilisées avec des matières premières plus structurées en combinaison avec d'autres méthodes avec des tissus, des matières végétales, des bactéries et des levures. Les enzymes utilisées aident à perturber les tissus et les parois cellulaires dures. Selon le matériau de départ, les traitements enzymatiques typiques peuvent inclure : le lysozyme, la zymolase et la litcase, la protéinase K, la collagénase et la lipase, entre autres. Les traitements enzymatiques peuvent se prêter à un traitement à haut débit, mais peuvent avoir un coût par échantillon plus élevé que d'autres méthodes de perturbation.

Dans de nombreux protocoles, une combinaison de perturbation chimique et d'une autre est souvent utilisée car la perturbation chimique des cellules inactive rapidement les protéines, y compris les nucléases.

2. Effacement du lysat

Selon le matériau de départ, les lysats cellulaires peuvent nécessiter l'élimination des débris cellulaires avant la purification des acides nucléiques afin de réduire le transfert de matériaux indésirables (protéines, lipides et saccharides des structures cellulaires) dans la réaction de purification, ce qui peut obstruer les membranes ou interférer avec l'aval. applications. Habituellement, la clarification est effectuée par centrifugation, filtration ou par des méthodes à base de billes.

La centrifugation peut nécessiter plus de temps de manipulation, mais elle est capable de traiter de grandes quantités de débris. Le filtrage peut être une méthode rapide, mais les échantillons contenant une grande quantité de débris peuvent obstruer le filtre. La compensation à base de billes, comme la méthode utilisée avec les kits de préparation de plasmides à base de particules Promega, peut être utilisée dans des protocoles automatisés, mais peut être submergée par la biomasse. Une fois qu'un lysat clarifié est généré, l'ADN peut ensuite être purifié par de nombreuses chimies différentes, telles que la silice, l'échange d'ions, la cellulose ou des méthodes basées sur la précipitation.

3. Liaison à la matrice de purification

Quelle que soit la méthode utilisée pour créer un lysat clarifié, l'ADN d'intérêt peut être isolé en utilisant une variété de méthodes différentes. Promega propose des systèmes d'isolement d'ADN génomique basés sur la lyse d'échantillons par des détergents et la purification par liaison à des matrices (silice, cellulose et échange d'ions), ce qui a principalement suscité l'intérêt ces dernières années.

Chacune de ces chimies peut influencer l'efficacité et la pureté de l'isolement, et chacune a une capacité de liaison caractéristique. La capacité de liaison est une indication de la quantité d'acide nucléique qu'une chimie d'isolement peut lier avant d'atteindre la capacité du système et de ne plus isoler davantage cet acide nucléique. Nous pouvons intégrer des caractéristiques de conception dans ces chimies en manipulant les conditions de liaison pour enrichir différentes catégories d'acides nucléiques (par exemple, les chimies qui lient sélectivement l'ARN contre l'ADN ou les grands contre les petits fragments).

Chimie basée sur les solutions

Ce type de chimie ne repose pas sur une matrice de liaison, mais plutôt sur une précipitation à l'alcool. Après la création du lysat, les débris cellulaires et les protéines sont précipités à l'aide d'une solution saline à haute concentration. La concentration élevée de sel fait tomber les protéines de la solution, puis la centrifugation sépare l'acide nucléique soluble des débris cellulaires et de la protéine précipitée (1).

L'ADN est ensuite précipité en ajoutant de l'isopropanol à la solution de sel à haute concentration. Cela force les grandes molécules d'ADN génomique à sortir de la solution, tandis que les fragments d'ARN plus petits restent solubles. L'ADN insoluble est ensuite sédimenté et séparé du sel, de l'isopropanol et des fragments d'ARN par centrifugation.

Un lavage supplémentaire du culot avec de l'éthanol élimine le sel restant et améliore l'évaporation. Enfin, le culot d'ADN est remis en suspension dans un tampon aqueux comme du Tris-EDTA ou de l'eau sans nucléase et, une fois dissous, il est prêt à être utilisé dans les applications en aval.

Chimie de la silice

La technologie de ces systèmes de purification d'ADN génomique est basée sur la liaison de l'ADN à la silice dans des conditions riches en sel (2–4). La clé pour isoler tout acide nucléique avec de la silice est la présence d'un sel chaotropique comme le chlorhydrate de guanidine. Les sels chaotropiques présents en grande quantité sont capables de perturber les cellules, de désactiver les nucléases et de permettre à l'acide nucléique de se lier à la silice.

Une fois l'ADN génomique lié à la membrane de silice, l'acide nucléique est lavé avec une solution sel/éthanol. Ces lavages éliminent les protéines contaminantes, les lipopolysaccharides et les petits ARN pour augmenter la pureté tout en maintenant l'ADN lié à la colonne de membrane de silice. Une fois les lavages terminés, l'ADN génomique est élué dans des conditions de faible teneur en sel en utilisant soit de l'eau sans nucléase, soit un tampon TE.

La liaison à la silice n'est pas spécifique à l'ADN, donc si de l'ADN pur est requis, il est également possible d'ajouter de la ribonucléase (RNase A) au tampon d'élution. L'ARN peut être copurifié avec l'ADNg, et l'ajout de RNase au tampon d'élution assure l'élimination de la grande majorité de l'ARN contaminant.

Cette chimie peut être adaptée soit aux particules paramagnétiques (PMP), comme les PMP MagneSil® à revêtement de silice Promega, soit aux formats à base de colonnes à membrane de silice. Alors que les deux méthodes représentent généralement un bon équilibre entre rendement et pureté, le format de colonne à membrane de silice est plus pratique. Pour une purification automatisée, les plaques à membrane de silice à 96 puits ou les PMP MagneSil® sont facilement adaptées à une variété de plates-formes robotiques.

Afin de traiter les échantillons d'ADN, les PMP MagneSil® nécessitent un aimant puissant pour la capture des particules, plutôt que la centrifugation ou la filtration sous vide. Les PMP MagneSil® sont considérés comme une « phase solide mobile » avec la liaison des acides nucléiques se produisant en solution. Les particules peuvent également être complètement remises en suspension pendant les étapes de lavage d'un protocole de purification, améliorant ainsi l'élimination des contaminants. Voir la figure 1 pour des images d'une colonne à membrane de silice et des PMP MagneSil®.

Figure 1. Images de deux matrices de purification de silice Promega. Panneau A. Une colonne de liaison PureYield &trade Midiprep. La membrane est présente en fond de colonne. Panneau B. Une micrographie électronique des PMP MagneSil ®.
Chimie de la liaison à la cellulose

Plus récemment, Promega a commercialisé des méthodes d'isolement d'ADN utilisant une matrice à base de cellulose. L'acide nucléique se lie à la cellulose en présence d'une forte teneur en sel et en alcools. De manière générale, la capacité de liaison des méthodes à base de cellulose est très élevée. Les conditions peuvent être ajustées pour lier préférentiellement différentes espèces et tailles d'acide nucléique. En raison de la combinaison de la capacité de liaison et du volume d'élution relativement faible, nous pouvons obtenir des éluats à concentration élevée pour les acides nucléiques.

Chimie d'échange d'ions

La chimie d'échange d'ions est basée sur l'interaction qui se produit entre les particules chargées positivement et les phosphates chargés négativement qui sont présents dans l'ADN. L'ADN se lie dans des conditions de faible teneur en sel, et les protéines et l'ARN contaminant peuvent ensuite être éliminés par des solutions salines plus élevées. L'ADN est élue dans des conditions salines élevées, puis récupéré par précipitation à l'éthanol.

4. Lavage

Les tampons de lavage contiennent généralement des alcools et peuvent être utilisés pour éliminer les protéines, les sels et autres contaminants de l'échantillon ou des tampons de liaison en amont. Les alcools aident en outre à associer l'acide nucléique à la matrice.

5. Élution

L'ADN est soluble dans une solution à faible force ionique telle que le tampon TE ou l'eau sans nucléase. Lorsqu'un tel tampon aqueux est appliqué sur une membrane de silice, l'ADN est libéré de la silice et l'éluat est collecté. L'ADN purifié et de haute qualité est ensuite prêt à être utilisé dans une grande variété d'applications en aval exigeantes, telles que la PCR multiplex, les systèmes couplés de transcription/traduction in vitro, les réactions de transfection et de séquençage.

Lors de la sélection de votre tampon d'élution, il est important de prendre en compte les exigences de vos processus en aval souhaités. L'élution et le stockage de l'ADN dans le tampon TE, par exemple, sont utiles tant que l'EDTA n'a pas d'impact sur les applications en aval que vous avez choisies. L'EDTA chélate ou lie le magnésium présent dans l'ADN purifié et peut aider à inhiber une éventuelle activité de nucléase contaminante. Si l'EDTA est un problème, nous vous recommandons de stocker l'ADN dans une solution tamponnée, car la nature acide de l'ADN peut entraîner une autohydrolyse. Alternativement, vous pouvez utiliser un tampon TE -4, qui est Tris-HCl 10 mm, EDTA 0,1 mm (pH 8,0).

Système de purification d'ADN génomique Wizard® SV

Une technique simple et rapide à base de membrane de silice pour la préparation d'ADN génomique à partir de cellules et de tissus cultivés.

Système ReliaPrep&trade Blood gDNA Miniprep

Un système prêt à l'emploi sur colonne de cellulose qui obtient un ADN génomique intact sans utiliser de lavages à l'éthanol ou de précipitations.


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Résultats

Bien que l'environnement tropical et la proximité des sites de fouilles avec l'océan, avec des inondations récurrentes, remettent en cause la possibilité de préservation de l'ADN, nous avons pu obtenir certaines des premières données fiables sur l'ADNa de l'isthme. À partir de la collecte initiale d'échantillons de 20 individus anciens, nous avons finalement assemblé des génomes anciens à faible couverture (𢙐.01X) de 12 individus non apparentés (une femme et onze hommes), dont dix datant de l'époque préhispanique (radiocarbone daté de 603 à 1430 CE). Les analyses de décomposition moléculaire ont démontré la mauvaise conservation de l'ADN endogène, mais le taux d'erreur et les tests de validation ont confirmé la fiabilité des données génomiques récupérées (tableau S2). Afin de caractériser la génétique des individus isthmiques avec la plus grande étendue spatiale et la plus grande profondeur temporelle possible, les 12 génomes anciens ont été comparés aux données à l'échelle du génome de 74 Panaméens modernes non apparentés et aux données modernes et anciennes disponibles en assemblant différents ensembles de données (tableau des méthodes STAR S3).

Lignées uniparentales des Panaméens préhispaniques

L'évaluation des marqueurs uniparentaux a révélé la présence des haplogroupes d'ADNmt « pan-américain » A2 et B2 dans les échantillons préhispaniques, tandis que deux haplogroupes, H1j1a et L2a1c2a, typiques des Européens et des Africains sub-sahariens, respectivement, ont été identifiés dans les échantillons prélevés sur des individus coloniaux anciens (Figure S1 A Tableau S1).

Analyses des marqueurs uniparentaux, liés à la figureਅ B et au tableau S1

(UNE) Arbres phylogénétiques schématiques des quatre principaux haplogroupes d'ADNmt identifiés dans la région isthmique. Les arbres phylogénétiques bayésiens, enracinés sur un mitogénome L2c2 d'un individu “Moreno”, comprennent tous les mitogénomes modernes appartenant aux quatre grands haplogroupes d'individus isthmiques modernes et anciens (A2af1, A2w, B2d, C1d1). Les lignes noires mettent en évidence les branches spécifiques à l'IA de la zone isthmo-colombienne. L'âge bayésien (valeur moyenne avec écart type) est indiqué pour les branches concernées. (B) Ancienne classification du chromosome Y. SNP pour chaque macro-haplogroupe présent dans Poznik etਊl., 2016. Dans le panneau de droite, les SNP pour chaque sous-haplogroupe Q dans Grugni etਊl., 2019 et Pinotti etਊl., 2019. Différentes couleurs font référence au statut de l'allèle (vert : bleu ancestral : dérivé), tandis que différentes nuances indiquent les dommages possibles à l'ADNa. Nomenclature des haplogroupes comme dans ISOGG 2019.

L'haplogroupe d'ADNmt le plus représenté des Panaméens préhispaniques, A2af1, a été précédemment identifié (comme A2af) à des fréquences élevées parmi les Panaméens actuels, principalement dans la Comarca de Guna Yala (Perego etਊl., 2012). Elle est caractérisée par la délétion dite « “Huëtar », une délétion particulière de la région de contrôle de 6 pb initialement détectée chez le Huëtar parlant le chibchan du Costa Rica (Santos etਊl., 1994).

Les huit chromosomes Y pré-contact sont positifs pour le marqueur L54, qui caractérise toutes les branches amérindiennes de l'haplogroupe Q (Figure S1 B). Deux individus (PAPV118, PAPV175) ont en outre été sous-classés en Q1b1a1a-M3 et un (PAPV117) en Q1b1a1a1-M848, les haplogroupes les plus fréquents parmi les peuples autochtones des Amériques (Grugni etਊl., 2019 Pinotti etਊl., 2019).

Importance archéologique et anthropologique de deux sépultures à Panam&# x000e1 Viejo et Coco del Mar

Une première évaluation des génomes anciens à faible couverture a permis d'aborder des questions anthropologiques et archéologiques de longue date concernant les relations génétiques possibles entre les individus enterrés ensemble. Ces cas comprenaient les dix restes humains (un squelette féminin adulte, presque complet avec neuf crânes masculins adultes sous et autour d'elle) récupérés d'une sépulture préhispanique dénommée Tumba 1 sous la Plaza Mayor de Panama&# x000e1 Viejo, et une sépulture similaire à Coco del Mar (environ 1 km à l'ouest de Panamaá Viejo), où un squelette féminin a été trouvé accompagné de trois crânes masculins (Figureਁ B). Des crânes enterrés avec des individus prestigieux ont été interprétés comme une preuve de vénération des ancêtres ou de sacrifices humains avec l'ostentation de têtes de trophées (Mendizabal, 2004 Smith-Guzmán et Cooke, 2018). Dans les deux cas, les arguments reposent sur des relations tribales et biologiques présumées (récentes ou ancestrales). En utilisant des données à l'échelle du génome, nous pouvons maintenant exclure toute parenté génétique entre les individus. De plus, les deux femelles présentent des haplogroupes d'ADNmt différents (D1 et B2, respectivement) par rapport aux crânes masculins environnants (A2af1a1, B2b et B2d dans Tumba 1 A2af1b, A2w et B2d dans Coco del Mar).

En combinaison avec ces résultats génétiques, les dates au radiocarbone obtenues pour les individus préhispaniques échantillonnés à Panama Viejo et Coco del Mar suggèrent une interprétation plus complexe et nuancée. Les deux figures féminines, PAPV109 (1265-1375 CE) et PAPV172 (1051-1221 CE), ont été inhumées avec des crânes datés de 603 à 1390 CE (2 sigma) dans le premier cas et de 657 à 1430 CE (2 sigma) dans le second (Figureਁ B). Par conséquent, des crânes couvrant plus de 700 ans, y compris les premiers et les derniers vestiges préhispaniques de la région récupérés à ce jour, accompagnaient chacun des principaux individus. Sept des crânes qui accompagnaient PAPV109 appartenaient à des individus qui l'avaient précédée de centaines d'années, et les deux autres étaient à peu près contemporains. L'un des crânes enterrés avec PAPV172 appartenait à un homme qui a vécu environ 500 ans avant elle, et les deux autres à des hommes décédés et enterrés au cours des 300 années suivantes. S'appuyant sur l'ethnographie de Cueva ainsi que de Guna (Castillero Calvo, 2017 : 26, 87, 281, 282, 476� Fernández de Oviedo, 1853 : Vol. 2, pp. 125� Fortis, 2013), Crania conservé pendant des centaines d'années ou même déposé après l'inhumation principale concernait probablement des chefs ennemis dont la mort au combat garantissait à leurs esprits le repos éternel. Leurs crânes peuvent avoir fourni des sorciers et des guérisseurs, dans ce cas des femmes voyantes ou tequina, une passerelle vers la connaissance des ennemis ainsi que l'au-delà. Ces femmes sont entrées dans l'autre monde avec les outils de leur métier (les crânes), comme d'autres personnes enterrées à Panam&# x000e1 Viejo (une &# x0201cmusicienne&# x0201d posée comme si elle jouait de son instrument, et une adolescente assise avec des lames de silex et une queue de galuchat barbes) ou mentionné dans les chroniques espagnoles (agriculteurs enterrés avec du maïs) (Fern&# x000e1ndez de Oviedo, 1853 : pp. 125&# x02013154). Les têtes d'ennemis prestigieux obtenus dans la guerre auraient facilité l'accès des voyants à leur force et leurs connaissances ainsi que leur capacité à communiquer avec d'autres mondes. Les différentes lignées d'ADNmt de ces individus pourraient également soutenir leurs origines dans divers groupes préhispaniques, car nous avons trouvé des différences significatives dans la distribution des haplogroupes parmi les populations autochtones modernes analysées ici (valeur p : 0,0001). Bien que la littérature contienne des références à des épouses, des esclaves et des serviteurs fidèles sacrifiés avec leurs chefs (Fern&# x000e1ndez de Oviedo, 1853 Romoli, 1987), ces enterrements illustrent une pratique différente. Leur disposition se distingue parmi une grande diversité d'inhumations préhispaniques sur une vaste zone du Pacifique panaméen, certaines d'entre elles comprenant des offrandes en poterie locale, en métal, en lapidaire, en coquillages et en os, et de nombreux modes d'inhumation, y compris des ossements déposés dans urnes ou ballots (Martín, 2002a, 2002b). La tête de PAPV172&# x02019s a été trouvée sous une offrande en céramique, tandis que cinq pots en céramique avec des offrandes accompagnaient PAPV109, qui portait également un collier fabriqué à partir de coquilles d'huîtres épineuses (Spondyle spp.). Dans la variété des modèles d'inhumation préhispaniques observés à ce jour, les individus PAPV109 et PAPV172 semblent uniques au niveau local ainsi que régional.

Décryptage de la variation génomique sur l'isthme

Les analyses menées dans cette étude facilitent une évaluation microgéographique et diachronique de la variation autosomique autochtone dans cette région stratégique. La caractérisation des histoires génétiques précoloniales est obscurcie par les impacts de la colonisation. Cela est évident dans les profils génétiques distinctifs qui différencient le pool génétique actuel des groupes panaméens obtenus par les analyses ADMIXTURE (figures 2 A, ​ A, S2A, S2 A et S2B). Les deux groupes qui ont connu une histoire de mélange, les auto-identifiés “Moreno” et “Mestizo,” révèlent de grandes proportions de leurs génomes non dérivés des peuples autochtones des Amériques. Les deux montrent une proportion comparable d'ascendance prédominante chez les Européens (K2) et la composante commune aux Africains (K3) est plus répandue dans le groupe “Moreno” les “Mestizo” sont caractérisés par une composante également identifiée chez les Asiatiques (K4 ). La coexistence de différentes ascendances génomiques continentales est courante dans les Amériques, en raison d'un mélange complexe qui a commencé pendant la période coloniale (Ongaro etਊl., 2019). Au Panama, où la colonisation européenne a commencé en 1 502 de notre ère, cela est particulièrement évident chez les “Mestizo,”, mais il est également révélé par des individus qui se sont auto-identifiés comme autochtones et généalogiquement non mélangés, montrant des quantités variables d'ascendance africaine et européenne dans leurs génomes, avec les valeurs moyennes les plus faibles chez les Guna, suivis par les Ng.

