Vivre dans des conditions extrêmes

[par Thomas Vaes]

Le temps que tu lises cette phrase, à peu près dix enfants viennent de naître. Il y a 4,41 naissances dans le monde chaque seconde et nous sommes approximativement 7 milliards d’individus sur Terre. Notre espèce a réussi à coloniser presque chaque recoin de la planète et ce n’est pas par hasard. Depuis Darwin et sa théorie sur l’origine des espèces, on sait que les êtres vivants s’adaptent pour survivre et se multiplier. Dans cet article, nous n’allons pas remonter le temps pour parler de nos ancêtres hominidés mais nous allons nous pencher sur le résultat actuel de ces évolutions (quelles soient biologiques ou culturelles) : nous allons nous intéresser à trois exemples d’adaptation humaine, celle de populations vivants dans des milieux extrêmes.

 

Vivre en haute altitude : les Tibétains

 

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On estime que, dans le monde, quelque 140 millions de personnes vivent au-dessus de 2 500 m d’altitude dont 1,7 million au Tibet. C’est justement des Tibétains dont on va parler.

Les Tibétains ont acquis une capacité unique à survivre à de très hautes altitudes. Alors que la plupart des humains souffriraient de sérieux problèmes de santé, eux se développement bien dans les régions les plus élevées du globe (l’Himalaya, l’Everest, tout ça, tu connais).

Pourquoi c’est si impressionnant ?

Si les plus hautes chaînes montagneuses du monde sont considérées comme inhabitables, c’est pour une bonne raison : l’environnement de haute altitude a des caractéristiques particulières. Par exemple : l’augmentation du rayonnement solaire, de plus grandes variations de température dans la journée, l’aridité et la faible concentration d’oxygène.

L’oxygène est présent dans l’atmosphère de manière inversement proportionnelle à l’altitude (à cause de la baisse de pression barométrique). En clair, plus on monte, moins il y a d’oxygène. On estime qu’à 4 000 mètres, chaque bouffée d’air que tu respires contient 40% d’oxygène en moins qu’une bouffée d’air prise au niveau de la mer.

Du coup, lorsque des gens non habitués à l’altitude vont en montagne, ils souffrent du mal aigu des montagnes. Il s’agit d’un syndrome de manque d’oxygène qui inclut fatigue, étourdissements, essoufflement, maux de tête, gelures, cyanose (bleuissement des doigts et lèvres), vasodilatation (dilatation des veines), etc. Pendant plusieurs jours, même lorsque le corps est au repos, les personnes atteintes du mal aigu des montagnes respirent trop vite et consomment trop d’énergie. Dans les cas les plus graves, cela peut déboucher sur des effets tels que l’œdème pulmonaire (accumulation d’eau dans les poumons) et l’œdème cérébral (gonflement du cerveau). Cela en fait l’une des causes principales de décès chez les alpinistes.

Chez les femmes enceintes, la grossesse peut être affectée et déboucher sur des accouchements prématurés, des bébés de faible masse (et non pas poids comme tout le monde fait l’erreur) et souvent des complications de la grossesse.

Là où les Tibétains sont balèzes…

En 2014, une étude a permis d’affirmer que les Tibétains possèdent un gène nommé EPAS1 facilitant l’adaptation à l’altitude. Grâce à ce gène, leur niveau d’hémoglobine (la protéine responsable du transport de l’oxygène dans le sang) est très faible (en moyenne, 3,6 g/dl de moins par rapport aux autres humains). Paradoxalement, à chaque respiration, les Tibétains inhalent plus d’air et respirent plus rapidement que les populations vivant en plus basse altitude. Les Tibétains ont ainsi une meilleure oxygénation à la naissance, une plus grande capacité pulmonaire et une augmentation de la circulation sanguine cérébrale. Ils peuvent donc inhaler de plus grandes quantités d’air pour compenser les faibles taux d’oxygène.

Leur niveau de monoxyde d’azote (NO) dans le sang est pratiquement le double de celui des habitants des plaines. Cela contribue probablement à la dilatation de leurs vaisseaux sanguins pour améliorer la circulation sanguine.

L’un des autres effets est le retard de la croissance intra-utérine. Néanmoins, les femmes des populations de haute altitude ne souffrent pas de ce problème. Au contraire, elles donnent même naissance à des enfants plus lourds que les femmes vivant à plus basse altitude.

