Un crâne chinois vieux d’un million d’années redessine l’arbre généalogique humain

Un crâne découvert en Chine repousse dans le temps les origines de l’humanité

Un crâne écrasé découvert sur une terrasse fluviale dans la province du Hubei, dans le centre de la Chine, constitue un nouveau point de référence dans l’histoire de notre espèce. Grâce à des techniques avancées de numérisation et de reconstruction numérique, une équipe internationale a virtuellement reconstitué le deuxième crâne de Yunxian, également appelé Yunxian 2, et l’a comparé à plus d’une centaine de fossiles humains. Les résultats indiquent qu’il appartient à un membre ancien d’une lignée qui comprend Homo longi, parfois surnommé « l’Homme-Dragon », et les énigmatiques Dénisoviens. L’analyse suggère que les principales branches ayant donné naissance à Homo sapiens, Homo longi et aux Néandertaliens se sont séparées bien plus tôt que ne le pensaient de nombreux scientifiques, peut-être il y a plus de 1,3 million d’années.

Cette découverte rebat les cartes d’un chapitre majeur de l’évolution humaine, souvent décrit comme le « désordre du milieu », cette période confuse comprise entre environ un million et trois cent mille ans. Le crâne reconstitué de Yunxian 2 présente un mélange saisissant de caractéristiques. Certaines évoquent Homo erectus, un humain ancien largement répandu. D’autres se rapprochent davantage de celles d’humains asiatiques plus tardifs au cerveau volumineux. L’équipe situe Yunxian 2 près de la racine d’un clade asiatique comprenant Homo longi et probablement les Dénisoviens. Si cette hypothèse se confirme, la population à l’origine de notre espèce, des Néandertaliens et des Dénisoviens s’était déjà divisée en groupes distincts il y a environ un million d’années.

Ce que les chercheurs ont découvert dans le crâne de Yunxian

Yunxian 2 a été découvert en 1990 à Xuetangliangzi, près de la rivière Hanjiang. Le crâne avait été aplati et déformé pendant son enfouissement, ce qui compliquait son identification initiale. Après une reconstitution virtuelle minutieuse, les chercheurs ont pu évaluer sa forme et ses dimensions d’origine. Le crâne est long et bas, avec un épais bourrelet sus-orbitaire, une boîte crânienne large et aplatie, et une face volumineuse mais relativement plate, aux pommettes basses. Sa capacité crânienne dépasse 1 100 millilitres, ce qui en fait la plus importante connue chez un humain de cet âge, et se situe dans la fourchette basse de celle des humains modernes. L’association d’un front fuyant et d’un bourrelet sus-orbitaire robuste avec des pommettes plus plates et un cerveau plus volumineux distingue ce fossile des Homo erectus classiques.

Quel âge a le fossile ?

La datation repose sur la couche sédimentaire et les fossiles animaux trouvés avec Yunxian 2, ainsi que sur des techniques telles que la magnétostratigraphie et les méthodes radiométriques. L’équipe estime que le crâne a entre 940 000 et 1,1 million d’années. Il compte ainsi parmi les plus anciens grands crânes dotés d’une boîte crânienne de dimensions modernes découverts en Asie.

Une mosaïque de caractères anciens et récents

Yunxian 2 présente une mosaïque de caractéristiques qui font le lien entre les humains anciens et plus récents. La voûte crânienne est épaisse et longue, avec un profil bas, à l’image de celle d’Homo erectus. La face est large mais relativement plate, avec des pommettes basses et peu marquées ainsi qu’une large ouverture nasale. L’arrière du crâne est développé. Le palais est large et la région de l’oreille présente des détails caractéristiques également observés sur d’autres fossiles attribués au groupe longi. Ces traits communs, associés à un cerveau plus volumineux, correspondent à des fossiles asiatiques plus récents, comme les crânes de Harbin et de Jinniushan, et contribuent à définir un clade asiatique distinct.

Un arbre généalogique qui se ramifie plus tôt que prévu

Pour établir les liens de parenté, les chercheurs ont utilisé des mesures et des caractères anatomiques relevés sur plus de cent crânes et mâchoires. Ils ont construit un arbre phylogénétique, un diagramme ramifié qui estime les liens entre différents groupes humains. Dans cette analyse, les Néandertaliens se séparent les premiers, il y a environ 1,38 million d’années. Les lignées menant à Homo sapiens et au clade longi se séparent ensuite, il y a environ 1,32 million d’années. Autrement dit, les Dénisoviens et leurs proches parents du groupe longi semblent plus proches des humains modernes que des Néandertaliens. L’étude situe Yunxian 2 tout près de cette séparation, ce qui aide à comprendre pourquoi le crâne associe des caractères primitifs et d’autres plus évolués.