Aperçu de la structure génétique des groupes isthmiques anciens et modernes

(A) Le graphique ADMIXTURE pour K&# x000a0 = 14, chaque barre montre la proportion d'ascendance moyenne des individus au sein du même groupe compte tenu de l'ensemble de données rWD1560 plus les anciens individus américains et sibériens.

(B) Analyse PCA indigène américaine (IA) comprenant l'ensemble de données mIA417 et les génomes anciens projetés sur la variabilité uIA217. L'encart montre une ACP spécifique isthmo-colombienne.

(C) f4 statistiques sous la forme f4 (W/Isthmo-Colombia/Anzick, X/Isthmo-Colombia/SpiritCave Y/Isthmo-Colombia, Mbuti) en considérant les ensembles de données uIA89 et mIA417 ainsi que d'anciens individus isthmiens (tous les SNP). Les f4 les valeurs sont indiquées en abscisse. Chaque population testée (Y) est affichée (avec des triangles pointant vers la population X ou W) uniquement lorsque la conformation initiale de l'arbre est rejetée (valeur p ∼ 0,001, pour Z scores > |3,3|), pointant ainsi visuellement vers la population la plus proche (X ou W) dans chaque comparaison. Une légende pour les symboles utilisés dans le document est rapportée en haut à gauche.

Graphique ADMIXTURE dans le monde sur des individus modernes et anciens, liés à la figureਂ

(UNE) Les analyses ADMIXTURE ont été effectuées de K1 à K20 sur le jeu de données moderne rWD1560, même si seuls les profils de K6 à K14 sont affichés. L'encart montre la boîte à moustaches des valeurs de validation croisée (CV) 5 fois pour Ks de 1 à 20 après 10 courses. Les valeurs médianes (les plus typiques) ont été tracées indiquant les 25e et 75e centiles (gris foncé et clair, respectivement) et des bras s'étendant 1,5 fois l'IQR (plage interquartile). (B) Analyse ADMIXTURE projetant d'anciens individus sibériens et américains sur la variabilité mondiale moderne. (C) Graphique ADMIXTURE et PCA effectués sur un ensemble de données comparatives (génotypées avec des puces Illumina) de Scheib etਊl., 2018 qui comprend les populations parlant le chibchan suivantes : Arhuaco et Kogi de Colombie Guaymi, Cabecar, Teribe, Bribri, Huetar et Maleku de Costa Rica (tableau S3). La carte de répartition K4 est également affichée.

Les individus isthmiques modernes et anciens sont également caractérisés par une composante autochtone spécifique, qui a été identifiée en considérant uniquement les individus modernes (K6, Figure S2 A) ainsi qu'avec l'ajout d'individus anciens (K9, Figureਂ A). Cette composante entraîne l'axe isthmo-colombien, représenté par la première composante (principale) de l'analyse en composante principale (ACP) des groupes autochtones (figureਂ B), qui comprend les Panaméens anciens et modernes ainsi que le taxi du sud Costa Rica et deux populations du nord de la Colombie (le Wayuu et le Columbia mélangé [CLM]). Les groupes autochtones de l'aire culturelle précoloniale du Grand Chiriqué forment deux groupes occidentaux étroitement liés (l'un avec les Ng et l'autre comprenant Bribri, Naso et Cabr). Les individus préhispaniques se regroupent au milieu du paysage génétique isthmo-colombien et créent une branche distincte dans l'exogroupe f3 statistique hiérarchique, ainsi que quelques “Moreno” (Figure S3 A) auto-identifiés, suggérant l'intégration d'individus préhispaniques dans les groupes coloniaux multiculturels en formation. La proximité génétique des individus préhispaniques est peut-être attendue compte tenu de la proximité géographique des fouilles archéologiques mais moins attendue compte tenu des datations radiocarbone, de 603 à 1430 EC, révélant ainsi une continuité génétique depuis près de mille ans (tableau S1). Les populations indigènes modernes de la zone d'influence culturelle du Grand Dari à l'est de la région (Guna, Ember et Colombiens du nord) créent des groupes distincts dans la parcelle PCA, bien séparés des populations du Grand Chiriqué dans le Ouest.

f3 statistiques impliquant des individus isthmiques, liées aux figures 2 , ​ ,3, 3 , et ​ et6 6

(UNE) Carte thermique basée sur l'exogroupe f3-statistiques. La dérive partagée entre les individus panaméens a été analysée en considérant ceux inclus dans uIA217 plus les individus anciens et les données masquées dans mIA417. L'intensité de la couleur est inversement proportionnelle à l'ascendance partagée entre les individus, qui a été utilisée pour construire le dendrogramme. (B) Groupe externe f3 statistiques où les groupes isthmiques anciens et modernes (Pop1) ont été comparés aux populations mondiales (Pop2), y compris les groupes non américains dans l'ensemble de données rWD1560, toutes les populations dans les ensembles de données mIA417 et uIA217 et tous les individus anciens. Toutes les comparaisons ont un score Z > 32,912. La moyenne f3 la valeur pour chaque population est indiquée en abscisse. (C) L'arbre voisin-jointure est construit en utilisant les valeurs inverses dérivées de l'exogroupe f3 statistiques sur toutes les paires de populations d'Amérique centrale et du Sud plus Anzick-1, Early San Nicolas (ESN), Spirit Cave et USR-1. Ce dernier est considéré comme un groupe externe dans l'arbre. Nous n'avons retenu que les populations avec plus de 30 000 SNP chevauchants et des scores Z significatifs (> 3.3) dans toutes les comparaisons. La carte montre la répartition géographique des populations, qui sont colorées en fonction de leur proximité génétique dans l'arbre. () Nous avons également analysé l'histoire génétique partagée des populations IA modernes (incluses dans mIA417 et uIA89) par rapport à d'anciens génomes de référence de la Béringie et des Amériques (représentatifs des ancêtres NNA et SNA). Les boxplots en gris aident à visualiser la distribution de f3 valeurs dans chaque comparaison, indiquant la valeur médiane (la plus typique), les 25 e et 75 e centiles (respectivement gris foncé et clair) et des bras s'étendant 1,5 fois l'IQR (plage interquartile). La ligne pointillée indique le f3 valeur moyenne.

Les détails de cette sous-structure génétique (et de l'hétérogénéité) sur l'isthme sont devenus évidents en analysant les haplotypes indigènes presque non mélangés (ensemble de données uIA217) avec fineSTRUCTURE (figures 3 A et ​ et S4A). S4A). Parmi les cinq groupes génétiques isthmiques, quatre sont spécifiques aux groupes indigènes panaméens (PaNASO, PaNGABE, PaEMBERA, PaGUNA), tandis que les individus Bribri forment un groupe distinct (appelé ici Isthme occidental) avec la voiture Cab du Costa Rica. Cette dernière branche, avec Naso et Ng, forme un macro-groupe qui pourrait être associé à la région géographique de l'aire culturelle précoloniale du Grand Chiriqué. Les Ember et les Guna sont génétiquement distincts, suggérant une variation génétique plus large dans la région culturelle du Grand Dari. Les Guna présentent également le plus haut niveau de similitude dans les comparaisons intra- et inter-clusters (Figures 3 B et ​ et S4B), S4 B), analogues seulement à deux groupes autochtones qui ont connu des événements d'isolement, les Surui et Karitiana amazoniens, et a conservé une ancienne ascendance liée à l'Australasie, la soi-disant UPopY (Moreno-Mayar etਊl., 2018 Skoglund etਊl., 2015). Nous avons formellement recherché des variantes UPopY dans l'isthme avec f4 statistiques sous la forme f4 (W/Panama, X/Mixe Y/Australasie, Mbuti) sans trouver de signe significatif de mélange ou de flux génétique (Figure S5 A). Les mêmes statistiques ont été utilisées pour tester formellement la corrélation moyenne des différences de fréquence allélique (mélange d'ascendances) dans la région isthmo-colombienne (Figureਂ C). Cette analyse fournit un support statistique aux interactions génétiques (Z score souvent < |3|) dans la région ouest de l'Isthme, finalement étendu à Cabr, Naso et Ng. En revanche, il révèle des relations étroites entre les Emberá et les Colombiens du nord (CLM et Wayuu). Enfin, les communautés préhispaniques habitant la côte Pacifique dans la région de Panama City se regroupent avec les Guna par rapport aux autres populations isthmo-colombiennes (Z score < |3|), sauf pour le Ng.

Structure génétique de la population révélée par l'analyse des haplotypes des populations panaméennes et IA modernes

(A) dendrogramme non enraciné fineSTRUCTURE montrant les 19 grappes autochtones identifiées et les distributions géographiques des individus dans l'ensemble de données IA presque non mélangé (uIA217).

(B) Graphique de violon montrant les longueurs d'auto-copie de cluster (fragments copiés à partir de membres de leur propre cluster) dans l'ensemble de données uIA217, les valeurs les plus élevées concernent les groupes plus isolés.

(C) Densité de la longueur totale moyenne intrapopulation des blocs IBD partagés, compte tenu de neuf groupes de longueurs IBD dans les groupes autochtones panaméens et non panaméens de l'ensemble de données uIA217. L'encart montre l'estimation des changements de la taille effective de la population (Ne) au fil du temps sur la base de segments IBD avec un seuil minimum de 2 cM (même si les estimations de plus de 𢏁 000 ans doivent être considérées avec prudence) et en considérant un temps de génération de 25 ans.

Analyses et estimations basées sur les haplotypes de la variation effective de la taille de la population au fil du temps, liées à la figureਃ

(UNE) Le PCA a été construit en utilisant des vecteurs de copie déduits à l'aide d'une version modifiée de ChromoPainter qui permet la présence de données manquantes. Les individus masqués (rmIA311) ont été projetés sur la variabilité des individus quasiment non mélangés (uIA217) quel que soit le niveau de données manquantes. Les individus non mélangés sont indiqués par des points pleins tandis que les individus masqués sont représentés par différentes formes, selon le pourcentage de SNP manquants. Les couleurs font référence aux grappes (donneurs) de la figureਃ A. (B) Carte thermique basée sur les valeurs individuelles de TVD (Total Variation Distance). Les branches du dendrogramme sont colorées selon 19 grappes (Figureਃ A). La TVD a été comparée à la fois entre les grappes et à l'intérieur de celles-ci. Des couleurs plus claires (valeurs TVD plus faibles) dans la matrice signifient une similitude, tandis que des couleurs plus foncées (valeurs TVD plus élevées) indiquent une hétérogénéité.

(C) Nous avons utilisé RefinedIBD sur la longueur inférée de l'IBD pour estimer les variations de la taille effective de la population (Ne, sur l'axe des y à l'échelle logarithmique) au fil du temps. Les axes des abscisses montrent le temps avant le présent comme il y a des années (ya) en considérant un temps de génération de 25 ans et les régions colorées montrent des intervalles de confiance (IC) de bootstrap à 95 %. Les analyses se sont limitées au dernier

2000 ans, en raison de la grande variance des fragments IBD distribués de manière exponentielle et ont été effectuées sur différents ensembles de données. Le groupe Guna a été évalué en considérant différents seuils IBD (2 cM, 4 cM et 6 cM). () Nous avons revérifié la tendance présentée dans l'encart de la figureਃ C sans le Guna. (E) Nous avons également comparé l'IBDne des macro-clusters panaméens avec les autres identifiés dans la Figureਃ A, Western Panama : Western Isthmus, PaNASO, PaNGABE Emberà : PaEMBERA Guna : PaGUNA Colombie KCH : Colombie, Équateur (KCH) Amérique du Sud Pérou : Amérique du Sud1, Amérique du Sud2, Pérou Côte nord, Amérique du Sud3 Centre-nord du Mexique : Amérique centrale, Amérique du Nord, Mexique Brésil tous : Brésil, Xavante, Karitiana, Surui, Guarani. (F) Visualisation de la moyenne des longueurs IBD additionnées partagées entre les Panaméens modernes et d'autres populations IA dans chaque comparaison par paires, avec des blocs IBD identifiés dans la plage de 1𠄵𠂜M (le plus ancien), 5�𠂜M et plus de 10𠂜M (le plus jeune). Les tailles de forme sont proportionnelles aux valeurs moyennes, seules les paires partageant au moins deux blocs > 5 cm et quatre < 5 cm sont tracées.

f4 statistiques impliquant des individus isthmiques, liées aux figures 2 et ​ et4 4

(UNE) f4 statistiques dans lesquelles les populations panaméennes (W) ont été comparées à Mixe (X), généralement utilisées pour révéler UPopY parmi IA, et à quatre populations australasiennes (Y). (B) Les groupes isthmiques (W) ont été comparés les uns aux autres (X) en testant d'autres populations IA (Y, colorées en fonction de leur emplacement géographique) pour tester via le score Z si un groupe isthmique donné porte un excès d'une ascendance IA spécifique. (C) Pour tester spécifiquement les relations différentielles de l'Isthme et d'autres groupes IA Central/Sud avec Anzick-1 et Spirit Cave, nous avons exécuté le f4 -statistiques sous la forme f4 (Anzick1, Spirit Cave Central et South IA, Mbuti) et a rapporté le score Z moyen sur une carte. Les populations isthmiques ont également été testées séparément. Dans la partie inférieure du panel, nous avons vérifié les mêmes relations sous la forme f4 (USR, Anzick1/Spirit Cave Central and South IA, Mbuti), en utilisant USR comme groupe externe aux populations Central et South IA (là encore, les populations isthmiennes ont été testées séparément, graphique en bas à droite). Les ensembles de données uIA89, mIA417 et les individus anciens ont été utilisés en considérant différents ensembles de variantes.

Déchiffrer les connexions génomiques en dehors de l'isthme

Des études antérieures (Gnecchi-Ruscone etਊl., 2019 Moreno-Estrada etਊl., 2013 Reich etਊl., 2012) ont déjà fourni des indices de modèles génétiques dans la région isthmo-colombienne, éventuellement étendus à d'autres groupes qui parlent langues chibchanes. Ici, nous avons d'abord confirmé que la composante isthmique discutée précédemment est également détectable dans d'autres populations parlant le chibchan génotypées avec un tableau différent (Arhuaco et Kogi de Colombie Guaymí, Cabr, Teribe, Bribri, Huëtar et Maleku de Costa Rica) et que son héritage le plus élevé peut être détecté dans le pont terrestre de l'Isthme occidental composé des pays actuels du Panama et du Costa Rica (Figure S2 C). Nous avons maintenant des modèles détaillés de variation génomique de la ou des populations centrales de la région, représentées par des individus isthmiques préhispaniques et des Panaméens modernes, soulignant leurs caractéristiques uniques dans le paysage génétique des Amériques.

Les F-les tests statistiques ont non seulement détecté des niveaux plus élevés d'histoire génétique partagée entre les groupes anciens et actuels de la zone isthmique étendue au Costa Rica (Cabr) et au nord de la Colombie (CLM et Wayuu) en comparaison avec d'autres populations anciennes et modernes (Figures 4 et ​ et S3B) S3 B) mais ont également révélé différents niveaux d'ascendance partagée dans les groupes isthmiques ( Figure S5 B). Le même modèle a été détecté dans l'arbre de jointure voisin (basé sur l'exogroupe f3 statistiques et enracinée avec une ancienne figure du génome béringien S3 C) des groupes IA anciens et modernes. Ce graphique identifie une branche Isthmo-Colombienne ancienne avec différentes sous-branches. Ceci et les branches IA supplémentaires (avec un motif géographique) se chevauchent largement avec les clusters basés sur les haplotypes identifiés dans l'ensemble de données uIA217 à l'échelle américaine ( Figureਃ A), où en l'absence de données d'individus anciens, le caractère distinctif de l'Isthme -La zone colombienne dans la structure génomique de l'Amérique moderne reste évidente.

Cartes thermiques basées sur f4 statistiques pour comparer les relations différentielles entre les groupes isthmiques et d'autres IA anciennes/modernes

f4 statistiques sous la forme f4 (W/Isthmus, X/USR-1 Y/Ancient et Moderne IA, Mbuti). Chaque population testée (Y) est représentée par des carrés (anciens) et des cercles (modernes) avec des couleurs proportionnelles à f4 valeurs Z score toujours ϣ.3.

Une origine préhispanique de la spécificité isthmo-colombienne est suggérée par notre analyse de la taille effective de la population basée sur les segments identiques par descendance (IBD). Une réduction de la taille de la population des groupes panaméens a probablement commencé à l'époque précoloniale (𢏁 kya encadré de la figureਃ C), donc avant l'époque moyenne des autres groupes de population IA pris ensemble. Cette tendance est principalement due aux Guna, qui, d'autre part, présentent des valeurs de taille de population (Ne) peu fiables lorsque l'on considère des fragments courts (ψ cM, Figure S4 C). Par conséquent, nous avons répété cette analyse sans le Guna, confirmant un début plus précoce de la réduction de Ne dans les groupes panaméens IA qui est devenu plus raide à l'époque coloniale (Figure S4 D). Enfin, les estimations de Ne basées sur des fragments IBD plus longs (et plus fiables) (Ϩ cM) nous ont permis de confirmer cette tendance pour le Guna (Figure S4 E). Trois facteurs peuvent avoir contribué à ce schéma démographique : (1) une diminution de la taille de la population qui a commencé avant le contact européen (2) un impact moins intense du colonialisme européen, comme le suggèrent également les pics inférieurs des bacs IBD pour la plupart des groupes panaméens et (3) une récupération démographique plus précoce et plus abrupte après contact que dans les autres populations IA, particulièrement évidente chez Guna et Ng qui montrent un enrichissement des segments IBD plus courts, autour de 7� Mb, puis une diminution rapide des blocs IBD (Figure& #x000a03C). Toutes les explications sont plausibles et ne s'excluent pas mutuellement. Avant le contact européen, les changements culturels dans la région de la baie de Panama peuvent avoir accompagné des migrations et des changements démographiques (voir “Panama : archéologie et histoire” et, dans la section Méthodes STAR, “Insights into pre-hispanic Panama” ). Cette possibilité est étayée par d'autres analyses génétiques qui ont montré un niveau élevé de dérive génomique partagée par les groupes autochtones isthmiques, y compris les anciens individus échantillonnés, à la fois sur les fréquences alléliques et les haplotypes (voir les parcelles PCA et tous les arbres), ainsi que de la comparaison des fragments IBD partagés entre les groupes panaméens et avec d'autres populations IA (Figure S4 F).Cette dernière analyse révèle des interactions anciennes (d'au moins 2 500 ans) au sein de la zone isthmo-colombienne, beaucoup plus fortes et temporellement étendues parmi les populations occidentales (Cabr, Bribri et Naso) vivant actuellement dans la région géographique associée à la aire culturelle précoloniale du Grand Chiriqué. Dans la partie orientale de l'isthme, les Guna présentent également un certain nombre de blocs courts (plus anciens) partagés avec les Mayas du Mexique, tandis que les Ember partagent des blocs plus courts avec les populations sud-américaines. Ainsi, les premiers ont probablement reçu d'anciens apports génétiques du nord, tandis que les seconds se sont mélangés à des sources externes du sud. Les Guna montrent également un lien direct avec les ancêtres des populations d'Amérique du Nord et d'Amérique centrale dans l'arbre TreeMix à maximum de vraisemblance (ML) lorsque deux arêtes de migration (flux de gènes) sont ajoutées (Figureਅ A). Un héritage aussi ancien est également confirmé par l'arbre ADNmt panaméen. Les haplogroupes les plus représentés parmi les mitogénomes panaméens anciens et modernes appartiennent aux quatre principales lignées fondatrices panaméricaines (A2, B2, C1 et D1 Figureਅ B). Nous avons également identifié quatre sous-branches spécifiques à l'Isthme, la plus représentée (A2af1) est datée de 15,82 ± 4,09 kya ( Figure S1 A). Enfin, le tracé bayésien de l'horizon (BSP) des ADNmt panaméens montre une augmentation de la taille de la population à partir du début de l'Holocène (� kya) (encadré de la figureਅ B).