Les bébés tibétains ont, à la naissance, une masse (toujours pas le poids, tu suis ?) plus élevé que dans la population chinoise environnante (en moyenne 470 g). De plus, leur taux d’oxygène dans le sang est beaucoup plus élevé.

Là où c’est incroyable…

Comparée à la population de basse altitude, les populations de haute altitude ont subi d’importants changements physiologiques et génétiques principalement dans les systèmes respiratoire et circulatoire. Cette adaptation à la haute altitude est reconnue comme un exemple de la sélection naturelle. Mieux encore : puisque qu’elle est datée de moins de 3 000 ans, elle est considérée comme l’évolution humaine la plus rapide.

Voir aussi : http://acces.ens-lyon.fr/evolution/evolution/accompagnement-pedagogique/accompagnement-au-lycee/terminale-2012/un-regard-sur-levolution-de-lhomme/evolution-dans-la-lignee-humaine/quelques-aspects-genetiques-de-levolution-des-populations-humaines-homo-sapiens-sapiens/la-contribution-des-autres-homo-aux-caracteristiques-biologiques-des-populations-d2019homo-sapiens/texte-initial-provisoire-de-jc

 

Un régime alimentaire spécifique : les Inuits

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Les Inuits, tu les connais, on les appelle aussi Esquimaux (mais c’est un terme péjoratif alors on l’évite). Ils forment un groupe de peuples autochtones vivant dans les régions polaires de l’Amérique du Nord (Groenland, Canada et États-Unis).

Les Inuits se sont adaptés à des conditions extrêmes : rigueur des hivers, variations de la luminosité, végétation rare, précipitations faibles et sources d’énergie aléatoires. On connaît bien leurs stratégies pour lutter contre le froid. On peut notamment citer les vêtements chauds et les abris « super-isolés » (oui l’igloo est fait de glace mais il isole super bien). À cause du froid, les activités nécessaires à la survie demandent un grand apport d’énergie.

Alors qu’est-ce qu’ils mangent ?

 Bon, il faut l’avouer, les régions polaires, ce n’est pas l’endroit idéal pour cultiver un potager.

De nos jours, même si la plupart des Inuits sont devenus sédentaires, historiquement, ils étaient un peuple de chasseurs nomades. Une grande partie vit encore de la chasse et de la pêche.

 La cuisine inuite traditionnelle est composée d’aliments crus (ce qui leur a valut le surnom d’Esquimaux, « mangeur de viande crue ») provenant de la pêche et de la chasse.

 Le repas traditionnel est le plus souvent riche en animaux aquatiques (poissons, crustacés ou mammifères marins). Néanmoins, chez les Sâmes (ou Lapons) du nord de la Norvège, c’est le renne qui est à la base des repas traditionnels.

Et la vitamine C alors ?

Si on te dit de manger cinq fruits et légumes par jours, ce n’est pas pour rien, c’est notamment pour faire le plein de vitamine C. Seulement, comment faire le plein de vitamine C dans ce type d’environnement ?

La vitamine C est obtenue l’hiver dans la graisse de baleine et dans le cristallin des mammifères marins (donné surtout aux petits enfants, miam 😀 ) et l’été dans des baies (airelles, myrtilles…) ou autres herbes (comme des jeunes pousses de fougères). Pour les autres vitamines (D, A, B9, B12) et les minéraux, ceux-ci sont stockés dans le foie des animaux chassés.

Effet sur l’organisme

On remarque donc deux choses dans ce type de régime : la première est l’absence totale de glucides (sauf un peu durant l’été). En temps normal, le manque de glucides entraîne fatigue et carences en vitamines et minéraux. Néanmoins, ce manque est compensé par la consommation de graisses animales, un aliment riche en lipides.

La seconde est une importante consommation de protéines et d’acides gras oméga 3 (tirées des poissons et mammifères marins). Ces quantités sont plus importantes que dans d’autres viandes.

Les Inuits qui se nourrissent principalement d’animaux terrestres et marins ont une très bonne santé. Ce régime de viande et de poisson, pauvre en graisse mais riche en acides gras polyinsaturés, combiné avec une forte dépense d’énergie, est un facteur de protection vis-à-vis de certaines maladies. Le repas traditionnel inuit semble ainsi protéger contre les maladies cardiovasculaires et coronariennes (car moins de lipides dans le sang), le diabète de type 2, et certaines maladies chroniques généralement dues au diabète et à l’obésité. Il contient de haut taux de sélénium, qui protégerait contre certains cancers et diminuerait la mortalité par maladies coronariennes.

