Comment l’ADN se préserve-t-il dans les sédiments de sites archéologiques des milliers d’années durant

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Une nouvelle étude montre que d’anciennes molécules d’ADN humain et animal peuvent demeurer localement stables dans les sédiments, préservées dans des fragments microscopiques d’os et de matières fécales pendant des dizaines de milliers d’années.

Échantillonnage d’un bloc intact de sédiment imprégné pour des analyses d’ADN ancien. © MPI f. Anthropologie évolutive.

Les sédiments dans lesquels sont préservées les découvertes archéologiques ont longtemps été considérés par la plupart des archéologues comme des sous-produits de fouilles sans grande valeur. Cependant, ces dernières années, il a été démontré que d’anciennes biomolécules, telles que l’ADN pouvaient être préservées pendant plusieurs milliers d’années dans les sédiments. “L’extraction d’ADN humain et faunique ancien à partir de sédiments offre de nouvelles opportunités pour étudier la distribution géographique et temporelle des humains et d’autres organismes du passé sur des sites où leurs restes squelettiques sont rares ou absents”, déclare Matthias Meyer, auteur de l’étude et chercheur à l’Institut Max Planck d’anthropologie évolutive de Leipzig.

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Pour étudier l’origine de l’ADN dans les sédiments, les chercheurs de l’institut Max Planck d’anthropologie évolutive à Leipzig se sont associés à un groupe international de géoarchéologues – archéologues qui appliquent des techniques géologiques pour reconstruire la formation des sites – afin d’étudier la préservation de l’ADN dans les sédiments à l’échelle microscopique. Ils ont utilisé des blocs de sédiments non perturbés qui ont été retirés de sites archéologiques et indurés après avoir été trempés dans de la résine synthétique semblable à du plastique (polyester). Les blocs durcis ont été emmenés au laboratoire et sciés en plaques pour observation microscopique et pour analyse génétique.

Les chercheurs ont réussi à extraire de l’ADN à partir de blocs de sédiments préparés au cours des 40 dernières années provenant de sites en Afrique, en Asie, en Europe et en Amérique du Nord. “Le fait que l’on puisse extraire de l’ADN ancien de blocs de sédiments – y compris d’ADN ancien humain – malgré souvent des décennies de stockage dans du plastique, donne accès à un vaste référentiel inexploité d’informations génétiques. Cela ouvre une nouvelle ère d’études qui revisiteront les échantillons stockés dans les laboratoires et permettront l’analyse de sites qui ont depuis longtemps été remblayés. C’est particulièrement pratique compte tenu des restrictions de voyage et l’inaccessibilité des sites en période de pandémie”, dit Mike Morley de l’Université Flinders en Australie qui a effectué certaines des analyses géoarchéologiques.

Surface d’une section de bloc intact de sédiments imprégnés de la grotte Denisova. © Mike Morley.

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Les auteurs ont analysé des blocs de sédiments de la grotte de Denisova, un site situé dans les montagnes de l’Altaï en Sibérie, où l’ADN ancien de Néandertaliens, de Dénisoviens et d’Hommes modernes a été mis en évidence. Ils ont montré que les petites particules organiques incluses dans la matrice sédimentaire contenaient plus d’ADN ancien que la matrice sédimentaire elle-même. “Cela montre clairement que l’ADN ancien de mammifères dans les sédiments de la grotte Denisova provient de l’abondance de particules microscopiques d’os et de matière fécale incluses dans la matrice sédimentaire plutôt que de la libération dans le milieu extracellulaire d’ADN à partir de fluides corporels ou de tissus cellulaires en décomposition”, explique Vera Aldeias, co-auteur de l’étude et chercheuse à l’Université d’Algarve au Portugal. “Cette étude est un grand pas en avant pour comprendre les conditions de préservation de l’ADN ancien dans les sédiments”, déclare Morley.

La technique décrite dans l’étude permet un échantillonnage localisé de sédiments à l’échelle microscopique pour les analyses d’ADN et montre que certaines caractéristiques physico-chimiques des sédiments sont plus propices à la préservation de l’ADN ancien. “L’extraction d’ADN à partir de micro-contexte archéologique nous permet d’étudier les possibilités de mouvements physiques des molécules d’ADN entre différents dépôts sédimentaires”, explique Susan Mentzer, chercheuse au Centre Senckenberg pour l’évolution humaine et le paléoenvironnement (Allemagne).

Diyendo Massilani, l’auteur principal de l’étude, a pu extraire des quantités considérables d’ADN de Néandertaliens à partir de seulement quelques milligrammes de sédiments. Il a pu identifier le sexe des individus qui ont laissé cet ADN derrière eux, et a montré qu’ils appartenaient à une population apparentée à un Néandertalien dont le génome a été préalablement reconstruit à partir d’un fragment d’os découvert dans la grotte. “L’ADN Néandertalien dans ces petits échantillons de sédiments solidifiés dans du plastique était beaucoup plus concentré que ce que nous extrayons généralement à partir de sédiments meubles”, dit-il. “Avec cette technique, il deviendra possible d’analyser l’ADN ancien humain de nombreux individus à partir d’un petit cube de sédiment solidifié. Il est amusant de penser que tout cela est possible parce qu’ils ont probablement utilisé la grotte comme toilettes il y a des dizaines de milliers d’années”.

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“Microstratigraphic preservation of ancient faunal and hominin DNA in Pleistocene cave sediments” 27 December 2021, Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.2113666118.

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