Arbres phylogénétiques schématiques basés sur des données pangénomiques et ADNmt

(A) Arbre de probabilité maximale inféré construit avec TreeMix sur l'ensemble de données non mélangé uIA89 permettant deux bords de mélange (événements de migration). Les groupes de population sont colorés en fonction de l'affiliation linguistique/géographique. Les longueurs horizontales des branches sont proportionnelles à la quantité de dérive génétique qui s'est produite sur la branche. Les flèches de migration sont colorées en fonction de leur poids.

(B) Arbre phylogénétique bayésien des mitogénomes anciens et modernes du Panama appartenant aux haplogroupes fondateurs de l'IA. Il était enraciné sur un mitogénome L2c2 d'un individu “Moreno”. L'âge bayésien (valeur moyenne avec écart type) est indiqué pour les branches concernées. Les lignes noires mettent en évidence les branches spécifiques à l'isthmo-colombienne. L'encart montre le tracé de l'horizon bayésien (BSP), basé sur des mitogénomes complets, affichant les changements du Ne effectif au cours du temps en considérant une durée de génération de 25 ans.

Une ascendance non décrite auparavant parmi les anciens peuples autochtones des Amériques?

Pour mieux comprendre les particularités des populations isthmo-colombiennes dans le contexte du scénario archéogénomique le plus actualisé de l'Amérique non arctique (voir Introduction), nous avons utilisé f4 statistiques, qui contrôlent les biais possibles découlant de la dérive spécifique à la population, pour comparer les individus anciens et les groupes autochtones contemporains aux individus que nous avons échantillonnés. Comme prévu, l'isthme montre un excès de partage d'allèles avec les populations autochtones modernes et anciennes d'Amérique centrale et du Sud par rapport à la Béringie ancestrale (USR-1, Upward Sun River, Alaska, �.5 kya) et la NNA (représentée par ASO, Ancient Southwestern Ontario, 𢏄.2 kya), mais cette image est plus complexe lorsqu'il s'agit de génomes anciens liés au SNA (tableau S4). Les affinités entre les populations isthmiennes (testées Y) et les autres groupes autochtones (X) sont significativement plus fortes par rapport à Anzick-1 (Montana, �.8 kya) qu'à Spirit Cave (Nevada, �.9 kya) ) (individus W Figureਆ A), suggérant que les populations isthmiennes sont liées à Spirit Cave autant qu'à d'autres groupes autochtones, tandis qu'Anzick-1 est un sous-groupe pour eux. Nous avons directement testé les relations des populations isthmiques et d'autres populations d'Amérique centrale/du sud avec Anzick-1 et Spirit Cave, mettant en évidence une tendance différentielle qui devient significative avec un pouvoir de résolution moléculaire plus élevé, c'est-à-dire plus de polymorphismes mononucléotidiques (SNP) (Figures 2 C et ​ et S5C). S5C). De plus, l'Isthme semble plus étroitement lié à Spirit Cave qu'à Anzick-1 en comparaison avec Ancestral Beringia.

f4 tests statistiques sur Isthmian et autres groupes IA et nombre minimum de sources ancestrales

(UNE) f4 statistiques sous la forme f4 (W/Ancient IA, X/Modern IA Y/Isthmus, Mbuti) sur uIA89, mIA417 et les génomes anciens en considérant uniquement les transversions. Seuls les sous-groupes de génomes anciens significatifs ont été pris en compte (voir le tableau S4 pour des comparaisons avec l'ensemble des données anciennes). Le groupe Emberá a été exclu en raison d'un degré significatif de mélange détecté chez les individus. Chaque population testée (Y) est affichée (avec des triangles pointant vers la population X ou W) uniquement lorsque la conformation initiale de l'arbre est rejetée (p

0,001, lorsque le Z score est de >|3,3|), pointant ainsi visuellement vers la population la plus proche (W ou X) dans chaque comparaison.

(B) Nous avons utilisé qpWave pour comparer (par paires) l'ancien Panama et les groupes isthmiques actuels avec toutes les populations de l'IA (en considérant le rang 1). Les groupes externes ont été réduits au minimum et choisis pour représenter les différentes ascendances IA identifiées ici (méthodes STAR) et dans d'autres articles. Le rang 1 fait référence à un modèle dans lequel toutes les populations appariées correspondent, dérivées de deux sources ancestrales, par rapport aux groupes externes. Une valeur p > 0,01 (< 2 sur l'échelle −log10, ligne rouge pointillée) signifie des paires qui pourraient être expliquées par une seule source indépendante.

De telles différences génomiques sont confirmées lors du déplacement vers le sud en Amérique centrale (tableau S4) et en particulier pour les premiers génomes anciens excavés sur le continent sud. Les populations de la côte du Pacifique (Los Rieles, Chili, �.9 kya) présentent une plus grande affinité avec Spirit Cave, tandis que les anciens génomes du côté atlantique présentent le même schéma qu'Anzick-1 lorsque l'on considère les individus plus âgés que 𢏇 kya ( Lagoa Santa, Brésil, &# x0223c10.4 kya). Ces signaux distinctifs ont persisté jusqu'à environ 7 kya, date à laquelle ils ont probablement été effacés par un important renouvellement de la population en Amérique du Sud (Moreno-Mayar etਊl., 2018 Posth etਊl., 2018), facilité par un déclin démographique généralisé dû à changements climatiques au milieu de l'Holocène (Riris et Arroyo-Kalin, 2019).

Les résultats des analyses précédentes ont révélé que les populations IA isthmiques et non isthmiques sont différemment liées aux individus pléistocènes disponibles, suggérant la contribution de différentes sources. Pour tester si les groupes isthmiques et non isthmiques dérivent de populations ancestrales identiques ou distinctes, nous avons utilisé qpWave (Patterson etਊl., 2012), qui estime le nombre minimum de sources nécessaires pour expliquer la composition génétique observée des groupes de population. Les valeurs de signification sont cohérentes avec les paires de groupes isthmiques et non isthmiques dérivant d'au moins deux flux d'ascendance distincts, comme en témoigne la valeur de rang 1 p < 0,01 dans la plupart des comparaisons, en particulier pour les Guna (figureਆ B) . Cette découverte démontre que la spécificité de la zone isthmo-colombienne ne peut pas être expliquée par la dérive génétique seule, comme récemment déduit dans d'autres contextes de population (Nägele etਊl., 2020). Les Guna présentent également des valeurs inférieures (principalement au 25 e centile) de l'histoire génétique partagée avec des génomes anciens représentatifs d'ascendances autochtones bien connues que la moyenne de celle partagée par d'autres populations IA (Figure S3 D). Par conséquent, nous avons modélisé des graphiques de mélange à la recherche de l'origine la plus plausible de la ou des sources ancestrales de la composante isthmique (les figures S6 et ​ et S7 S7 voir également la section spécifique des méthodes STAR pour plus de détails). La topologie la mieux étayée a testé avec succès l'hypothèse selon laquelle le pool génétique ancestral de la région isthmo-colombienne, ici représenté par les Panaméens préhispaniques, dérive d'un mélange local entre différents composants ancestraux (Figureਇ). L'une dérive du mélange différentiel de deux ascendances, SNA1 et SNA2, qui à leur tour proviennent d'une source ancestrale de SNA. Ce scénario suggère fortement que la première scission entre SNA et NNA se produit en Béringie, donc plus au nord que ce qui est généralement proposé (Waters, 2019). L'individu ancien NNA dans la figureਇ, ASO (𢏄.2 kya), résulte d'un mélange entre NNA et SNA1. Nous n'avons pas pu identifier un proxy non mélangé pour l'ascendance NNA parmi les individus modernes et anciens disponibles (Figure S6 H), mais NNA ne semble pas être impliqué dans la formation du pool génomique isthmique. Les populations fondatrices portant l'ascendance SNA1 ont probablement participé à un peuplement précoce du double continent traversant l'isthme et laissant des signaux des deux côtés de l'Amérique du Sud, comme en témoignent deux des génomes les plus anciens, Lagoa Santa au Brésil (&# x0223c10. 4 kya) et Los Rieles au Chili (�.9 kya). Le premier confirme également quelques traces de l'UPopY, l'UPop d'ascendance australasienne, qui avait été précédemment proposée pour avoir contribué au peuplement précoce de l'Amérique du Sud (Moreno-Mayar etਊl., 2018 Skoglund etਊl., 2015). D'un autre côté, seul Los Rieles montre des apports significatifs de l'ascendance SNA2, qui s'est déplacée plus tard ou plus lentement que SNA1 à travers les Amériques, se mélangeant plusieurs fois aux premiers colons en cours de route, comme le démontrent les anciens génomes mélangés de Spirit Cave dans le Nord Amérique et Mayahak Cab Pek (Belize, 𢏉.3 kya) et les anciens Isthmes (cette étude) en Amérique centrale. Une fois que SNA2 a atteint l'Amérique du Sud, il a probablement laissé une contribution plus forte du côté du Pacifique, comme suggéré par Los Rieles et soutenu par le modèle différentiel décrit par le f4 statistiques (tableau S4). Cependant, pour expliquer pleinement la variation génétique du Panama préhispanique, nous devons considérer une ascendance supplémentaire: une population ancestrale non échantillonnée de l'isthme (figure UPopI), qui n'est toujours pas représentée dans l'ancien ensemble de données, mais a laissé ses traces les plus fortes. dans le Guna contemporain. UPopI est parallèle à la branche Spirit Cave de SNA2, témoignant d'une dérive partagée depuis longtemps entre les Guna préhispaniques et les anciens individus isthmiques (y compris préhispaniques) échantillonnés. Ce modèle le mieux adapté a également été vérifié sans prendre en compte UPopI et remplacer Spirit Cave par Anzick-1 et Guna par Mixe, précédemment utilisé pour identifier UPopA (Moreno-Mayar etਊl., 2018), sans trouver de graphique statistiquement étayé (Figures S7 D&# x02013S7F). Par conséquent, il est soutenu que Anzick-1 et Spirit Cave pourraient représenter des ascendances différentes et UPopI est une population encore non échantillonnée distincte de UPopA. UPopI est probablement originaire du nord à la fin du Pléistocène, comme en témoigne l'âge (� kya, Figure S1 A) de l'ensemble de l'haplogroupe d'ADNmt A2af1 qui représente probablement son héritage mitochondrial, et s'est étendu à plus de 10 kya dans l'isthmo- Zone colombienne (selon l'encart des données du mitogénome de la figureਅ B). Ces ascendances ont laissé des traces différentes chez les individus isthmiques préhispaniques et les groupes panaméens contemporains (figureਇ), et seule la présence de l'UPopI fournit un soutien significatif à notre modèle final. Elle explique aussi la composante ancestrale, déjà observée dans les analyses ADMIXTURE, géographiquement restreinte à la zone isthmo-colombienne et prévalente dans le Guna, où elle était probablement maintenue par un haut niveau d'isolement. Enfin, cette ascendance spécifique pourrait expliquer la « spécificité carchéogénomique » de la zone isthmo-colombienne dans le paysage génomique des groupes IA.

Graphiques de mélange modélisant les anciens génomes SNA et NNA et les anciens Isthmiens, liés à la figureਇ

(UNE) Arbre basal avec trois des plus anciens génomes SNA disponibles. La topologie la mieux adaptée, surlignée en rouge, a été initialement testée par (B) considérant un mélange précoce entre les génomes des SNA nord-américains, puis étendu en ajoutant à son tour : (C) Lapa do Santos et ESN () Los Rieles, testé comme non mélangé ou mélangé, puis en vérifiant Lapa do Santos comme mélangé (E) les anciens Isthmes avec d'autres anciens génomes d'Amérique centrale, c'est-à-dire (F) Saki Tzul et (g) Mayahak Cab Pek (H) Génomes NNA, de gauche à droite, ASO, 939, Kennewick, Athabaskan_725, Athabaskan_100 et Chipewyan. Les topologies les mieux adaptées sont surlignées en rouge. Voir la légende de la figureਇ pour plus de détails.

Graphe de mélange modélisant l'histoire génétique du Panama liée aux anciens génomes SNA et NNA, liés à la figure&# x000a07

Extensions possibles des meilleurs arbres de Figure S6 en reliant les anciens Isthmes à (UNE) Lagoa Santa puis tester Laranjal au lieu de Lagoa Santa (graphique le plus à droite). Enfin, nous avons modélisé Guna comme représentant de l'UPopI (AVANT JC). La meilleure topologie arborescente est similaire à celle de la figureਇ , mais avec plusieurs divisions à partir du nœud SNA1. Cet arbre ainsi que le dernier ( Figureਇ ) ont été vérifiés plusieurs fois : () en considérant Mixe (UPopA) au lieu de Guna (UPopI), également dans l'arborescence la plus à droite du panneau B (E) remplaçant Spirit Cave par Anzick-1 (F) sans UPopI ou sans mélange entre UPopI et d'autres ascendances SNA. Les topologies les mieux adaptées sont surlignées en rouge. Voir la légende de la figureਇ pour plus de détails.

Graphe de mélange modélisant les ascendances et les affinités des groupes isthmiques en Amérique

Meilleur ajustement F-Graphique de mélange basé sur des statistiques optimisé à l'aide de qpGraph. Nous avons modélisé l'histoire génétique d'anciens individus isthmiques et des Guna directement liés aux anciens génomes IA représentatifs des ascendances SNA. En haut, nous montrons le f4 statistiques avec le pire Z score après optimisation du modèle. Des statistiques sur les modèles alternatifs sont également répertoriées (voir la figure S7 pour plus de détails). Les nombres à droite des bords pleins représentent les paramètres de dérive optimisés et les pourcentages à droite des bords en pointillés représentent les proportions de mélange. Différentes couleurs indiquent les ascendances spécifiques discutées dans le texte. Le graphique à barres montre différentes proportions d'ascendance dans les groupes isthmiques anciens et modernes (à l'exception de Guna) estimées avec qpGraph sur l'arbre final (Z score toujours < |2.5|).


Les échantillons archéologiques d'ADN (fragment d'os) sont-ils stabilisés et isolés de la même manière que les échantillons de salive vivante ? - La biologie

NOUVELLES ARCHÉOLOGIQUES SUR ET À PROPOS DE L'AFRIQUE (publié sur Internet)

Un temps plus humide
Les archéologues ont dit qu'ils peuvent déjà dire que les artefacts datent d'une époque où le climat était plus humide. "C'est beaucoup plus aride [aujourd'hui] qu'il ne l'était à certains moments", a déclaré Foulds à Live Science. "C'est étrange de marcher sur des roches dures et sèches qui ont été formées par l'accumulation d'eau pendant une période beaucoup plus humide. Nous pensons que c'est pendant ces périodes plus humides qu'il est probable que le site ait été occupé."
Le climat de l'ensemble de la péninsule arabique a changé plusieurs fois en réponse aux changements massifs des climats mondiaux qui ont accompagné les cycles glaciaires au cours des 2,5 derniers millions d'années, a déclaré Foulds.
"Pendant les périodes où les calottes glaciaires étaient à leur maximum, il y avait une aridité généralisée dans les déserts du Sahara et d'Arabie, mais pendant les périodes où les calottes glaciaires rétrécissaient, le climat de ces régions est devenu beaucoup plus humide", a déclaré Foulds.
L'une des grandes questions est de savoir comment les changements climatiques ont affecté la dispersion des hominidés hors d'Afrique, a déclaré Foulds.
"Ce qui est intéressant dans la région de Wadi Dabsa, c'est que la géographie de la région a peut-être créé un refuge contre ces changements", a déclaré Foulds.
En raison de la topographie de Wadi Dabsa, la région peut avoir reçu des précipitations lorsque d'autres parties de l'Arabie saoudite étaient arides. Les hominins ont pu « continuer à vivre là-bas [à Wadi Dabsa] alors qu'ils ne pouvaient pas vivre dans d'autres régions », a déclaré Foulds. Les chercheurs ont découvert que la topographie de Wadi Dabsa comprend un bassin qui peut avoir eu des ruisseaux d'eau coulant le long de ses pentes, l'eau s'accumulant peut-être dans le bassin.
L'équipe mène ses recherches dans le cadre du projet DISPERSE, qui analyse les changements paysagers et archéologiques en Afrique et en Asie afin de mieux comprendre comment les humains ont évolué et se sont dispersés hors d'Afrique.

Une ère de découverte
Le XVe au XVIIe siècle a marqué une période d'exploration européenne en plein essor, au cours de laquelle les nations européennes recherchaient avec ferveur des routes maritimes.
Lorsque da Gama s'embarqua pour son deuxième voyage en Inde, vers 1502-1503, il emmena avec lui une flotte de 20 navires, dont l'Esmeralda. L'intérêt européen pour les épices indiennes s'est développé au cours du XVe siècle, mais le passage vers l'Inde était en grande partie contrôlé par les dirigeants arabes. da Gama est devenu le premier à tracer une route nautique directement vers l'Inde en naviguant autour de la corne de l'Afrique.
Des histoires transmises par des témoins et des dommages sur une partie des restes du navire indiquent qu'il a probablement coulé à cause d'une tempête qui l'a écrasé contre des rochers mortels. Les restes ont été initialement localisés en 1998, mais ce n'est qu'en 2013 que Mearns - soutenu en partie par le National Geographic Society Expeditions Council - a déterré des milliers de trésors du navire.
"Nous ne savons vraiment pas grand-chose sur les premiers astrolabes, donc celui-ci est précieux de ce point de vue", a déclaré Luis Filipe Viera de Castro, professeur d'archéologie nautique à la Texas A&M University. Auparavant, le premier exemple connu d'astrolabe de marin était daté d'un naufrage espagnol de 1554 qui a coulé près de la côte sud du Texas.
"Il est également précieux car il provient presque certainement d'un des navires perdus de Vicente Sodré, et ce sont probablement les premiers navires de guerre européens à entrer dans l'océan Indien", a déclaré Castro.
Vicente Sodré était l'oncle maternel de da Gama et commandant de l'Esmeralda. Des boulets de canon portant ses initiales ont été trouvés parmi l'épave aqueuse. Instruits par da Gama pour garder les usines portugaises au large des côtes indiennes, les frères Sodré ont plutôt navigué vers le golfe d'Aden, où ils ont pillé les navires arabes. Vicente et son frère Bráacutes sont morts lorsque les navires ont coulé pendant une tempête.

Longue période à venir
Bien que la recherche sur l'ADN ancien ait révélé des informations sur l'histoire des populations de nombreuses régions du monde, il n'était pas possible de se plonger dans l'ascendance profonde des groupes africains jusqu'à récemment, car le matériel génétique se dégrade trop rapidement dans les climats chauds et humides.
Les progrès technologiques - y compris la découverte par Pinhasi et ses collègues que l'ADN persiste plus longtemps dans les petits os denses de l'oreille - commencent maintenant à briser la barrière climatique. L'année dernière, Reich et ses collègues ont utilisé les nouvelles techniques pour générer les premières données à l'échelle du génome des premiers agriculteurs du Proche-Orient, qui vivaient il y a entre 8 000 et 12 000 ans.
Dans la nouvelle étude, Skoglund et son équipe, y compris des collègues d'Afrique du Sud, du Malawi, de Tanzanie et du Kenya, ont extrait l'ADN des restes de 15 anciens Africains subsahariens. Les individus venaient de diverses régions géographiques et étaient âgés d'environ 500 à 8 500 ans.
Les chercheurs ont comparé ces génomes anciens - ainsi que le seul autre génome ancien connu de la région, publié précédemment en 2015 - à ceux de près de 600 personnes actuelles de 59 populations africaines et 300 personnes de 142 groupes non africains.
À chaque analyse, des révélations affluaient.
"Nous sommes en train de décoller les premières couches de la transition agricole au sud du Sahara", a déclaré Skoglund. "Nous pouvons déjà voir qu'il y avait un tout autre paysage de populations il y a à peine 2 000 ou 3 000 ans."