 

La société et la génétique : les Papous

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L’arrivée de l’homme en Nouvelle-Guinée date au moins d’il y a 45 000 ans (voire plus). Grâce aux glaciations qui faisaient baisser le niveau de la mer et rendaient la traversée des mers possible, la Nouvelle-Guinée était reliée à l’Australie. Les premiers habitants sont sûrement passés à pied. Puis, entre 6 000 et 12 000 ans, le niveau des eaux est remonté et a isolé les populations qui y vivaient. Ainsi, l’histoire de la Nouvelle-Guinée est celle d’une population restreinte qui s’est retrouvée isolée. Dans ce cas de figure, on parle de goulot d’étranglement. Il s’agit d’un phénomène qui se déroule lorsqu’une population est fortement réduite sur au moins une génération. Le peu de reproducteurs restants transmet alors seulement une fraction de la diversité génétique de départ aux générations suivantes.

Ce qui fait que, cours du temps, l’isolement de la population entraîne une évolution de la fréquence des allèles (la version d’un gène occupant une place précise sur un chromosome). Ainsi, chaque population isolée est caractérisée par un génome diffèrent de celui d’autres populations de la même espèce. Que ce soit par la fréquence ou par l’existence de certains gènes et allèles. C’est ce qui s’appelle la dérive génétique. Ce processus de l’évolution entraîne la création ou la disparation d’espèces à partir de populations d’individus. La dérive génétique est un phénomène naturel, mais elle peut aussi être influencée par certains phénomènes. On peut prendre comme exemple une fragmentation du paysage (exemple, prit totalement au hasard, sans lien avec le début de l’article :p) ou encore par la dépression de consanguinité (effet secondaire de la consanguinité qui augmente la fréquence des tares, diminue la survie et la fécondité).

Pour résumer, l’un des dangers chez une population isolée, c’est l’appauvrissement de la diversité génétique qui entraînerait des dépressions de consanguinité.

Quand on regarde leurs gènes :

Or nos Papous ont l’air bien portant. Ne devraient-ils pas souffrir de dépression génétique ? Pour répondre à cette question, nous allons nous intéresser à leurs gènes et surtout, à leurs haplogroupes.

Leurs quoi ? Un haplogroupe est une combinaison précise d’allèles sur un même segment de chromosome. Les haplogroupes correspondent souvent à des séquences d’ADN non codant (séquences du matériel génétique qui ne sont pas converties en protéines). Les différents allèles qu’ils regroupent varient d’un individu à l’autre.

Dans les différentes populations humaines, on retrouve le plus souvent plusieurs haplogroupes Y (du côté du père) avec parfois un haplogroupe Y majoritaire et généralement 5 ou 6 haplogroupes Y différents. Néanmoins, chez les Papous, on observe que la diversité des haplogroupes est plus faible que chez les autres populations de la région. On ne retrouve qu’un haplogroupe Y majoritaire présent dans au moins 3/4 de la population, ainsi que 2 à 4 autres haplogroupes Y très minoritaires.  Les populations vivant dans les régions montagneuses ont même une diversité d’haplogroupes Y encore plus faible.

On peut voir sur cette carte que, chez les populations papous, la diversité et la fréquence des haplogroupes de l’ADN-mt (le génome mitochondrial) ne sont pas inférieures à celles des autres populations. Par contre, la fréquence et la diversité des haplogroupes de l’ADN-mt est supérieure à celle retrouvée pour les haplogroupes du chromosome Y.

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Quel est leur secret ?

Les haplogroupes  sont définis sur des régions non codantes de l’ADN, la sélection naturelle n’intervient donc pas dans ce processus. Reste alors l’hypothèse d’une dérive génétique. Le fait que la diversité des haplogroupes du chromosome Y soit moins importante que celle des haplogroupes de l’ADN-mt, suppose le résultat d’une dérive génétique qui a davantage impacté la lignée masculine.