Qui sont les Dénisoviens ?

Les Dénisoviens sont surtout connus grâce à de l’ADN ancien extrait de quelques os et dents fragmentaires. Ils ont été identifiés pour la première fois en 2010 dans la grotte de Denisova, en Sibérie. On retrouve aujourd’hui des traces génétiques de leur ascendance chez de nombreuses personnes en Asie, et en proportion importante dans certaines populations de Mélanésie et des Philippines. La nouvelle analyse avance que les Dénisoviens appartiennent au clade Homo longi, une lignée attestée par des fossiles asiatiques comme le crâne de Harbin. Si cette hypothèse est juste, les Dénisoviens ont été largement répandus en Asie pendant des centaines de milliers d’années, ont côtoyé d’autres humains et ont transmis leur ADN aux populations actuelles.

Pourquoi cette découverte change notre histoire

La période comprise entre un million et trois cent mille ans est riche en fossiles humains difficiles à classer. Certains proviennent d’Afrique, d’autres d’Europe et beaucoup d’Asie. Les scientifiques sont depuis longtemps en désaccord sur la façon de les relier. La nouvelle étude regroupe les humains asiatiques du Pléistocène moyen au sein d’une lignée longi, distincte d’Homo sapiens et des Néandertaliens. Cette réorganisation permettrait de résoudre de nombreuses incohérences qui laissent les spécialistes perplexes et pourrait expliquer pourquoi plusieurs fossiles asiatiques ne semblaient correspondre ni à Homo erectus classique ni à un humain moderne ancien.

Ces travaux repoussent également bien au-delà d’un million d’années la chronologie de la divergence des humains au cerveau volumineux. Si les trois principales branches étaient déjà distinctes à cette époque, leurs premiers représentants ont pu coexister longtemps. La période pendant laquelle différents groupes humains ont pu se rencontrer, interagir et parfois se métisser s’en trouverait prolongée. Cela orienterait aussi la recherche vers des sites plus anciens en Asie et en Afrique, susceptibles de confirmer cette séparation précoce.

Chris Stringer, responsable des recherches sur l’évolution humaine au Natural History Museum de Londres et coauteur de l’étude, a souligné l’importance de ces résultats.

Cela change beaucoup de choses, car cela laisse penser qu’il y a un million d’années, nos ancêtres s’étaient déjà divisés en groupes distincts, ce qui indique une séparation évolutive humaine bien plus ancienne et complexe qu’on ne le pensait.

Certaines interprétations vont plus loin et avancent qu’un ancêtre commun ayant vécu près de l’Asie occidentale aurait pu donner naissance aux branches devenues Homo sapiens, les Néandertaliens et les Dénisoviens. Cette hypothèse reste débattue. Les plus anciens fossiles largement reconnus comme appartenant à des Homo sapiens anciens restent africains et datent d’environ trois cent mille ans. La nouvelle reconstitution ne modifie pas ce constat, mais elle avance que la population souche plus ancienne qui a ensuite donné naissance à notre espèce s’est séparée des autres humains bien plus tôt que ne l’ont proposé de nombreuses études.

Comment un crâne écrasé a été virtuellement reconstitué

Le crâne de Yunxian 2 avait été déformé par le poids des sédiments et les mouvements du sol pendant plusieurs milliers d’années. Ce type de déformation plie et tord l’os, ce qui peut masquer ou accentuer des caractéristiques essentielles. L’équipe a utilisé la tomodensitométrie pour voir à travers la matrice rocheuse, la numérisation par lumière structurée pour saisir les détails de la surface et la rétro-déformation numérique pour corriger l’écrasement. Concrètement, il s’agit d’une chirurgie numérique. Les chercheurs ont isolé l’os de la pierre, utilisé des parties intactes en miroir pour remplacer les sections manquantes et appliqué des contraintes anatomiques afin de réaligner les pièces.

Le professeur Xijun Ni, de l’université Fudan et de l’Institut de paléontologie des vertébrés et de paléoanthropologie de Pékin, a codirigé les travaux. Il a décrit la surprise de l’équipe lorsque la reconstitution du crâne et les résultats sur l’arbre généalogique ont commencé à se rejoindre.

Dès le début, quand nous avons obtenu le résultat, nous l’avons trouvé incroyable. Nous l’avons vérifié encore et encore, avec tous les modèles et toutes les méthodes, et nous sommes maintenant convaincus. Nous sommes vraiment enthousiastes.