Time-lapse génomique
Près de la moitié des échantillons de l'équipe provenaient du Malawi, fournissant une série d'instantanés génomiques du même endroit sur des milliers d'années.
La série chronologique a révélé l'existence d'une ancienne population de chasseurs-cueilleurs à laquelle les chercheurs ne s'attendaient pas.
Lorsque l'agriculture s'est répandue en Europe et en Asie de l'Est, les agriculteurs et les éleveurs se sont étendus dans de nouvelles régions et se sont mélangés aux chasseurs-cueilleurs qui y vivaient. Les populations actuelles ont donc hérité de l'ADN des deux groupes.
La nouvelle étude a trouvé des preuves de mouvements et de mélanges similaires dans d'autres parties de l'Afrique, mais après que les agriculteurs aient atteint le Malawi, les chasseurs-cueilleurs semblent avoir disparu sans apporter aucune ascendance détectable aux personnes qui y vivent aujourd'hui.
"Il semble qu'il y ait eu un remplacement complet de la population", a déclaré Reich. "Nous n'avons vu nulle part ailleurs de preuves claires d'un événement comme celui-ci."
Les instantanés du Malawi ont également aidé à identifier une population qui s'étendait de la pointe sud de l'Afrique jusqu'à l'équateur il y a environ 1 400 ans avant de disparaître. Ce groupe mystérieux partageait ses ancêtres avec les Khoe-San (ou Khoisan) d'aujourd'hui en Afrique australe et a laissé quelques traces d'ADN chez des personnes d'un groupe d'îles à des milliers de kilomètres de là, au large des côtes de la Tanzanie.
"C'est incroyable de voir ces populations dans l'ADN qui n'existent plus", a déclaré Reich. "Il est clair que la collecte d'échantillons d'ADN supplémentaires nous en apprendra beaucoup plus."
"Les Khoe-San sont un peuple si génétiquement distinct, ce fut une surprise de trouver un ancêtre étroitement apparenté si loin au nord il y a à peine quelques milliers d'années", a ajouté Reich.
La nouvelle étude a également révélé que les Africains de l'Ouest peuvent retracer leur lignée jusqu'à un ancêtre humain qui s'est peut-être séparé d'autres populations africaines encore plus tôt que les Khoe-San.

Liens manquants
La recherche a également mis en lumière les origines d'un autre groupe unique, le peuple Hadza d'Afrique de l'Est.
"Ils ont une apparence, une langue et une génétique distinctes, et certaines personnes ont émis l'hypothèse que, comme les Khoe-San, ils pourraient représenter un groupe très différent des autres populations africaines", a déclaré Reich. "Notre étude montre qu'au lieu de cela, ils sont en quelque sorte au milieu de tout."
Les Hadza, selon les comparaisons génomiques, sont aujourd'hui plus proches des non-Africains que des autres Africains. Les chercheurs émettent l'hypothèse que les Hadza sont les descendants directs du groupe qui a migré hors d'Afrique et qui se sont peut-être également propagés en Afrique, il y a environ 50 000 ans.
Une autre découverte attendait en Afrique de l'Est.
Les scientifiques avaient prédit l'existence d'une population ancienne en se basant sur l'observation selon laquelle les peuples d'Afrique australe d'aujourd'hui partagent des ancêtres avec les peuples du Proche-Orient. Les restes vieux de 3 000 ans d'une jeune fille en Tanzanie ont fourni les preuves manquantes.
Reich et ses collègues soupçonnent que la jeune fille appartenait à une population de bergers qui a contribué à une ascendance importante des personnes actuelles d'Éthiopie et de Somalie jusqu'en Afrique du Sud. La population ancienne était d'environ un tiers eurasienne, et les chercheurs ont pu identifier davantage cette ascendance dans la région du Levant.
"Avec cet échantillon en main, nous pouvons maintenant en dire plus sur qui étaient ces personnes", a déclaré Skoglund.
La découverte a dissipé un mystère tout en en soulevant un autre : les gens d'aujourd'hui dans la Corne de l'Afrique ont une ascendance proche-orientale supplémentaire qui ne peut pas être expliquée par le groupe auquel appartenait la jeune fille.

Sélection naturelle
Enfin, l'étude a fait un premier pas en utilisant l'ADN ancien pour comprendre l'adaptation génétique dans les populations africaines.
Il a fallu "extraire de l'eau d'une pierre" parce que les chercheurs travaillaient avec si peu d'échantillons anciens, a déclaré Reich, mais Skoglund a pu identifier deux régions du génome qui semblent avoir subi une sélection naturelle chez les Africains australes.
Une adaptation a augmenté la protection contre les rayons ultraviolets, ce qui, selon les chercheurs, pourrait être lié à la vie dans le désert du Kalahari. L'autre variante était localisée sur des gènes liés aux papilles gustatives, qui, selon les chercheurs, peuvent aider les gens à détecter les poisons dans les plantes.
Les chercheurs espèrent que leur étude encouragera davantage d'enquêtes sur le paysage génétique diversifié des populations humaines en Afrique, à la fois passées et présentes. Reich a également déclaré qu'il espérait que le travail rappellerait aux gens que l'histoire de l'Afrique ne s'est pas terminée il y a 50 000 ans, lorsque des groupes d'humains ont commencé à migrer vers le Proche-Orient et au-delà.
"La fin de l'âge de pierre en Afrique est comme un trou noir, du point de vue de la recherche", a déclaré Reich. "L'ADN ancien peut combler cette lacune."

Le koudou comme exemple à suivre
Dans la région, les jeunes filles des anciennes sociétés de chasseurs-cueilleurs auraient été amenées dans des abris sous roche isolés lors de rituels d'initiation. Là, elles ont été instruites par des parents féminins sur la façon dont elles devraient se comporter en tant que femmes. Le panneau gravé sur lequel le koudou est représenté comporte également des images qui représentent ces abris rituels d'isolement utilisés par les jeunes initiés. L'archéologue a également pu identifier un cercle de pierres à proximité du panneau rocheux - les restes de l'un des abris.
L'étude souligne que la femelle koudou sur le rocher présente un éventail de caractéristiques rituelles. La position dans laquelle il est représenté ressemble à la position prise par les femmes lorsqu'elles broient des graines de céréales et d'herbe et, en tant que telle, il pense qu'il y a un parallèle clair à faire entre les femmes et les koudous.
De plus, le koudou est représenté ici avec un ventre distendu pour indiquer une grossesse. Cette représentation suggère que la féminité était liée à la fertilité pour les peuples anciens qui ont créé l'art rupestre.
« Il est possible que les caractéristiques sociables de la femelle kudu aient été données en exemple à suivre aux jeunes filles qui se préparaient à devenir des femmes. Les kudus sont dociles et sociables, ils s'occupent des jeunes tous ensemble et collaborent sans les mâles. Ces caractéristiques étaient probablement considéré comme souhaitable pour les femmes. Le koudou féminin a probablement été incorporé dans l'imagerie de la cérémonie d'initiation pour mettre les filles sur la voie de la féminité », a émis l'hypothèse Kinahan.
L'archéologue pense que ces anciens rituels d'initiation ne peuvent être compris que s'ils sont replacés dans le contexte du système de croyance chamanique, si important pour les anciennes sociétés de chasseurs-cueilleurs du désert du Namib.
Les chamanes auraient joué un rôle crucial lors de telles cérémonies. Il est probable que ces puissantes figures d'autorité soient celles qui ont créé la gravure du koudou et qui ont dirigé les cérémonies qui auraient transformé les jeunes filles en femmes.

Grands impacts des petits groupes de chasseurs-cueilleurs
Dans un passé lointain, des groupes de chasseurs-cueilleurs semblent avoir brûlé des zones de forêts tropicales, en particulier en Asie du Sud-Est il y a 45 000 ans, lorsque les humains modernes y sont arrivés pour la première fois. Il existe des preuves d'activités similaires de brûlage des forêts en Australie et en Nouvelle-Guinée. En défrichant des parties de la forêt, les humains ont pu créer davantage d'environnements "à la lisière de la forêt" qui encourageaient la présence d'animaux et de plantes qu'ils aimaient manger.
Il existe également des preuves, bien que toujours débattues, que ces activités humaines ont contribué à l'extinction de la mégafaune forestière au Pléistocène supérieur (il y a environ 125 000 à 12 000 ans), comme le paresseux terrestre géant, les mastodontes des forêts et les grands marsupiaux aujourd'hui disparus. Ces extinctions ont eu des impacts significatifs sur la densité forestière, la répartition des espèces végétales, les mécanismes de reproduction des plantes et les cycles de vie des peuplements forestiers, qui ont persisté jusqu'à nos jours.

Cultiver la forêt
Les premières preuves de l'agriculture dans les forêts tropicales se trouvent en Nouvelle-Guinée, où les humains s'occupaient de l'igname, de la banane et du taro au début et au milieu de l'Holocène (il y a 10 000 ans). Les premiers efforts agricoles dans les forêts tropicales, complétés par la chasse et la cueillette, ont eu des conséquences importantes. Les humains ont domestiqué les plantes et les animaux de la forêt, notamment la patate douce, le piment, le poivre noir, la mangue, la banane et les poulets, modifiant les écologies forestières et contribuant de manière significative à la cuisine mondiale d'aujourd'hui.
En général, lorsque les groupes utilisaient des stratégies agricoles indigènes de forêt tropicale basées sur des plantes et des animaux locaux, celles-ci n'entraînaient pas de dommages importants ou durables à l'environnement. "En effet, la plupart des communautés entrant dans ces habitats étaient initialement à faible densité de population et semblent avoir développé des systèmes de subsistance adaptés à leurs environnements particuliers", déclare le Dr Chris Hunt de l'Université John Moores de Liverpool, co-auteur de l'étude.
Cependant, à mesure que l'intensité agricole augmentait, en particulier lorsque des pratiques agricoles externes étaient introduites dans les forêts tropicales et les environnements insulaires, les effets devenaient moins bénins. Lorsque des agriculteurs apportant du mil et du bétail se sont déplacés vers la zone des forêts tropicales d'Afrique occidentale et centrale il y a environ 2 400 ans, une érosion importante des sols et des incendies de forêt se sont produites. De même, en Asie du Sud-Est, de vastes zones de forêts tropicales ont été brûlées et défrichées de c. Il y a 4000 ans suite à l'arrivée de la culture du riz et du mil. Par exemple, l'augmentation de la demande d'huile de palme a conduit à des coupes à blanc des forêts tropicales pour faire place aux plantations de palmiers. "Ces pratiques, qui induisent un défrichement généralisé, réduisent la biodiversité, provoquent l'érosion des sols et rendent les paysages plus sensibles aux incendies de forêt, représentent certains des plus grands dangers auxquels sont confrontées les forêts tropicales", note Hunt.

Villes tentaculaires dans la jungle
Malgré les notions antérieures de forêts tropicales en tant que "déserts verts" ne convenant pas à l'habitation humaine, des découvertes récentes utilisant de nouvelles technologies ont montré que les populations anciennes ont créé de vastes établissements urbains dans ces habitats. De nouvelles données, y compris des relevés réalisés avec une cartographie de détection et de télémétrie par la lumière pénétrant la canopée (LiDAR), ont révélé des établissements humains dans les Amériques et en Asie du Sud-Est à une échelle qui était auparavant inimaginable. "En effet, de vastes réseaux d'établissements dans les forêts tropicales d'Amazonie, d'Asie du Sud-Est et de Méso-Amérique ont clairement persisté plusieurs fois plus longtemps que les établissements industriels et urbains plus récents du monde moderne n'ont jusqu'à présent été présents dans ces environnements", note le Dr Patrick Roberts de l'Institut Max Planck pour la science de l'histoire humaine, auteur principal de l'article.
Des leçons peuvent être tirées de la manière dont ces centres urbains anciens ont fait face aux défis environnementaux auxquels les villes modernes sont encore confrontées aujourd'hui. L'érosion des sols et l'échec des systèmes agricoles nécessaires pour nourrir une grande population sont des problèmes rencontrés par les grands centres urbains, passés et présents. Dans certaines régions mayas, les populations urbaines ont « jardiné » la forêt, en plantant une variété de cultures vivrières complémentaires dans et autour de la forêt existante plutôt que de la défricher. D'un autre côté, d'autres groupes semblent avoir surmené leur environnement local par le défrichement des forêts et la monoculture de maïs, ce qui, combiné au changement climatique, a entraîné des déclins spectaculaires de la population.
Une autre découverte intéressante est que les villes forestières anciennes ont montré la même tendance à l'étalement que celle qui est maintenant recommandée par les architectes des villes modernes dans ces zones. Dans certains cas, ces vastes franges urbaines semblent avoir fourni une sorte de zone tampon, aidant à protéger les centres urbains des effets du changement climatique et assurant la sécurité alimentaire et l'accessibilité. « La diversification, la décentralisation et « l'urbanisme agraire » semblent avoir contribué à la résilience globale », déclare le Dr Damian Evans, co-auteur de l'article. Ces anciennes banlieues forestières sont maintenant étudiées en tant que modèles potentiels de durabilité pour les villes modernes.

Leçons pour l'avenir
Les données mondiales compilées pour cet article montrent qu'un écosystème forestier tropical vierge et intact n'existe pas - et n'a pas existé depuis des dizaines de milliers d'années. Il n'y a pas d'environnement forestier idéal vers lequel les écologistes modernes peuvent se tourner lorsqu'ils fixent des objectifs et développent une stratégie pour les efforts de conservation des forêts. Au contraire, une compréhension de l'histoire archéologique des forêts tropicales et de leur manipulation passée par les humains est cruciale pour éclairer les efforts de conservation modernes. Les chercheurs recommandent une approche qui valorise la connaissance et la coopération des populations indigènes qui vivent dans les forêts tropicales. "Les peuples autochtones et traditionnels - dont les systèmes de production et de connaissances des ancêtres sont lentement décodés par les archéologues - devraient être considérés comme une partie de la solution et non comme l'un des problèmes du développement durable des forêts tropicales", déclare Roberts. Les chercheurs soulignent également l'importance de diffuser les informations tirées de l'archéologie vers d'autres disciplines. En travaillant ensemble, ces groupes peuvent aider à établir une meilleure compréhension des environnements forestiers tropicaux et de la meilleure façon de les protéger.

À propos du développement humain précoce :
L'émergence de notre espèce (Homo sapiens) en Afrique, il y a au moins 260 000 ans, ne s'est pas immédiatement accompagnée du développement de caractéristiques comportementales de populations préhistoriques et historiquement documentées plus récentes. Pendant des dizaines de milliers d'années après leur émergence (anatomiquement), les populations humaines modernes en Afrique ont continué à utiliser des technologies qui différaient peu de celles des populations non modernes qui les ont précédées ou qui habitaient d'autres régions tant à l'intérieur qu'à l'extérieur du continent africain.
Un certain nombre de découvertes archéologiques au cours des vingt dernières années ont montré que depuis au moins 100 000 ans, certaines populations d'Afrique, en particulier celles d'Afrique australe, fabriquaient des composés pigmentés, portaient des ornements personnels, faisaient des gravures abstraites et fabriquaient des outils en os. C'est à l'intérieur de cette période, et des suivantes, que les archéologues sont capables de reconnaître des techno-traditions distinctes, de déterminer avec une certaine précision leur âge, et de replacer ces périodes dans leurs propres contextes climatiques.

Un indice alléchant dans la salive
Les scientifiques sont tombés sur leurs découvertes en recherchant le but et les origines de la protéine MUC7, qui aide à donner à la salive sa consistance visqueuse et se lie aux microbes, aidant potentiellement à débarrasser le corps des bactéries pathogènes.
Dans le cadre de cette enquête, l'équipe a examiné le gène MUC7 dans plus de 2 500 génomes humains modernes. L'analyse a produit une surprise : un groupe de génomes d'Afrique subsaharienne possédait une version du gène très différente des versions trouvées chez d'autres humains modernes.
La variante sub-saharienne était si distinctive que les gènes de Néandertal et de Denisovan MUC7 correspondaient plus étroitement à ceux d'autres humains modernes que la valeur aberrante sub-saharienne.
« Sur la base de notre analyse, l'explication la plus plausible de cette variation extrême est l'introgression archaïque – l'introduction de matériel génétique d'une espèce « fantôme » d'anciens hominidés », explique Gokcumen. "Ce parent humain inconnu pourrait être une espèce qui a été découverte, telle qu'une sous-espèce d'Homo erectus, ou un hominidé non découvert. Nous l'appelons une espèce 'fantôme' parce que nous n'avons pas les fossiles."
Compte tenu du taux de mutation des gènes au cours de l'évolution, l'équipe a calculé que les ancêtres des personnes porteuses de la variante sub-saharienne MUC7 se sont croisés avec une autre espèce humaine ancienne il y a à peine 150 000 ans, après que le chemin évolutif des deux espèces ait divergé de il y a 1,5 à 2 millions d'années.

Pourquoi MUC7 est important
Les scientifiques se sont intéressés à MUC7 car, dans une étude précédente, ils ont montré que la protéine a probablement évolué pour servir un objectif important chez l'homme.
Chez certaines personnes, le gène qui code pour MUC7 contient six copies d'instructions génétiques qui ordonnent au corps de construire des parties de la protéine correspondante. Chez d'autres personnes, le gène ne contient que cinq ensembles de ces instructions (appelées répétitions en tandem).
Des études antérieures menées par d'autres chercheurs ont révélé que la version à cinq copies du gène protégeait contre l'asthme, mais Gokcumen et Ruhl n'ont pas vu cette association lorsqu'ils ont effectué une analyse plus détaillée.
La nouvelle étude a cependant conclu que MUC7 semble influencer la composition du microbiome buccal, la collection de bactéries dans la bouche. La preuve en est venue d'une analyse d'échantillons biologiques de 130 personnes, qui a révélé que différentes versions du gène MUC7 étaient fortement associées à différentes compositions de microbiome oral.
"D'après ce que nous savons de MUC7, il est logique que les personnes ayant différentes versions du gène MUC7 puissent avoir différents microbiomes oraux", explique Ruhl. "On pense que la protéine MUC7 améliore la capacité de la salive à se lier aux microbes, une tâche importante qui peut aider à prévenir les maladies en éliminant les bactéries indésirables ou d'autres agents pathogènes de la bouche."

Plus d'informations : Duo Xu et al, L'introgression des hominines archaïques en Afrique contribue à la variation génétique salivaire fonctionnelle de MUC7, Biologie moléculaire et évolution (2017). DOI : 10.1093/molbev/msx206

"Cité des géants"
Le correspondant de la BBC en Éthiopie, Emmanuel Igunza, a déclaré qu'il y avait un mythe local selon lequel la zone était occupée par des géants parce que les bâtiments et les murs de la colonie étaient construits avec de gros blocs de pierre qui ne pouvaient pas être soulevés par des gens ordinaires.
Cependant, les archéologues n'ont trouvé aucune preuve de cela.
"Nous avons évidemment réfuté cela, mais je ne suis pas sûr qu'ils nous croient encore pleinement", a déclaré le professeur Insoll.
Une déclaration de l'équipe indique que les restes de certaines des 300 personnes enterrées dans le cimetière sont en cours d'analyse pour savoir en quoi consistait leur régime alimentaire.
D'autres fouilles devraient être menées l'année prochaine.