Là je te vois déjà après cette grosse explication te dire « ok c’est bien joli tout ça, mais c’est quoi le rapport avec le thème de ce dossier ? » Hé bien, figure toi cher lecteur, que si les Papous évitent la dépression génétique c’est certainement grâce à la structure de leur société.

Le mariage traditionnel papou est basé sur la virilocalité. Késaquo ? C’est-à-dire, qu’un homme va se marier dans son village natale, tandis qu’une femme devra partir et se marier ailleurs (galant n’est-ce pas ?). Or, cette virilocalité va réduire les variations des haplogroupes du chromosome Y (puisque la lignée masculine à les mêmes ancêtres) mais ne va pas influencer la diversité de l’ADN mt puisque les femmes amènent de nouveaux allèles.

Il faut aussi savoir que chez les Papous le mariage traditionnel était soumis au paiement d’une dot au clan de la mariée. Or, cette dot n’était pas accessible à tous les hommes. Ainsi, certains individus ne se mariaient pas, ou au contraire pouvaient avoir plusieurs femmes. Parce oui, les Papous pratiquent aussi parfois la polygynie (un homme pour plusieurs femmes).

Dans ces rares cas, la diversité de l’haplogroupe Y dans la descendance est déduite (un seul père, un seul allèle). Parallèlement, la diversité de l’ADN-mt est plus élevée (plusieurs mères, plusieurs allèles différents). Dans le cas où certain hommes ne se marient pas, faute de pouvoir payer la dot, cela peut aussi influencer cette diminution de diversité.

Enfin les guerres que ce livraient parfois les Papous n’impliquaient que les hommes (là c’est déjà plus galant) et ont donc certainement joué sur la diminution de diversité de l’haplogroupe du chromosome Y sans modifier celle de l’ADN-mt.

 

Conclusion

Finalement, pas besoin d’aller aussi loin pour constater le résultat de l’évolution de notre espèce à son environnent. Un des exemples les plus proches est à portée de main… Littéralement. Tu peux les regarder : je parle de la couleur de ta peau.

Nous possédons des mélanocytes, ceux-ci produisent un pigment naturel : de la mélanine. Sous contrôle de nos gènes et selon sa concentration, la mélanine fonce plus ou moins notre peau. A côté de cela, la quantité et l’intensité des rayons solaires influent sur notre corps. Pour se protéger, il va produire plus ou moins de mélanine, c’est le bronzage. Les populations exposées continuellement au soleil développent un « bronzage permanent » ! Comme quoi, il n’y a pas de petite adaptation. 😉

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Sources :

https ://fr.wikipedia.org/wiki/Adaptation_humaine_%C3%A0_la_haute_altitude

http ://www.hominides.com/html/dossiers/race.php

http://www.lanutritherapie.fr/article/les-mod%C3%A8les-alimentation-sant%C3%A9-le-mod%C3%A8le-inuit

http://recherchespolaires.inist.fr/?Des-hommes-victimes-de-l

http://espace-temps.blogs.nouvelobs.com/archive/2014/07/03/les-tibetains-sont-adaptes-a-l-altitude-grace-a-une-espece-h-536098.html

http://berclo.net/page02/02fr-notes-oceania.html

https://fr.wikipedia.org/wiki/Papous

http://laplaneterevisitee.org/fr/178/la_derive_genetique

http://www.conservation-nature.fr/article1.php?id=303

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC379223/

https://fr.wikipedia.org/wiki/Peuplement_de_l’Oc%C3%A9anie#Premi.C3.A8re_vague_d.27humains_modernes

http://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/pleins_textes_5/b_fdi_20-21/27803.pdf

http://www.oceaniedeslumieres.org/D_histoire_peuplement.asp

http://ac.els-cdn.com/S0960982209021204/1-s2.0-S0960982209021204-main.pdf?_tid=7d9341ce-dbad-11e5-9e15-00000aab0f6b&acdnat=1456397568_084e19a59da1dea2331fb48f132d40ec

http://lucperino.com/20/adaptations-adaptation-au-froid.html ????

https://fr.wikipedia.org/wiki/Peuple_isol%C3%A9

http://www.persee.fr/doc/bmsap_0037-8984_1991_num_3_1_1771

http://www.persee.fr/doc/pop_0032-4663_1966_num_21_2_13179

http://jeanlouisetienne.com/poleairship/images/encyclo/imprimer/33.htm