Un carrefour religieux
L'Éthiopie était l'un des premiers endroits connus pour être habité par des humains. En 2015, des chercheurs ont découvert des os de la mâchoire et des dents dans le nord-ouest du pays datant de 3,3 à 3,5 millions d'années.
Le christianisme copte a été introduit d'Égypte et a été adopté comme religion du royaume d'Axoum en 333 après JC. L'église éthiopienne soutient que la figure de l'Ancien Testament de la reine de Saba a voyagé d'Axoum dans le nord de l'Éthiopie pour rendre visite au roi Salomon à Jérusalem.
L'islam est arrivé en Éthiopie au 7ème siècle alors que les premiers disciples musulmans fuyaient les persécutions à La Mecque. Le siège principal de l'apprentissage islamique en Éthiopie était Harar, situé près de Harlaa. Harar serait parmi les villes islamiques les plus saintes et compte 82 mosquées, dont trois datant du Xe siècle, et 102 sanctuaires, selon l'Unesco.
Aujourd'hui, il y a environ 30 millions de chrétiens et 25 millions de musulmans dans le pays, selon les chiffres du recensement de 2007.

Ville antique de IIe-Ife
L'ancienne ville d'Ile-Ife était la patrie ancestrale des Yoruba, un groupe ethnique qui vit aujourd'hui en Afrique. Le peuple Yoruba considère Ile-Ife comme le lieu de naissance mythique de plusieurs de leurs divinités, ont écrit Babalola et ses collègues dans l'étude.
Ile-Ife est également largement connue pour ses têtes et figurines en alliage de cuivre et en terre cuite qui ont été fabriquées entre le XIIe et le XVe siècle après JC, ont déclaré les chercheurs.
Certaines des figurines sont décorées de perles de verre sur leurs coiffes, couronnes, colliers, brassards et bracelets de cheville, ont indiqué les chercheurs. De plus, les archéologues ont trouvé des perles de verre dans les anciens sanctuaires d'Ile-Ife et dans des creusets déterrés - des récipients en céramique qui servaient à faire fondre le verre.
D'où viennent ces perles de verre ? La plupart des chercheurs ont émis l'hypothèse que les perles étaient arrivées de loin par le commerce, peut-être de la région méditerranéenne ou du Moyen-Orient, et que les artisans d'Ile-Ife utilisaient des creusets pour fondre et transformer certaines d'entre elles en nouvelles perles, a déclaré Babalola à Live Science.
Mais Babalola et une poignée d'autres chercheurs soupçonnaient que la réponse était plus proche de chez nous. Pour le savoir, Babalola s'est rendu à Igbo-Olokun, un site archéologique d'Ile-Ife, et a fouillé plusieurs endroits de 2011 à 2012, à la recherche de preuves de la production locale de verre, a-t-il déclaré.
Babalola a découvert un trésor lors de l'excavation, trouvant près de 13 000 perles, 812 fragments de creuset, 403 fragments de cylindres en céramique (tiges qui ont peut-être été utilisées pour manipuler les couvercles de creuset), près de 7 lb. (3 kilogrammes) de déchets de verre et environ 14 000 tessons de poterie, ont écrit les chercheurs dans l'étude.
Babalola n'a pas trouvé de fours qui auraient aidé les artisans à chauffer les creusets, mais "l'abondance de débris de production de verre et la présence de fragments d'argile vitrifiée [argile avec du verre fondu dessus] indiquent, cependant, que ces zones étaient dans, ou très proche, une zone d'ateliers de verre", ont écrit les chercheurs dans l'étude.
La majorité des perles mesurent moins de 5 millimètres de diamètre et sont de couleur bleue, verte, rouge, jaune ou multicolore, a déclaré Babalola.
Les chercheurs ont découvert que de nombreuses perles, principalement les bleues, étaient fabriquées "presque exclusivement" à partir de matériaux trouvés près d'Igbo-Olokun, ont-ils écrit dans l'étude. Par exemple, ces perles avaient une teneur élevée en oxyde d'aluminium (également connue sous le nom d'alumine), et des chercheurs précédents ont souligné qu'il existe des gisements de sable à haute teneur en alumine près d'Ile-Ife, a déclaré Babalola.
De plus, les artisans auraient pu utiliser des ingrédients locaux, tels que le feldspath, pour abaisser la température de chauffage nécessaire pour faire fondre le verre dans les creusets, a-t-il déclaré.

Le monde du verre
Les perles que Babalola et ses collègues ont étudiées sont appelées perles dessinées, ce qui signifie que les artisans ont utilisé une technique spéciale qui comprenait l'utilisation d'une bulle d'air pour faire les trous des perles. Les artisans indiens fabriquaient des perles de verre étirées dès le IVe siècle av.
Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour étayer cette affirmation, a noté Babalola.
Après que les peuples d'Afrique de l'Ouest aient fabriqué ces perles, ils les ont échangées au loin. Des perles avec les mêmes composants ont été trouvées dans la région du haut Sénégal, y compris au Mali, et le long du fleuve Niger, ont écrit les chercheurs dans l'étude.
Les résultats montrent également que les Africains de l'Ouest étaient plus avancés sur le plan technologique qu'on ne le pensait auparavant, a déclaré Babalola.
"Nous parlons d'artisanat très sophistiqué", a-t-il déclaré. "Il faut quelqu'un qui sait ce qu'il fait et quelqu'un qui a une très bonne compréhension de la science et de la technologie pour fabriquer ce verre."
L'étude a été publiée dans le numéro de juin de la revue Antiquity.

Reconstitution expérimentale
Les archéologues décrivent les trous en disant qu'ils ont une forme cylindrique régulière avec des côtés visiblement lisses, un diamètre compris entre 40 et 50 mm, et une extrémité pointue. Ils sont placés à une hauteur d'environ 1,3 à 3,2 mètres au-dessus de la surface du sol actuelle.
Bien que ces trous puissent être le signe d'anciens rituels associés à la magie et à la spiritualité, aucune preuve solide ne le confirme. Au lieu de cela, les archéologues croient qu'ils ont été faits pour remplir une fonction plus pratique. Dans l'article, ils approfondissent cette hypothèse.
Au cours de la saison de fouilles 2015, les archéologues ont obtenu des mesures détaillées des trous. Avec la photogrammétrie, les modèles 3D et les photographies, ces mesures ont été utilisées pour documenter soigneusement les trous et les parois rocheuses.
L'équipe a ensuite utilisé les données pour proposer une reconstruction hypothétique de deux structures qui auraient été solidement ancrées aux rochers et soutenues par des poteaux en bois pliables constitués de branches ou de racines - dont une extrémité a été insérée dans les trous de la roche.
Dans ce modèle, les trous, minutieusement percés sur une longue période de temps, forment la base de la construction de huttes ancrées dans les rochers, où auraient vécu les peuples anciens.
"Il n'y a aucune certitude en archéologie, nous présentons simplement une hypothèse de ce à quoi les structures auraient pu ressembler. L'hypothèse est basée sur une reconstruction scientifique, qui est basée sur toutes les données enregistrées sur le site", a expliqué Varadzinová.
"Ces peuples anciens devaient vivre d'une manière ou d'une autre, et puisqu'il y a si peu de vestiges architecturaux du passé dans le nord-est de l'Afrique, ces trous constituent un autre type de trouvailles que, nous pensons, on peut leur associer.
"Ces abris auraient été ancrés aux rochers pour plus de solidité et pour les garder à l'ombre toute la journée, mais aussi parce qu'il n'y avait pas beaucoup d'espace sur la plate-forme de peuplement située dans le paysage rocheux, et sinon mettre une hutte dans le milieu de celui-ci aurait laissé peu de place pour d'autres activités."
Tout comme la datation de l'art rupestre s'avère souvent difficile, lier ces trous à une période précise est difficile. Les archéologues doivent s'appuyer sur les découvertes d'artefacts qui ont déjà été faites dans la région. Sur le site de Sphinx, la plupart des objets datent de l'ère mésolithique de Khartoum (c.9000-5000BC) bien que quelques objets remontent à des périodes ultérieures - le méroïtique (c. 300 BCE-350 CE) ou post-méroïtique (c 350-550 CE) et Funj (vers 1500-1800 CE).
Étant donné que les auteurs ne peuvent pas dire avec certitude à laquelle de ces périodes les trous se rapportent, on ne peut pas dire grand-chose sur la culture des personnes qui les ont créés. Mais qu'ils aient été les premiers chasseurs-cueilleurs et plus tard les pasteurs, ils auraient trouvé refuge dans des structures construites sur des poteaux similaires à celles modélisées dans le papier, légères et pratiques pour un mode de vie nomade ou semi-nomade.


Tirer les dents de l'histoire

La biologie moléculaire a apporté des contributions considérables à l'étude de l'histoire humaine depuis les premiers jours de notre espèce, lorsque nos ancêtres ont commencé à marcher dans la savane, jusqu'à l'aube de la civilisation et l'histoire plus récente de l'humanité. L'analyse de l'ADN mitochondrial contemporain, par exemple, nous a dit que Homo sapiens apparu pour la première fois en Afrique, le séquençage du génome de Néandertal a révélé que Homo sapiens et Homo neanderthalensis vivaient ensemble et se sont croisés avant que ce dernier ne disparaisse l'année dernière, l'analyse de l'ADN extrait d'un squelette trouvé sous un parking à Leicester, au Royaume-Uni, a montré qu'il s'agissait de la dépouille du roi Richard III.

Bien que l'avènement du séquençage de nouvelle génération et les progrès de la bioinformatique aient stimulé la recherche utilisant l'ADN ancien, un obstacle majeur a toujours été la quantité et la qualité de l'ADN lui-même : les molécules d'ADN se dégradent rapidement au fil du temps en fragments plus petits, et la contamination microbienne le rend difficile. pour identifier des fragments humains dans un échantillon. Curieusement, les dents se sont avérées être une excellente source d'ADN ancien de haute qualité, donnant un aperçu de l'évolution de l'alimentation humaine, des maladies et de l'immunité depuis le début de l'agriculture il y a environ 10 000 ans. Le tartre dentaire a été la source la plus complète de données de séquences historiques, en particulier pour sonder les populations de microbiome buccal. Dans le même temps, la pulpe dentaire, le tissu conjonctif au centre des dents, a été une source importante d'informations sur les maladies anciennes.

L'archéologue Keith Dobney, de l'Université d'Aberdeen au Royaume-Uni, et ses collègues ont d'abord identifié le potentiel du tartre dentaire comme source d'informations sur les régimes alimentaires antérieurs et les populations microbiennes bien avant l'avènement des anciennes études d'ADN 1 . Aujourd'hui, près de 30 ans plus tard, Dobney fait partie des pionniers de la révolution de l'analyse de l'ADN ancien. &# x0201cIl semble que le tartre dentaire soit incroyablement bien conservé et qu'il soit unique&# x0201d, a-t-il déclaré. “Malheureusement, il ne pousse que dans les dents, ce qui signifie que vous regardez des choses dans les voies respiratoires et l'environnement buccal”.

“… les dents se sont avérées être une excellente source d'ADN ancien de haute qualité, donnant un aperçu de l'évolution de l'alimentation humaine, des maladies et de l'immunité depuis le début de l'agriculture…”

L'origine du tartre dentaire est la plaque qui se forme lorsque les bactéries s'accumulent sous forme de biofilms à la surface des dents. Ce biofilm se minéralise ensuite en présence d'ions calcium et phosphate dans la salive, préservant non seulement les microbes mais aussi les débris de la nourriture et de la respiration, y compris l'ADN et les protéines des molécules immunitaires de l'hôte. L'ensemble s'enchevêtre dans cette matrice minérale et est protégé d'une contamination ultérieure ou d'une invasion par des micro-organismes exogènes. Le tartre dentaire peut être daté avec une grande précision et il comprend un grand nombre de biomolécules provenant de virus, de micro-organismes et de l'hôte humain, ce qui permet d'étudier simultanément l'activité des agents pathogènes, l'immunité de l'hôte et le régime alimentaire. Il permet ainsi aux archéologues d'étudier comment des changements majeurs dans l'alimentation ou l'environnement humain tels que l'avènement de l'agriculture ou la révolution verte et la transformation des aliments au cours du 20e siècle ont un impact sur le microbiome buccal et donc sur la santé humaine.

L'une des principales découvertes à ce jour, rapportée par Dobney et ses collaborateurs, a été la confirmation que l'introduction de l'agriculture a eu un impact énorme sur le microbiome buccal 2 . « Il est tout à fait clair qu'il existe ce microbiome humain conservé qui change massivement au moment où nous commençons à cultiver », a déclaré Dobney. L'effet était de diminuer la diversité des espèces et des souches bactériennes dans la bouche, coïncidant avec des changements importants dans la santé humaine. L'agriculture a permis de densifier les populations et donc l'émergence de la civilisation moderne, en libérant la main-d'œuvre de la recherche ou de la préparation de nourriture. Mais des densités de population plus élevées, combinées à la proximité des animaux d'élevage et domestiques, ont également conduit à l'émergence de maladies telles que la rougeole et la variole.

Le terrain pour des recherches plus approfondies a été ouvert par un article fondateur de Christina Warinner et ses collègues, qui est allé plus loin dans l'extraction des informations génomiques des agents pathogènes conservés dans le tartre dentaire et décrit des avancées significatives dans la gestion de la dégradation de l'ADN 3 . Warinner et ses co-auteurs ont montré que l'ADN et les protéines anciens pouvaient être récupérés du tartre dentaire avec une quantité et une fidélité sans précédent, par rapport à d'autres sources. « La quantité d'ADN préservée dans le tartre dentaire était assez surprenante, des ordres de grandeur supérieurs à ceux de l'os ou de la dentine du même individu », a déclaré Warinner, qui est un affilié de recherche du groupe de recherche moléculaire de l'Université de Zurich. #x02019s Center for Evolutionary Medicine et fait partie du groupe de recherche sur le microbiome de l'Université d'Oklahoma, aux États-Unis. “Un autre grand bonus inattendu était l'étendue des données protéomiques relatives aux types de cellules humaines. Nous ne nous attendions pas à avoir une résolution si élevée que nous puissions non seulement identifier une large gamme de protéines humaines, mais aussi identifier les types de cellules humaines spécifiques qui avaient été impliqués dans la réponse immunitaire. Cela était dû en partie à la qualité des échantillons conservés dans la plaque dentaire, mais aussi au résultat des progrès des outils et des algorithmes bioinformatiques pour aider à l'analyse des données. Dans les cas où aucun outil logiciel n'était disponible pour l'analyse requise, l'équipe a développé le sien.

“La grande quantité d'ADN préservée dans le tartre dentaire était une surprise, des ordres de grandeur supérieurs à ceux de l'os ou de la dentine du même individu.”

L'un des défis majeurs consiste à déterminer ce que l'on appelle le biais de dégradation. La détérioration des acides nucléiques signifie que les séquences d'ADN récupérées du tartre dentaire sont de plus en plus fragmentées et nécessitent des algorithmes sophistiqués pour être reconstruites. Le problème est que les taux de détérioration diffèrent entre les différentes espèces du microbiome, ce qui peut entraîner un biais lors de l'estimation des quantités relatives. « Les estimations de la diversité, par exemple, sont très sensibles à l'altération lorsque les microbiomes se dégradent et accumulent des lésions de codage erroné ou deviennent simplement trop fragmentées pour amplifier la communauté microbienne sans biais ni biais », a expliqué Warinner. “Nous travaillons actuellement sur des méthodes supplémentaires pour identifier les biais de détérioration dans les échantillons de microbiome anciens”.

Une question importante sera la relation entre la diversité du microbiome buccal et la santé humaine, en particulier ces derniers temps, car elle est clairement pertinente pour les maladies d'aujourd'hui. « La révolution industrielle a donné une nouvelle impulsion dans le sens d'un déclin de la diversité dans notre microbiome oral et, en regardant nos échantillons occidentaux modernes, cela s'aggrave probablement encore aujourd'hui », a déclaré Dobney. Il a poursuivi en spéculant que cela pourrait contribuer à un certain nombre de maladies qui sont devenues plus répandues dans les pays développés, en particulier le diabète de type 2 et d'autres troubles métaboliques ou inflammatoires, bien qu'il ait averti que des recherches supplémentaires étaient nécessaires pour établir ce lien.

Une question importante sera la relation entre la diversité du microbiome buccal et la santé humaine, en particulier ces derniers temps, car elle est clairement pertinente pour les maladies d'aujourd'hui.

Warinner a fait remarquer que la signification du terme pathogène dans le contexte du microbiome buccal a également évolué. 𠇎n ce qui concerne le microbiome dans son ensemble, le mot 𠆍ysbiosis’ est plus couramment appliqué”, a-t-elle déclaré. On pense que les microbiomes évoluent généralement en symbiose mutualiste avec leurs hôtes, mais des changements drastiques de comportement ou de régime peuvent provoquer des déséquilibres microbiens et initier un état de dysbiose, ou dys-symbiose. Ceci est généralement décrit comme un état de déséquilibre microbien dans lequel la relation autrefois mutualiste entre les microbes et l'hôte est devenue nocive. Les caries dentaires et la parodontite (maladie des gencives) ont été décrites comme des maladies de la dysbiose buccale.

Bien que des événements tels que l'introduction de l'agriculture laissent une signature claire sur le microbiome buccal, les facteurs occasionnels spécifiques doivent être déterminés. L'hypothèse classique était qu'une augmentation des glucides, c'est-à-dire du blé, de l'orge ou du riz, avait un impact sur le microbiome, mais en réalité, il existe de nombreuses hypothèses alternatives, a commenté Laura Weyrich, associée de recherche postdoctorale au Centre australien. pour Ancient DNA, Université d'Adélaïde, qui a collaboré avec Dobney et d'autres sur l'analyse du tartre dentaire. “Par exemple, les agriculteurs européens pourraient être des individus qui ont migré d'une autre partie du monde et ont apporté un microbiome étranger avec eux. L'introduction de lait aurait pu changer le microbiome, ou simplement l'hygiène et l'exposition à de nombreux autres individus et maladies auraient pu avoir un impact drastique sur le microbiome. Il y a eu beaucoup de changements culturels pendant la révolution néolithique (agricole) que nous devons garder à l'esprit. Des éléments tels que la densité de population, les maladies et les pratiques culturelles auraient également pu facilement avoir un impact sur le microbiome.

L'agriculture n'est pas arrivée en un seul événement, mais à des moments différents et de différentes manières avec une gamme de résultats alimentaires. Dans de nombreux cas, l'agriculture et la cueillette ont coexisté, soulevant la question de savoir si ce chevauchement lui-même pouvait être détecté dans l'ADN bactérien du tartre dentaire. « Nous pensons avoir des preuves de cela dans certains de nos anciens spécimens de calculs », a déclaré Weyrich. “Nous avons un chasseur-cueilleur vivant presque en même temps que les premiers agriculteurs néolithiques en Europe, et nous voyons que cet individu est porteur de micro-organismes provenant à la fois des agriculteurs et des chasseurs-cueilleurs. Qu'il s'agisse ou non d'un régime alimentaire ou simplement d'une exposition à deux groupes humains différents, nous ne le savons pas encore.

Le tartre dentaire a peut-être émergé comme la meilleure source de biomolécules anciennes, mais d'autres sources sont également importantes, car il existe de grandes variations dans les populations microbiennes dans tout le corps, même d'un petit animal. “Même dans notre propre bouche, les communautés bactériennes à la surface de la langue sont distinctes de celles sur le toit de notre bouche, malgré le fait que les deux surfaces sont en contact direct plusieurs milliers de fois par jour”, a noté Warinner.

La dent, que ce soit via la plaque ou la pulpe dentaire, a également été la source de données de séquence d'ADN pour enquêter sur les maladies passées, car l'ADN reste protégé contre la contamination et l'invasion de sources exogènes. La pulpe a été la principale source d'analyse d'informations spécifiques sur l'ADN bactérien, car les agents pathogènes sont beaucoup plus répandus dans le sang que dans la bouche. L'une des premières enquêtes concernait la peste justianique (ca. AD 541&# x02013542), une pandémie causée par Yersinia pestis qui a affligé l'Empire romain d'Orient, en particulier sa capitale, Constantinople (aujourd'hui Istanbul), l'Empire sassanide et les villes portuaires méditerranéennes. On estime que la peste a tué 30 millions de personnes en Europe et en Asie. Yersinia pestis provoque à la fois la peste bubonique et la peste pneumatique plus virulente, la différence étant que la première est localisée dans le système lymphatique, tandis que la seconde affecte le système respiratoire et se propage plus rapidement par les gouttelettes en suspension dans l'air.

L'étude la plus récente impliquant une équipe multidisciplinaire d'institutions en Allemagne, aux États-Unis, au Canada et en Australie a révélé que la peste justinienne, comme la peste noire qui a balayé l'Europe au milieu du XIVe siècle, impliquait la forme pneumonique la plus mortelle de la peste. , mais a été causée par une souche différente du pathogène 4 . L'analyse a été effectuée sur des fragments d'ADN extraits de la pulpe dentaire de deux victimes de la peste de Justinien, retrouvés enterrés dans une tombe d'un petit cimetière de la ville allemande d'Aschheim. L'équipe de recherche pense que les victimes sont décédées dans les derniers stades de l'épidémie lorsqu'elle avait atteint le sud de la Bavière, probablement entre 541 et 543 après JC.

L'analyse ADN elle-même n'indique pas si les deux victimes souffraient de peste pulmonaire plutôt que bubonique, puisque l'agent pathogène est le même, mais la source de l'ADN, la pulpe dentaire, indique quelle version de la peste les victimes avaient, selon Holger Scholz, chercheur principal à l'Institut de microbiologie de la Bundeswehr à Munich et l'un des auteurs de l'étude. "La peste bubonique est une infection locale, causée par la piqûre d'une puce infectée, qui conduit à l'élargissement des ganglions lymphatiques (bubons), en particulier au niveau des aisselles et de l'aine", a-t-il déclaré. “Puisque nous avons isolé l'ADN de la pulpe dentaire, il devait s'agir d'une infection septicémique (infection généralisée). Ce n'est qu'en cas d'infection septicémique que l'on Y. pestis dans la circulation sanguine. Il doit donc s'agir d'une peste pulmonaire, qu'il s'agisse d'une peste pulmonaire primaire ou secondaire d'une infection généralisée. La peste pulmonaire primaire survient lorsque les poumons sont directement touchés, tandis que la peste secondaire est lorsque l'agent pathogène envahit d'abord le sang pour devenir systémique et atteint ensuite le système respiratoire. L'étude a également résolu d'autres questions sur la peste justianique, par exemple si elle est originaire d'Afrique ou d'Asie. “Nous avons conclu que la peste justianique, comme la peste noire et la troisième pandémie, provenait d'Asie parce que tous Y. pestis Les souches analysées jusqu'à présent autour de la position de la souche Justianic provenaient d'Asie, a expliqué Scholz.

Pendant ce temps, plus de lumière a été jetée sur la peste noire (ca. 1346&# x020131353), la deuxième Y. pestis pandémie, à la suite du projet Crossrail de Londres visant à construire une liaison ferroviaire souterraine à grande vitesse sous la ville. Au cours des fouilles au début de 2013, 23 squelettes qui semblaient tous être victimes de la peste noire ont été découverts à 2,5 mètres sous la route qui entoure les jardins de Londres&# x02019s Charterhouse Square. La profondeur des sépultures et la datation des poteries environnantes ont indiqué que ces victimes sont décédées vers 1348, plutôt que lors de l'épidémie ultérieure à partir de 1361. &# x0201cCes restes humains sont les premiers à être exhumés de ce cimetière et non des sépultures associées au développement ultérieur de Chartreuse sur le site après AD 1370&# x0201d, a déclaré Lucy Whittingham, responsable post-excavation au Museum of London. 𠇌'était donc une opportunité passionnante d'enquêter sur l'ADN ancien et d'établir s'il pouvait être trouvé dans ces squelettes et s'il était lié à la peste noire et à son homologue européen”. Whittingham a ajouté que le musée travaillait toujours sur les premiers résultats pour publication. “Les résultats à ce jour indiquent qu'il y a quatre échantillons qui sont positifs pour la présence de Y. pestis. Ce sont quatre individus différents, dont l'un est certainement de la première phase de l'excavation et probablement l'épidémie de plaque 1348&# x0201d.

Une autre étude importante a été menée à l'Université de T&# x000fcbingen en Allemagne avec un accent particulier sur l'héritage de l'ancien Y. pestis pandémies sur les populations modernes de cette bactérie 5 . À mesure que de plus en plus de données sur les populations contemporaines ont émergé, l'équipe a fait des progrès significatifs dans l'exploration de l'évolution de la bactérie. Plus tard en 2012, après la publication de mon article, plus de 100 génomes de pestis modernes ont été rendus publics, et un autre ancien a été publié plus tôt cette année, a déclaré Kirsten Bos, la première auteure de l'étude T&# x000fcbingen. “Nous travaillons maintenant à réanalyser nos données dans le contexte de ces nouvelles souches”.

Une question que poursuit Bos est de savoir pourquoi les épidémies de peste se sont arrêtées il y a environ 260 ans, même si les souches anciennes identifiées jusqu'à présent chez les victimes de la peste sont génétiquement très similaires aux souches actuelles. « Les épidémies de peste semblent s'être produites à une fréquence régulière en Europe à partir d'au moins 540 après J. Une des raisons possibles est que des événements de sélection successifs se sont produits dans les gènes de l'immunité humaine. En d'autres termes, l'agent pathogène a très peu changé, mais les humains se sont adaptés pour mieux gérer Y. pestis infections. Nous pouvons donc rechercher des changements dans les fréquences alléliques au fil du temps dans le génome humain pour étudier la coévolution hôte-pathogène”. L'arrêt brutal des épidémies pourrait également s'expliquer par des changements chez les rongeurs qui sont d'importants vecteurs de la maladie chez l'homme. "À cet égard, les raisons des différences de taux d'infections pesteuses au fil du temps peuvent avoir plus à voir avec la dynamique de l'espèce vectrice que celle des humains eux-mêmes", a déclaré Bos. “Les recherches futures aideront à répondre à bon nombre des questions en suspens”.

“Les maladies anciennes nous donnent des informations sur les variations naturelles qui peuvent survenir chez les agents pathogènes et sur leur évolution.”

Les réponses pourraient, comme dans le cas de l'analyse de la plaque dentaire, avoir de réelles applications contemporaines. « Les maladies anciennes nous donnent des informations sur les variations naturelles qui peuvent survenir chez les agents pathogènes et sur leur évolution », a déclaré Bos. “Savoir comment ils changent et quelles formes ont contribué aux pandémies passées sera précieux en termes de gestion et de dépistage modernes des maladies.”. En plus d'élucider l'histoire des maladies infectieuses plus en détail, il existe un grand potentiel thérapeutique grâce à l'exploitation des connaissances sur l'évolution des relations entre l'alimentation, le microbiome humain, le système immunitaire et la maladie.


Discussion

Preuve de matière organique exogène récente dans les os de dinosaures

Structure et composition élémentaire

Le remplissage occasionnel observé dans les vaisseaux osseux de dinosaures déminéralisés au HCl avec une plus grande concentration de C à l'intérieur par rapport à l'extérieur du vaisseau est cohérent avec un biofilm croissant, étant donné l'hypothèse qu'un biofilm se développerait à l'intérieur des espaces poreux de l'os tout en préservant les vaisseaux on pourrait s'attendre à ce qu'il soit creux.

La dominance Si des produits de déminéralisation HCl de l'os de dinosaure suggère probablement qu'ils sont au moins partiellement silicifiés. La déminéralisation de HCl (en particulier la déminéralisation relativement intensive utilisée sur les échantillons qui ont subi une microscopie, EDS et ATR FTIR) peut favoriser la récupération du biofilm minéralisé (en supposant qu'un pH faible puisse dégrader les biofilms organiquement préservés), expliquant pourquoi tous les produits de déminéralisation observés de l'os de dinosaure ont une teneur élevée en Si sous EDS (en particulier par rapport aux vaisseaux vraisemblablement largement organiques et aux masses fibreuses révélées à l'aide de la déminéralisation à l'EDTA). Si tel est le cas, cela indiquerait que toute matière organique d'origine est significativement plus sensible à l'acide (c'est-à-dire de composition différente) que les masses organiques dans les échantillons d'os plus jeunes traités de manière identique, qui survivent bien. Il semble probable que le remplissage minéral du Centrosaure l'os est en grande partie des silicates, qui ont en partie remplacé les structures en forme de vaisseaux organiques à l'origine, ainsi que, potentiellement, de la barytine ou du gypse avec des quantités minimales d'oxyde de fer ou de pyrite. Certains de ces composés inorganiques pourraient contribuer à la couleur des fossiles. Le matériau fibreux provenant de la déminéralisation au HCl de l'os de dinosaure peut être un biofilm silicifié avec une texture collagène imprimée à partir de la matrice d'apatite environnante ou peut simplement être un petit cristal de quartz mal interprété. Un biofilm silicifié pourrait être le résultat de conditions environnementales uniques (au début ou à la fin de l'histoire taphonomique) ou des communautés microbiennes que ces fossiles ont connues. Par conséquent, l'examen des fossiles de différentes localités, climats, lithologies et histoires taphonomiques est essentiel pour comprendre les variations dans la façon dont les biofilms dans les os fossiles pourraient être minéralisés.

Produits de pyrolyse

Les acides humiques sont courants dans les sols et contiennent des composants aromatiques de faible poids moléculaire (Hatcher et al., 1981 Sutton et Sposito, 2005), et ceux-ci ont également été détectés dans la norme d'acide humique, ce qui signifie que l'élution précoce, plus volatile (c. point d'ébullition), pics du chromatogramme d'ions totaux de Py-GC/MS (par exemple, les hydrocarbures aromatiques détectés) du Centrosaure l'os peut provenir de sources autres que les protéines.

Py-GC/MS preuve de kérogène sous la forme d'une série homologue de m-hydrocarbure/m- des doublets alcènes semblent avoir été détectés dans le Centrosaure os, mais les doublets étaient très faibles. Variation de la visibilité des doublets entre le souterrain entouré de matrice et découvert Centrosaure les échantillons d'os sont probablement représentatifs de la variation intra-osseuse de la teneur en kérogène plutôt que de la contamination, car il est peu probable qu'une forte signature de kérogène résulte de l'exposition à l'air ou à l'équipement d'excavation stérilisé. Les analyses futures devraient examiner ces échantillons par spectrométrie de masse sous un mode de balayage sélectionné de surveillance des ions (SIM) avec une comparaison avec des normes authentiques de m-hydrocarbure/m-alcènes ou modifier les méthodes d'extraction avant l'analyse afin d'observer plus clairement ces doublets potentiels. La formation de kérogène à partir de la polymérisation in situ de lipides labiles endogènes tels que les membranes cellulaires ne devrait pas préserver la forme tubulaire ou creuse des tissus mous tels que les vaisseaux ou les cellules osseuses avec une grande fidélité depuis le clivage hydrolytique initial d'un groupe hydrophile va éliminer le caractère amphiphatique de ces molécules et les rendre incapables de conserver leur configuration bicouche en solution aqueuse (Rand et Parsegian, 1989). Ainsi, les membranes cellulaires pourraient perdre leur structure et, vraisemblablement, la structure tubulaire ou creuse des vaisseaux ou des cellules pourrait également être influencée. La possibilité que le kérogène résultant puisse contribuer à une moisissure organique non tubulaire et à faible résolution de ces tissus mous formés dans les cavités de la matrice inorganique osseuse doit être envisagée dans les cas où les produits de déminéralisation osseuse ne sont pas minéralisé. Cependant, l'EDS a révélé une minéralisation prédominante des structures étudiées ici, une observation courante pour de tels tissus mous subsiste (Schweitzer et al., 2014). Cette minéralisation correspond davantage à une origine de biofilm (Schultze-Lam et al., 1996 Decho, 2010) qu'à une origine kérogène. De plus, des produits de pyrolyse aliphatique de type kérogène ont déjà été détectés à l'aide de Py-GC-MS à partir de la fraction humique du sol ainsi que de l'acide humique standard, potentiellement dérivé de biopolymères végétaux stables de la cuticule (Saiz-Jimenez et De Leeuw, 1987 ), de sorte que le matériau de type kérogène dans l'os fossile pourrait provenir, au moins en partie, de contaminants du sol plutôt que de dériver de lipides endogènes.

Acides aminés

La dominance des acides aminés L dans les fossiles de dinosaures suggère une lixiviation et une dégradation importantes des acides aminés endogènes, ainsi qu'un apport d'acides aminés relativement récent. Il semble y avoir une tendance à une plus grande concentration d'acides aminés dans l'os de dinosaure par rapport au mudstone, suggérant que l'os fossile pourrait être préférentiellement concentré en acides aminés exogènes. De plus, des échantillons d'os du Crétacé, comme dans le sous-sol découvert Centrosaure l'os et l'os du Crétacé supérieur érodé en surface sur la même crête et 

21 m au-dessus de BB180, montrent des signes de contamination bactérienne. Leurs valeurs Glx D/L supérieures aux valeurs Asx D/L sont l'inverse de celles attendues en raison de la racémisation chimique (Smith et Evans, 1980 Crisp et al., 2013), mais en association avec l'Ala racémisé dans ces échantillons, elles soutiennent la présence de peptidoglycanes des parois cellulaires bactériennes, qui contiennent des acides aminés D, en particulier D-Glu et D-Ala, in vivo (Höltje, 1998 Lam et al., 2009). Ceci est cohérent avec la dominance observée des actinobactéries gram-positives dans le microbiome osseux du Crétacé, puisque 26&# x0201375 % en poids du poids sec total des bactéries gram-positives comprend des polymères de la paroi cellulaire et 7&# x0201356 % en poids des acides aminés cellulaires comprend des peptides du peptidoglycane de la paroi cellulaire et de l'acide teichoïque et des glycoprotéines de la couche S (Onstott et al., 2014).

Les différences dans les compositions de THAA entre l'os souterrain érodé en surface et entouré d'une matrice pourraient suggérer que l'os souterrain fournit un microenvironnement différent de celui de l'os érodé en surface, peut-être en grande partie dû aux différences de disponibilité de l'oxygène, et contenant ainsi une communauté microbienne différente. Ceci est également mis en évidence par la correspondance étroite entre la composition de la couche arable et de l'os du Crétacé supérieur érodé en surface, tandis que l'os souterrain entouré de matrice se rapproche plus, bien que toujours très distinct, de la mudstone que de la couche arable ( figure 6 ). Cela pourrait suggérer que l'os érodé en surface soutient une communauté microbienne plus similaire à d'autres communautés de surface, telles que la couche arable, tandis que l'os souterrain contient une communauté plus différente.

La variabilité de la concentration de THAA dans les os érodés en surface du Crétacé supérieur n'est pas surprenante étant donné que l'un des fragments érodés en surface semblait avoir une infiltration minérale relativement plus élevée (mis en évidence par une plus grande difficulté à pulvériser l'échantillon), suggérant le potentiel de différents microenvironnements à l'intérieur du os et différentes capacités de charge pour une communauté microbienne. Un échantillon érodé en surface provenait d'une carrière paléontologique active (BB180) et a probablement été exposé à des niveaux de contamination plus élevés en conséquence. Les concentrations élevées de THAA observées dans l'un des os érodés en surface du Crétacé supérieur par rapport à l'os souterrain suggèrent en outre que l'os peut être colonisé par des microbes exogènes, car l'exposition en surface devrait entraîner des conditions défavorables pour toutes les protéines endogènes survivantes. Cependant, de telles comparaisons doivent être effectuées avec prudence étant donné la petite taille de l'échantillon de cette étude.

Le résultat le plus surprenant pourrait être que le sous-sol découvert Centrosaure l'échantillon d'os avait une composition de THAA correspondant plus étroitement à l'os érodé en surface que l'os souterrain entouré de matrice, et avait également une concentration élevée de THAA par rapport à l'os souterrain entouré de matrice, ce qui suggère que même une exposition aérienne relativement brève pourrait conduire à une contamination rapide de la communauté microbienne souterraine par les microbes de surface. La concentration élevée de THAA dans la matrice de mudstone adjacente de l'os souterrain par rapport aux autres échantillons de mudstone peut indiquer que l'os fournit une source de nutriments qui encourage la prolifération microbienne.

Radiocarbone

Comme le C dans l'os de dinosaure n'est pas mort au radiocarbone, cela suggère un afflux de C plus moderne (c'est-à-dire non mort au radiocarbone) dans le fossile. Cependant, un F 14 C inférieur dans l'os de dinosaure par rapport au mudstone ou à la couche arable suggère un C biologiquement inaccessible, ancien et peut-être endogène dans les fossiles. Une possibilité pour ce modèle est le kérogène dérivé de la polymérisation in situ de lipides labiles endogènes de dinosaures, bien que ce type de géopolymère aliphatique n'ait été que faiblement détecté dans le Centrosaure os par Py-GC-MS (potentiellement dû à la méthodologie plutôt qu'à une faible concentration), et il faut garder à l'esprit que la matrice de mudstone environnante produit une série de m-alcanes/m-alcènes après pyrolyse. Le C exogène pourrait également devenir métaboliquement inaccessible dans l'os par la minéralisation du biofilm, comme le suggèrent les données de l'EDS, permettant un épuisement du 14 C. De plus, la formation et la prolifération de biofilms dans les os pourraient piéger le C organique mobile des sédiments et des eaux souterraines à un rythme plus rapide que le C ne sort de l'os lorsqu'il n'est pas colonisé par un biofilm. Cela permettrait d'atteindre un état d'équilibre F 14 C inférieur pendant le temps nécessaire pour que le flux sortant de C augmente afin de correspondre à l'afflux de C, en supposant un modèle simple à 1 boîte. Peut-être qu'une combinaison de ces trois mécanismes influence le F 14 C.

Acides nucléiques

Les analyses des acides nucléiques révèlent une communauté microbienne diversifiée et inhabituelle au sein de l'os de dinosaure, même par rapport à la matrice immédiate de mudstone ou à la surface extérieure de l'os, comme en témoignent un fort enrichissement en ADN et une composition différente de la communauté dans l'os par rapport à la matrice environnante. La communauté microbienne de l'os déminéralisé à l'EDTA était similaire à celle de l'os non déminéralisé, ce qui est important car l'EDTA peut être utilisé comme agent déminéralisant pour étudier les « tissus mous » de l'os fossile (Cleland et al., 2012). Ainsi, les échantillons d'os traités avec des méthodes courantes de déminéralisation dans d'autres études taphonomiques (par exemple des études basées sur les anticorps) se prêtent également à des analyses d'acide nucléique qui peuvent être utilisées pour aider à tester l'endogénéité des matières organiques (c'est-à-dire s'il y a des microbes présents qui pourraient éventuellement expliquer la présence de substances organiques spécifiques).

La coloration par PI des tissus mous est très probablement due à la rupture cellulaire due à l'exposition aux fortes concentrations d'EDTA utilisées lors de la déminéralisation (c'est-à-dire des cellules non intactes). La domination de l'aérobie Euzébya est compatible avec la faible profondeur d'enfouissement, bien que la présence des lignées Deltaprotéobactéries puisse indiquer que le microenvironnement à l'intérieur de l'os fossile crée des niches anaérobies pour soutenir le métabolisme anaérobie. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour comprendre la relation entre les phases minérales observées et le microbiome. Le fait que les actinobactéries étaient les microbes les plus courants dans l'os de dinosaure sur la base du séquençage d'amplicons d'ARNr 16S rappelle les résultats d'un os de Néandertal de 38 ka, où la majorité des séquences d'ADN détectées dérivées d'actinobactéries non anciennes (Zaremba-Nied&# x0017awiedzka et Andersson, 2013). Les fortes concentrations cellulaires de 

5휐 8 cellules/g dans le sous-sol Centrosaure l'os et la cohérence des estimations basées sur l'ADN et les acides aminés indiquent une communauté microbienne plus importante que celle du mudstone adjacent.

Manque de preuves d'anciennes protéines endogènes dans les os de dinosaures

Structure et composition élémentaire

Les produits de déminéralisation HCl de l'os fossile de dinosaure diffèrent structurellement et élémentairement du Pléistocène-Holocène et des échantillons modernes lorsqu'ils sont examinés à l'aide de la microscopie optique et du VPSEM. Les conditions de basse pression du VPSEM et de l'EDS, ainsi que la charge au cours de ces analyses, peuvent avoir affecté l'observation ultérieure en microscopie optique, mais cela est atténué par le fait que la microscopie optique a été réalisée dans un cadre comparatif entre les échantillons.

La dent de requin du Pléistocène-Holocène et l'os de poulet moderne se déminéralisent pour révéler de grandes masses organiques (c. Le pic S relativement plus prononcé dans la dent de requin par rapport à l'os de poulet pourrait indiquer une sulfuration de la protéine de collagène ou une autre incorporation taphonomique de S inorganique de l'environnement dans la dent, cette dernière étant compatible avec la pyrite.Après tout, les dents sont les seuls fossiles de cette étude à provenir d'un environnement de dépôt marin, donc le potentiel de formation de pyrite dans des conditions euxiniques, par exemple, ne serait pas surprenant. La teneur élevée en Fe dans la dent de requin suggère une certaine accumulation de minéraux taphonomiques (par exemple, de l'oxyde de fer ou de la pyrite) et peut expliquer une partie de la décoloration sombre des dents, potentiellement associée à un effet de brunissement causé par la formation taphonomique de polymères N-hétérocycliques de type mélanoïdine. connus sous le nom de produits finaux avancés de glycoxydation/lipoxydation. La spectroscopie Raman a non seulement été utilisée pour suggérer que ces polymères N-hétérocycliques sont présents dans les dents, les os et les coquilles d'œufs anciens, mais également qu'ils conduisent à une coloration brune (Wiemann et al., 2018b). Cependant, il convient de garder à l'esprit que, étant donné le comportement du système ouvert de l'os, les polymères détectés pourraient provenir de sources exogènes de polypeptides et de lipides/polysaccharides (par exemple, des microbes infiltrants anciens ou plus récents), et la présence de toute bande amide dans Les spectres Raman sont probablement des preuves insuffisantes pour la préservation des oligopeptides endogènes (voir une discussion similaire sur les bandes amides dans le FTIR ci-dessous), en particulier en association avec des polymères qui se forment à la suite de la dégradation des protéines (Singh et al., 2001 Vistoli et al., 2013).

Obligations actives IR

Des pics FTIR similaires, bien que d'une résolution supérieure à ceux détectés ici, sont utilisés comme preuve du prétendu collagène de dinosaure (Lindgren et al., 2011 Surmik et al., 2016 Lee et al., 2017), mais il convient de noter que de tels les résultats ne sont pas concluants pour le collagène. La détection de pics tels que ceux associés aux liaisons amides n'indique pas nécessairement des protéines/peptides intacts, car les liaisons amides ne sont pas spécifiques aux peptides et peuvent être trouvées dans les produits de dégradation des protéines tels que les dicétopipérazines (Chiavari et Galletti, 1992 Martins et Carvalho, 2007 Saitta et al., 2017b). Les liaisons CH et CO sont encore plus largement distribuées, trouvées dans une variété de molécules organiques. Certains chercheurs ont en effet tenté d'observer comment les spectres ATR FTIR du collagène osseux sont modifiés lorsqu'une contamination carbonée (par exemple, des matières organiques appliquées comme des consolidants, des acides humiques ou du carbonate de sol) est présente (D'Elia et al., 2007), mais cela peut être tentant pour les taphonomes d'observer des pics organiques dans de tels spectres IR et de les attribuer à une protéine endogène (Lindgren et al., 2011 Surmik et al., 2016 Lee et al., 2017). Même si de telles liaisons proviennent de protéines, sans déconvolution des pics pour produire des empreintes digitales de structure secondaire protéique (Byler et Susi, 1986), on ne peut pas dire à partir de la seule présence de telles liaisons organiques que la protéine est du collagène, encore moins endogène ou ancienne. Une telle déconvolution pourrait être effectuée sur les données collectées ici à l'avenir.

Malgré le fort traitement de déminéralisation HCl, il apparaît qu'il reste du phosphate dans les échantillons. Il a été démontré expérimentalement et théoriquement que la variation des bandes de phosphate dérivées de l'ATR FTIR de l'os peut être affectée par la teneur en collagène osseux, la symétrie basse fréquence des pics de phosphate étant plus apparente dans les os contenant des quantités inférieures de collagène (Aufort et al. , 2018). L'observation de pics de phosphate plus nets et plus symétriques dans le Centrosaure l'os par rapport à l'os plus jeune pourrait suggérer une teneur relative inférieure en collagène. Cependant, il convient de noter que le modèle décrit dans l'altération du pic de phosphate a été observé à l'aide d'un ATR au diamant, et cette méthode peut entraîner des différences de spectre par rapport à celles obtenues à l'aide de Ge ATR, comme cela a été fait ici, en raison des différents indices de réfraction des cristaux. (Aufort et al., 2016), une telle comparaison peut donc être inappropriée. De plus, il serait conseillé d'obtenir des données ATR FTIR à partir d'échantillons non déminéralisés avant d'essayer d'interpréter les résultats ici, car on ne sait pas comment la déminéralisation de HCl pourrait affecter cette corrélation entre la symétrie du pic de phosphate et la teneur en collagène. Quoi qu'il en soit, il pourrait être utile de discuter de la symétrie dans les pics de phosphate sur tout futur article qui tenterait d'utiliser les données ATR FTIR comme preuve du prétendu collagène mésozoïque. Les travaux futurs sur les spécimens analysés ici devraient également tenter de cartographier ATR FTIR sur des sections polies pour examiner comment les pics sont distribués spatialement, peut-être en combinaison avec la spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS).

Produits de pyrolyse

Les os fossiles de dinosaures présentent une plus grande ressemblance chimique dans leurs chromatogrammes ioniques totaux avec le mudstone qu'avec l'os frais et moderne et semblent quelque peu pauvres en matières organiques par rapport à l'os frais et moderne. Bien que des composés tels que les benzènes soient des produits de pyrolyse de protéines, les principaux produits de pyrolyse détectés dans le Centrosaure les os sont relativement simples et ne sont pas aussi révélateurs d'une teneur élevée en protéines que le seraient les amides (comme dans l'os de poulet étudié ici), les succinimides ou les pipérazines (Saitta et al., 2017b), ou même des produits de pyrolyse moins spécifiques aux protéines tels que les nitriles proéminents détectés dans l'échantillon d'os de poulet. Quoi qu'il en soit, la présence de produits de pyrolyse liés aux protéines n'indique pas que ces protéines sont nécessairement anciennes, endogènes ou collagènes.

Acides aminés

Les acides aminés dans l'os de dinosaure sont dominés par des protéines autres que le collagène et semblent être relativement récents. De faibles concentrations d'acides aminés, de faibles concentrations d'acides aminés D et des profils de composition THAA qui ne correspondent pas au collagène, malgré une teneur élevée en Gly, suggèrent que la majorité de la protéine de collagène endogène a été perdue dans les fossiles de dinosaures. Des changements dans le profil de composition de THAA en raison d'une altération taphonomique et d'une perte préférentielle d'acides aminés moins stables seraient attendus dans des échantillons de cet âge, avec toute protéine endogène restante susceptible d'avoir de faibles niveaux de séquence et une préservation structurelle d'ordre supérieur, avec un impact conséquent sur la préservation des épitopes des anticorps.

Contrairement à l'os du Crétacé supérieur, les dents de requin beaucoup plus jeunes du Pléistocène-Holocène ont des concentrations d'acides aminés relativement élevées dont les profils de composition THAA sont cohérents avec une dominance de collagène. Étant donné que le rinçage à l'éthanol n'a pas modifié le profil de composition THAA des dents de requin, cela suggère que la majorité des produits organiques proviennent de collagène insoluble avec une structure d'ordre supérieur assez bien conservée, plutôt que de peptides hautement fragmentés avec une plus grande mobilité. Cette observation est cohérente avec les résultats de la microscopie optique et du VPSEM, qui ont révélé des masses fibreuses. Les dents de requin ont également une racémisation relativement élevée, ce qui témoigne de l'ancienneté des acides aminés comme on pourrait s'y attendre des protéines endogènes.

Conclusion

Des études antérieures ont souvent rapporté des prétendus tissus mous endogènes dans des os de dinosaures fossiles (Pawlicki et al., 1966 Schweitzer et al., 2005a Schweitzer et al., 2005b Schweitzer et al., 2007a Schweitzer et al., 2007b Schweitzer et al. al., 2008 Schweitzer et al., 2009 Schweitzer et al., 2013 Schweitzer et al., 2014 Schweitzer et al., 2016 Asara et al., 2007 Organ et al., 2008 Schweitzer, 2011 Bertazzo et al., 2015 Cleland et al., 2015 Schroeter et al., 2017). Cependant, ces études n'abordent souvent pas complètement les os fossiles en tant que systèmes ouverts biologiquement actifs. Cela peut être vu dans les observations sur le terrain, dans le parc provincial Dinosaur et ailleurs, où les os fossiles sont fréquemment colonisés par le lichen à la surface ou envahis par la végétation et pénétrés par les racines des plantes dans le sous-sol. Cela oblige les chercheurs à considérer que le biote souterrain (par exemple, les racines des plantes, les champignons, les animaux, les protistes et les bactéries) pourrait contaminer les os. Étant donné que les champignons peuvent produire du collagène (Celerin et al., 1996), la nécessité d'exclure les sources exogènes de matières organiques dans les os fossiles est d'autant plus grande. Même l'os profondément enfoui a le potentiel d'être biologiquement actif, étant donné la forte concentration de micro-organismes dans la roche sédimentaire souterraine continentale (Magnabosco et al., 2018). Les analyses présentées ici sont cohérentes avec l'idée que loin d'être biologiquement mort, l'os fossile soutient une communauté microbienne diversifiée, active et spécialisée. Dans ces conditions, il est nécessaire d'écarter l'hypothèse d'une contamination du sous-sol avant de conclure que les fossiles préservent des matières organiques endogènes géochimiquement instables, comme les protéines.

Nous n'avons détecté aucune preuve de protéines endogènes dans l'os étudié ici et nous n'avons donc pas pu reproduire les allégations de survie des protéines depuis des temps lointains, tels que le Mésozoïque (Pawlicki et al., 1966 Schweitzer et al., 2005a Schweitzer et al., 2007a Schweitzer et al., 2007b Schweitzer et al., 2008 Schweitzer et al., 2009 Schweitzer et al., 2013 Schweitzer et al., 2014 Schweitzer et al., 2016 Asara et al., 2007 Organ et al., 2008 Schweitzer, 2011 Bertazzo et al., 2015 Cleland et al., 2015 Schroeter et al., 2017). En revanche, le matériel récent du Pléistocène et de l'Holocène montre souvent des preuves claires et multiples de collagène ancien endogène. Ceux-ci peuvent être trouvés même lorsque le fossile (dentine/émail dans ce cas) est teinté de noir, indiquant une altération taphonomique, et l'échantillon est trouvé exhumé dans un climat chaud et non traité avec des techniques aseptiques. La détection de signatures organiques spécifiques dans les fossiles (p. En plus des marqueurs fiables de la présence générale de protéines (par exemple, des produits de pyrolyse d'amide, de succinimide ou de pipérazine), des preuves sont nécessaires pour identifier le type de protéine (c'est-à-dire la composition ou la séquence d'acides aminés) ainsi que son origine endogène (par exemple, sa localisation) et son âge. (c'est-à-dire degré de dégradation révélé par la racémisation des acides aminés, les modifications post-traductionnelles telles que la désamidation, ou la longueur du peptide/le degré d'hydrolyse). La dégradation des polypeptides de collagène suit un schéma d'hydrolyse progressive des acides aminés aux extrémités terminales suivie d'une dégradation catastrophique et d'une hydrolyse rapide due à la rupture de la structure quaternaire en triple hélice, rendant les fragments gélatineux résultants susceptibles d'un lessivage rapide de l'os ou d'une dégradation microbienne ( Collins et al., 1995 Collins et al., 2009 Dobberstein et al., 2009). On pourrait donc soupçonner que si le collagène ancien persiste effectivement dans un os fossile, alors une telle préservation fournirait souvent des signatures structurelles et chimiques claires et fortes comme celle des dents de requin du Pléistocène-Holocène. Récemment, il a été suggéré que les techniques qui ne fournissent pas d'informations sur la séquence précise ou la modification post-traductionnelle des peptides, telles que l'analyse des acides aminés Py-GC-MS ou HPLC, sont obsolètes pour les études paléoprotéomiques (Cleland et Schroeter, 2018). Cela peut être le cas lorsque les échantillons sont très jeunes et proviennent d'environnements froids, auquel cas, des analyses de spectrométrie de masse plus précises telles que la chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem pourraient être utilisées dès le début de la recherche avec une confiance élevée que les protéines anciennes sont capables de persister dans l'échantillon. Cependant, nos résultats suggèrent que des techniques telles que Py-GC-MS ou HPLC qui donnent des informations plus générales sur la présence ou l'absence de protéines ou sur la composition générale des acides aminés devraient être considérées comme des approches de première ligne lorsqu'il s'agit d'échantillons d'âge et/ou de maturité thermique significatifs (par ex. Demarchi et al., 2016 Hendy et al., 2018 Cappellini et al., 2018). Traiter l'os du Mésozoïque ayant subi une diagenèse, des basses latitudes et une perminéralisation de manière identique à un os plus récent et moins altéré est déconseillé, et tout travail sur de tels échantillons devrait utiliser ces méthodes fondamentales avant de tenter de séquencer des peptides qui pourraient ne pas être présents, anciens, ou endogène.

L'os fossile a des concentrations assez élevées de substances organiques récentes (par exemple, les acides aminés L, l'ADN et le C organique mort non radiocarbone), même lorsqu'ils sont enterrés et souvent par rapport à l'environnement immédiat. L'os fossile fournit probablement un habitat microbien à système ouvert idéal et riche en nutriments (par exemple, phosphate, fer) à l'intérieur des canaux vasculaires capables de retenir l'humidité. L'absence de preuves de protéines endogènes et la présence d'une communauté microbienne diversifiée incitent à la prudence concernant les allégations concernant les tissus mous des os de dinosaures. Les microbes peuvent coloniser les os lorsqu'ils sont enterrés, voyageant probablement via les eaux souterraines. Par conséquent, il n'est pas surprenant que la prévalence de ces tissus mous ne soit pas corrélée à la profondeur de la surcharge au-dessus du tissu osseux fossile ou cortical par rapport au tissu osseux spongieux (Ullmann et al., 2019). Au contraire, la distance minimale de la surface est probablement importante et les microbes colonisent probablement facilement une variété de types de tissus osseux puisque les deux se comportent vraisemblablement comme des systèmes ouverts. Nos résultats soutiennent l'hypothèse qu'au moins certaines structures de tissus mous dérivées d'os fossiles déminéralisés représentent des biofilms. Nous suggérons que, sauf sous une forme inaccessible (par exemple, kérogène, en fonction de la capacité métabolique microbienne) ou une matrice (par exemple, une concrétion bien cimentée), les matières organiques endogènes des dinosaures qui survivent aux processus taphonomiques antérieurs (par exemple la diagenèse) peuvent être soumises à un recyclage métabolique microbien ultérieur.

L'étude des matières organiques fossiles doit tenir compte de la présence microbienne potentielle tout au long de l'histoire taphonomique d'un spécimen, du début à la fin. Les communautés microbiennes interagissent avec les fossiles immédiatement après la mort et après l'enterrement, mais avant la diagenèse. Les microbes sont connus pour utiliser les protéines des os et des dents (Child et al., 1993) et des preuves fossiles d'une colonisation fongique précoce ont même été détectées (Owocki et al., 2016). Une colonisation microbienne plus récente de l'os fossile se produira à mesure qu'il s'approche de la surface pendant le soulèvement et l'érosion dans les derniers stades du processus taphonomique. De plus, étant donné que les microbes peuvent habiter la croûte à des kilomètres sous la surface (Magnabosco et al., 2018), on pourrait prédire que l'os reste un habitat biologiquement actif même lorsqu'il est enfoui à des centaines de mètres de profondeur pendant des millions d'années. Le potentiel considérable de contamination microbienne et de consommation métabolique rend la vérification des allégations de protéines osseuses mésozoïques extrêmement difficile.


Tirer les dents de l'histoire

La biologie moléculaire a apporté des contributions considérables à l'étude de l'histoire humaine depuis les premiers jours de notre espèce, lorsque nos ancêtres ont commencé à marcher dans la savane, jusqu'à l'aube de la civilisation et l'histoire plus récente de l'humanité. L'analyse de l'ADN mitochondrial contemporain, par exemple, nous a dit que Homo sapiens apparu pour la première fois en Afrique, le séquençage du génome de Néandertal a révélé que Homo sapiens et Homo neanderthalensis vivaient ensemble et se sont croisés avant que ce dernier ne disparaisse l'année dernière, l'analyse de l'ADN extrait d'un squelette trouvé sous un parking à Leicester, au Royaume-Uni, a montré qu'il s'agissait de la dépouille du roi Richard III.

Bien que l'avènement du séquençage de nouvelle génération et les progrès de la bioinformatique aient stimulé la recherche utilisant l'ADN ancien, un obstacle majeur a toujours été la quantité et la qualité de l'ADN lui-même : les molécules d'ADN se dégradent rapidement au fil du temps en fragments plus petits, et la contamination microbienne le rend difficile. pour identifier des fragments humains dans un échantillon. Curieusement, les dents se sont avérées être une excellente source d'ADN ancien de haute qualité, donnant un aperçu de l'évolution de l'alimentation humaine, des maladies et de l'immunité depuis le début de l'agriculture il y a environ 10 000 ans. Le tartre dentaire a été la source la plus complète de données de séquences historiques, en particulier pour sonder les populations de microbiome buccal. Dans le même temps, la pulpe dentaire - le tissu conjonctif au centre des dents - a été une source importante d'informations sur les maladies anciennes.

L'archéologue Keith Dobney, de l'Université d'Aberdeen au Royaume-Uni, et ses collègues ont d'abord identifié le potentiel du tartre dentaire comme source d'informations sur les régimes alimentaires antérieurs et les populations microbiennes bien avant l'avènement des anciennes études d'ADN 1 . Aujourd'hui, près de 30 ans plus tard, Dobney fait partie des pionniers de la révolution de l'analyse de l'ADN ancien. « Il semble que le tartre dentaire soit fantastiquement bien conservé et qu'il soit unique », a-t-il déclaré. "Malheureusement, il ne pousse que dans les dents, ce qui signifie que vous regardez des choses dans les voies respiratoires et l'environnement buccal".

… les dents se sont avérées être une excellente source d'ADN ancien de haute qualité, donnant un aperçu de l'évolution de l'alimentation humaine, des maladies et de l'immunité depuis le début de l'agriculture…

L'origine du tartre dentaire est la plaque qui se forme lorsque les bactéries s'accumulent sous forme de biofilms à la surface des dents. Ce biofilm se minéralise ensuite en présence d'ions calcium et phosphate dans la salive, préservant non seulement les microbes mais aussi les débris de la nourriture et de la respiration, y compris l'ADN et les protéines des molécules immunitaires de l'hôte. L'ensemble s'enchevêtre dans cette matrice minérale et est protégé d'une contamination ultérieure ou d'une invasion par des micro-organismes exogènes. Le tartre dentaire peut être daté avec une grande précision et il comprend un grand nombre de biomolécules provenant de virus, de micro-organismes et de l'hôte humain, ce qui permet d'étudier simultanément l'activité des agents pathogènes, l'immunité de l'hôte et le régime alimentaire. Il permet ainsi aux archéologues d'étudier comment des changements majeurs dans l'alimentation ou l'environnement humain - comme l'avènement de l'agriculture ou la révolution verte et l'agroalimentaire au cours du XXe siècle - ont un impact sur le microbiome buccal et donc sur la santé humaine.

L'une des principales découvertes à ce jour, rapportée par Dobney et ses collaborateurs, a été la confirmation que l'introduction de l'agriculture a eu un impact énorme sur le microbiome buccal 2 . "Il est assez clair qu'il existe ce microbiome humain conservé qui change massivement au moment où nous commençons à cultiver", a déclaré Dobney. L'effet était de diminuer la diversité des espèces et des souches bactériennes dans la bouche, coïncidant avec des changements importants dans la santé humaine. L'agriculture a permis de densifier les populations et donc l'émergence de la civilisation moderne, en libérant la main-d'œuvre de la recherche ou de la préparation de nourriture. Mais des densités de population plus élevées, combinées à la proximité des animaux d'élevage et domestiques, ont également conduit à l'émergence de maladies telles que la rougeole et la variole.

Le terrain pour des recherches plus approfondies a été ouvert par un article fondateur de Christina Warinner et ses collègues, qui est allé plus loin dans l'extraction des informations génomiques des agents pathogènes conservés dans le tartre dentaire et décrit des avancées significatives dans la gestion de la dégradation de l'ADN 3 . Warinner et ses co-auteurs ont montré que l'ADN et les protéines anciens pouvaient être récupérés du tartre dentaire avec une quantité et une fidélité sans précédent, par rapport à d'autres sources.« La quantité d'ADN préservée dans le tartre dentaire était assez surprenante, des ordres de grandeur plus importants que ceux provenant de l'os ou de la dentine du même individu », a déclaré Warinner, qui est un affilié de recherche du groupe de recherche moléculaire au Centre de recherche de l'Université de Zurich. Médecine évolutive et membre du groupe de recherche sur le microbiome de l'Université d'Oklahoma, aux États-Unis. « Un autre grand bonus inattendu était l'étendue des données protéomiques relatives aux types de cellules humaines. Nous ne nous attendions pas à avoir une résolution si élevée que nous puissions non seulement identifier une large gamme de protéines humaines, mais même identifier les types de cellules humaines spécifiques qui avaient été impliquées dans la réponse immunitaire ». Cela était dû en partie à la qualité des échantillons conservés dans la plaque dentaire, mais aussi au résultat des progrès des outils et des algorithmes bioinformatiques pour aider à l'analyse des données. Dans les cas où aucun outil logiciel n'était disponible pour l'analyse requise, l'équipe a développé le sien.

La quantité d'ADN préservée dans le tartre dentaire était une surprise, des ordres de grandeur plus que de l'os ou de la dentine du même individu.

L'un des défis majeurs consiste à déterminer ce que l'on appelle le biais de dégradation. La détérioration des acides nucléiques signifie que les séquences d'ADN récupérées du tartre dentaire sont de plus en plus fragmentées et nécessitent des algorithmes sophistiqués pour être reconstruites. Le problème est que les taux de détérioration diffèrent entre les différentes espèces du microbiome, ce qui peut entraîner un biais lors de l'estimation des quantités relatives. "Les estimations de la diversité, par exemple, sont très sensibles à l'altération lorsque les microbiomes se dégradent et accumulent des lésions de codage erroné ou deviennent simplement trop fragmentés pour amplifier la communauté microbienne sans biais ni biais", a expliqué Warinner. « Nous travaillons actuellement sur des méthodes supplémentaires pour identifier les biais de détérioration dans des échantillons de microbiome anciens ».

Une question importante sera la relation entre la diversité du microbiome buccal et la santé humaine, en particulier ces derniers temps, car elle est clairement pertinente pour les maladies d'aujourd'hui. "La révolution industrielle a donné une nouvelle impulsion dans le sens d'une diminution de la diversité dans notre microbiome oral et en regardant nos échantillons occidentaux modernes, cela s'aggrave probablement encore aujourd'hui", a déclaré Dobney. Il a poursuivi en spéculant que cela pourrait contribuer à un certain nombre de maladies qui sont devenues plus répandues dans les pays développés, en particulier le diabète de type 2 et d'autres troubles métaboliques ou inflammatoires, bien qu'il ait averti que des recherches supplémentaires étaient nécessaires pour établir ce lien.

Une question importante sera la relation entre la diversité du microbiome buccal et la santé humaine, en particulier ces derniers temps, car elle est clairement pertinente pour les maladies d'aujourd'hui.

Warinner a fait remarquer que la signification du terme pathogène dans le contexte du microbiome buccal a également évolué. "En ce qui concerne le microbiome dans son ensemble, le mot 'dysbiose' est plus couramment appliqué", a-t-elle déclaré. « On pense que les microbiomes évoluent généralement en symbiose mutualiste avec leurs hôtes, mais des changements drastiques de comportement ou de régime alimentaire peuvent provoquer des déséquilibres microbiens et initier un état de dysbiose, ou dys-symbiose. Ceci est généralement décrit comme un état de déséquilibre microbien dans lequel la relation autrefois mutualiste entre les microbes et l'hôte est devenue nocive. Les caries dentaires et la parodontite (maladie des gencives) ont été décrites comme des maladies de la dysbiose buccale ».

Bien que des événements tels que l'introduction de l'agriculture laissent une signature claire sur le microbiome buccal, les facteurs occasionnels spécifiques doivent être déterminés. "L'hypothèse classique était qu'une augmentation des glucides, c'est-à-dire du blé, de l'orge ou du riz, avait un impact sur le microbiome, mais en réalité, il existe de nombreuses hypothèses alternatives", a commenté Laura Weyrich, associée de recherche postdoctorale à l'Australian Center for Ancient. DNA, Université d'Adélaïde, qui a collaboré avec Dobney et d'autres sur l'analyse du tartre dentaire. « Par exemple, les agriculteurs européens pourraient être des individus qui ont migré d'une autre partie du monde et ont apporté avec eux un microbiome étranger. L'introduction de lait aurait pu changer le microbiome, ou simplement l'hygiène et l'exposition à de nombreux autres individus et maladies auraient pu avoir un impact drastique sur le microbiome. Il y a eu beaucoup de changements culturels pendant la révolution néolithique (agricole) que nous devons garder à l'esprit. Des choses comme la densité de population, les maladies et les pratiques culturelles auraient également pu facilement avoir un impact sur le microbiome ».

L'agriculture n'est pas arrivée en un seul événement, mais à des moments différents et de différentes manières avec une gamme de résultats alimentaires. Dans de nombreux cas, l'agriculture et la cueillette ont coexisté, soulevant la question de savoir si ce chevauchement lui-même pouvait être détecté dans l'ADN bactérien du tartre dentaire. "Nous pensons avoir des preuves de cela dans certains de nos anciens spécimens de calcul", a déclaré Weyrich. « Nous avons un chasseur-cueilleur qui vit presque en même temps que les premiers agriculteurs du néolithique en Europe, et nous voyons que cet individu est porteur de micro-organismes provenant à la fois des agriculteurs et des chasseurs-cueilleurs. Qu'il s'agisse ou non d'un régime alimentaire ou simplement d'une exposition à deux groupes humains différents, nous ne le savons pas encore ».

Le tartre dentaire a peut-être émergé comme la meilleure source de biomolécules anciennes, mais d'autres sources sont également importantes, car il existe de grandes variations dans les populations microbiennes dans tout le corps, même d'un petit animal. "Même dans notre propre bouche, les communautés bactériennes à la surface de la langue sont distinctes de celles sur le toit de notre bouche, malgré le fait que les deux surfaces sont en contact direct plusieurs milliers de fois par jour", a noté Warinner.

La dent, que ce soit via la plaque ou la pulpe dentaire, a également été la source de données de séquence d'ADN pour enquêter sur les maladies passées, car l'ADN reste protégé contre la contamination et l'invasion de sources exogènes. La pulpe a été la principale source d'analyse d'informations spécifiques sur l'ADN bactérien, car les agents pathogènes sont beaucoup plus répandus dans le sang que dans la bouche. L'une des premières enquêtes concernait la peste justianique (vers 541-542 ap. J.-C.), une pandémie causée par Yersinia pestis qui a affligé l'Empire romain d'Orient, en particulier sa capitale, Constantinople (aujourd'hui Istanbul), l'Empire sassanide et les villes portuaires méditerranéennes. On estime que la peste a tué 30 à 50 millions de personnes en Europe et en Asie. Yersinia pestis provoque à la fois la peste bubonique et la peste pneumatique plus virulente, la différence étant que la première est localisée dans le système lymphatique, tandis que la seconde affecte le système respiratoire et se propage plus rapidement par les gouttelettes en suspension dans l'air.

L'étude la plus récente impliquant une équipe multidisciplinaire d'institutions en Allemagne, aux États-Unis, au Canada et en Australie a révélé que la peste justinienne, comme la peste noire qui a balayé l'Europe au milieu du XIVe siècle, impliquait la forme pneumonique la plus mortelle de la peste. , mais a été causée par une souche différente du pathogène 4 . L'analyse a été effectuée sur des fragments d'ADN extraits de la pulpe dentaire de deux victimes de la peste de Justinien, retrouvés enterrés dans une tombe d'un petit cimetière de la ville allemande d'Aschheim. L'équipe de recherche pense que les victimes sont décédées dans les derniers stades de l'épidémie lorsqu'elle avait atteint le sud de la Bavière, probablement entre 541 et 543 après JC.

L'analyse ADN elle-même n'indique pas si les deux victimes souffraient de peste pulmonaire plutôt que bubonique, puisque l'agent pathogène est le même, mais la source de l'ADN, la pulpe dentaire, indique quelle version de la peste les victimes avaient, selon Holger Scholz, chercheur principal à l'Institut de microbiologie de la Bundeswehr à Munich et l'un des auteurs de l'étude. "La peste bubonique est une infection locale, causée par la piqûre d'une puce infectée, qui entraîne une hypertrophie des ganglions lymphatiques (bubons), en particulier au niveau des aisselles et de l'aine", a-t-il déclaré. « Puisque nous avons isolé l'ADN de la pulpe dentaire, il devait s'agir d'une infection septicémique (infection généralisée). Ce n'est qu'en cas d'infection septicémique que l'on Y. pestis dans la circulation sanguine. Il doit donc s'agir d'une peste pulmonaire, soit une peste pulmonaire primaire, soit une infection secondaire à infection généralisée ». La peste pulmonaire primaire survient lorsque les poumons sont directement touchés, tandis que la peste secondaire est lorsque l'agent pathogène envahit d'abord le sang pour devenir systémique et atteint ensuite le système respiratoire. L'étude a également résolu d'autres questions sur la peste justianique, par exemple si elle est originaire d'Afrique ou d'Asie. «Nous avons conclu que la peste justianique, comme la peste noire et la troisième pandémie, provenait d'Asie parce que tous Y. pestis les souches analysées jusqu'à présent autour de la position de la souche Justianic provenaient d'Asie », a expliqué Scholz.

Pendant ce temps, plus de lumière a été jetée sur la peste noire (ca. 1346-1353), la deuxième Y. pestis pandémie, à la suite du projet Crossrail de Londres visant à construire une liaison ferroviaire souterraine à grande vitesse sous la ville. Lors de fouilles au début de 2013, 23 squelettes qui semblaient tous être victimes de la peste noire ont été découverts à 2,5 mètres sous la route qui entoure les jardins de Charterhouse Square à Londres. La profondeur des sépultures et la datation des poteries environnantes indiquaient que ces victimes étaient décédées vers 1348, plutôt que lors de l'épidémie ultérieure à partir de 1361. «Ces restes humains sont les premiers à être exhumés de ce cimetière et non des sépultures associées au développement ultérieur de Chartreuse. sur le site après 1370 après JC », a déclaré Lucy Whittingham, responsable post-excavation au Museum of London. "Ainsi, c'était une opportunité passionnante d'enquêter sur l'ADN ancien et d'établir s'il pouvait être trouvé dans ces squelettes et était lié à la peste noire et à son homologue européen". Whittingham a ajouté que le musée travaillait toujours sur les premiers résultats pour publication. "Les résultats à ce jour indiquent qu'il y a quatre échantillons qui sont positifs pour la présence de Y. pestis. Il s'agit de quatre individus différents, dont l'un est certainement de la première phase de l'excavation et probablement de l'épidémie de plaque de 1348 ».

Une autre étude importante a été menée à l'Université de Tübingen en Allemagne avec un accent particulier sur l'héritage des anciens Y. pestis pandémies sur les populations modernes de cette bactérie 5 . À mesure que de plus en plus de données sur les populations contemporaines ont émergé, l'équipe a fait des progrès significatifs dans l'exploration de l'évolution de la bactérie. « Plus tard en 2012, après la publication de mon article, plus de 100 génomes de pestis modernes ont été rendus publics, et un autre ancien a été publié plus tôt cette année », a déclaré Kirsten Bos, la première auteure de l'étude de Tübingen. « Nous travaillons maintenant à réanalyser nos données dans le contexte de ces nouvelles souches ».

Une question que poursuit Bos est de savoir pourquoi les épidémies de peste se sont arrêtées il y a environ 260 ans, même si les souches anciennes identifiées jusqu'à présent chez les victimes de la peste sont génétiquement très similaires aux souches actuelles. « Les épidémies de peste semblent s'être produites à une fréquence régulière en Europe à partir d'au moins 540 après J. « L'une des raisons possibles est que des événements de sélection successifs se sont produits dans les gènes de l'immunité humaine. En d'autres termes, l'agent pathogène a très peu changé, mais les humains se sont adaptés pour mieux gérer Y. pestis infections. Nous pouvons donc rechercher des changements dans les fréquences alléliques au fil du temps dans le génome humain pour étudier la coévolution hôte-pathogène ». L'arrêt brutal des épidémies pourrait également s'expliquer par des changements chez les rongeurs qui sont d'importants vecteurs de la maladie chez l'homme. « À cet égard, les raisons des différences dans les taux d'infections de peste au fil du temps peuvent avoir plus à voir avec la dynamique des espèces vectrices par opposition aux humains eux-mêmes », a déclaré Bos. « Les recherches futures permettront de répondre à bon nombre des questions en suspens ».

Les maladies anciennes nous donnent des informations sur les variations naturelles qui peuvent survenir chez les agents pathogènes et sur leur évolution.

Les réponses pourraient, comme dans le cas de l'analyse de la plaque dentaire, avoir de réelles applications contemporaines. "Les maladies anciennes nous donnent des informations sur les variations naturelles qui peuvent survenir chez les agents pathogènes et sur leur évolution", a déclaré Bos. "Savoir comment ils changent et quelles formes ont contribué aux pandémies passées sera précieux en termes de gestion et de dépistage modernes des maladies". En plus d'élucider l'histoire des maladies infectieuses plus en détail, il existe un grand potentiel thérapeutique grâce à l'exploitation des connaissances sur l'évolution des relations entre l'alimentation, le microbiome humain, le système immunitaire et la maladie.


Informations sur l'auteur

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Anna Jarzab, Nils Kurzawa, Thomas Hopf.

Affiliations

Chaire de protéomique et bioanalytique, Université technique de Munich, Freising, Allemagne

Anna Jarzab, Jana Zecha, Yangyang Bian, Charlotte Daly, Patroklos Samaras, Julia Mergner, Mathias Wilhelm et Bernhard Kuster

Unité de biologie du génome, EMBL, Heidelberg, Allemagne

Nils Kurzawa, Isabelle Becher & Mikhail M. Savitski

Faculté des Biosciences, EMBL et Université de Heidelberg, Heidelberg, Allemagne

OmicScouts GmbH, Freising, Allemagne

Thomas Hopf, Melanie Maschberger, Gabriele Stoehr et Hannes Hahne

Département de microbiologie, Université technique de Munich, Freising, Allemagne

Matthias Moerch, Angel Angelov et Wolfgang Liebl

Spectrométrie de masse biomoléculaire et protéomique, Centre Bijvoet pour la recherche biomoléculaire et Institut des sciences pharmaceutiques d'Utrecht, Université d'Utrecht, Utrecht, Pays-Bas

Niels Leijten & Simone Lemeer

Unité de Nutrition Moléculaire, Université Technique de Munich, Freising, Allemagne

Eva Musiol & Martin Klingenspor

Chaire de physiologie nutritionnelle, Université technique de Munich, Freising, Allemagne

Cellzome, Heidelberg, Allemagne

Thilo Werner et Marcus Bantscheff

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Contributions

UN J. des expériences planifiées et réalisées, contribué à l'analyse des données, à l'interprétation et à la rédaction de manuscrits. N.K. contribué à l'analyse des données, à l'interprétation et à la rédaction du manuscrit, a écrit l'application brillante. E. contribué à l'analyse des données, à l'interprétation et à la rédaction du manuscrit. M. Moerch a contribué à la planification et à la réalisation des expériences. J.Z. expériences réalisées et analysées. N.L. effectué des expériences. Y.B. contribué à l'acquisition des données. E.M. et M. Maschberger ont effectué des expériences. G.S. a contribué à l'acquisition des données. I.B. et C.D. effectué des expériences. P.S. contribué à la construction du référentiel de données ProteomicsDB. J.M. a effectué des expériences. B.S. effectué des expériences. AA contribué à l'analyse et à l'interprétation des données. T.W. effectué des expériences. M.B. contribué à l'analyse et à l'interprétation des données. M.W. a contribué à la construction du référentiel de données ProteomicsDB. M.K. contribué à l'analyse et à l'interprétation des données. S.L. contribué à l'analyse et à l'interprétation des données. W.L. contribué à l'analyse et à l'interprétation des données. H.H. a conçu l'idée, supervisé les études, contribué à l'interprétation des données et à la rédaction du manuscrit. M.M.S. conçu l'idée, supervisé les études et contribué à l'interprétation des données et à la rédaction du manuscrit. B.K. conçu l'idée, supervisé les études et contribué à l'interprétation des données et à la rédaction du manuscrit.

Auteurs correspondants



Commentaires:

  1. Dailrajas

    Je félicite, quels mots nécessaires ..., l'idée remarquable



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