L’étude s’appuie aussi sur un ensemble de fossiles asiatiques qui partagent des caractères crâniens avec Yunxian 2 et le crâne de Harbin. Parmi eux figurent Dali et Jinniushan, en Chine, ainsi que d’autres spécimens longtemps difficiles à situer. Un troisième crâne de Yunxian, découvert en 2022, est en cours de préparation. Une fois analysé, il permettra de mettre à l’épreuve la reconstitution et le regroupement de ces fossiles dans le clade longi.

Débats, limites et éléments qui pourraient trancher

De nombreuses études génétiques ont estimé que les humains modernes, les Néandertaliens et les Dénisoviens se sont séparés d’un ancêtre commun il y a entre 700 000 et 500 000 ans. Ces estimations reposent sur des modèles de taux de mutation et d’histoire des populations, et leur résolution reste limitée pour les périodes aussi anciennes. Les arbres morphologiques, construits à partir de caractères crâniens, offrent une autre façon d’étudier les divergences anciennes, mais ils ont leurs propres limites. Des caractères peuvent évoluer parallèlement dans des groupes sans lien de parenté, et le choix des caractères ainsi que leur pondération peuvent influer sur le résultat.

Plusieurs spécialistes saluent la reconstitution de Yunxian 2, tout en appelant à la prudence concernant les dates de l’arbre généalogique. Frido Welker, professeur associé spécialiste de l’évolution humaine à l’université de Copenhague, a souligné que le nouveau modèle du crâne constitue une ressource majeure, mais que des analyses moléculaires aideraient à confirmer sa position.

Il est réjouissant de disposer d’une reconstitution numérique de ce crâne important. Si les dates de divergence sont confirmées par d’autres fossiles et des données génétiques, elles seraient surprenantes. Des données moléculaires prélevées directement sur le spécimen pourraient aussi apporter des éléments permettant de confirmer ou de remettre en question l’hypothèse morphologique.

Ryan McRae, paléoanthropologue au National Museum of Natural History de la Smithsonian Institution, qui n’a pas participé à l’étude, a salué la reconstitution tout en mettant en doute l’arbre généalogique dans son ensemble.

La reconstitution semble solide et le rattachement au groupe longi et à la lignée dénisovienne est plausible. L’arbre phylogénétique tente de répondre simultanément à de nombreuses questions difficiles à partir de données limitées. La chronologie proposée est plus ancienne que prévu et devra être recoupée avec d’autres fossiles et des données génétiques.

Le matériel génétique est rare dans les fossiles vieux d’un million d’années, mais d’autres traces moléculaires, comme les protéines anciennes, ont parfois survécu aussi longtemps. Un échantillonnage plus large en Afrique, en Asie et en Europe, comprenant des crânes et des mâchoires plus complets, pourrait clarifier la situation. Les auteurs de la nouvelle étude ont indiqué qu’ils comptaient étendre leur analyse à d’autres fossiles et données.

Où vivaient et se déplaçaient les premiers groupes humains

Le nouveau modèle soulève une question fondamentale de géographie. Les populations ancestrales d’Homo sapiens, des Néandertaliens et du clade longi vivaient-elles en Afrique ou en dehors ? L’Afrique est le berceau le plus ancien de la lignée humaine et abrite les plus vieux fossiles d’Homo sapiens, datés d’environ trois cent mille ans. Dans le même temps, Homo erectus s’était répandu en Eurasie il y a près de deux millions d’années, et l’Asie compte de nombreux sites du Pléistocène moyen. Si la séparation profonde des lignées a eu lieu il y a environ 1,3 million d’années, des populations réparties sur les deux continents ont pu y prendre part.

Les indices s’accumulent : les humains anciens étaient mobiles, vivaient en petits groupes et se sont parfois métissés lorsqu’ils se rencontraient. Les Néandertaliens et les Dénisoviens ont tous deux échangé des gènes avec les humains modernes, et les traces actuelles d’ADN dénisovien montrent que le clade longi était répandu dans toute l’Asie. Ce schéma correspond à un arbre ramifié ponctué de contacts, plutôt qu’au remplacement net d’un groupe par un autre. Un million d’années laisse largement le temps aux lignées de se rencontrer et de se mêler.

Pour l’instant, l’interprétation la plus prudente est que Yunxian 2 témoigne d’un stade ancien d’une grande lignée asiatique, caractérisée par un cerveau volumineux et une face plus plate, qui comprend probablement les Dénisoviens. L’étude avance que cette lignée s’est séparée de celle ayant mené aux humains modernes il y a plus d’un million d’années. Il reste à déterminer, grâce aux futures découvertes, si cette séparation a eu lieu en Afrique, en Asie occidentale ou dans une vaste région. Chaque nouveau crâne ou chaque nouvelle mâchoire que l’on peut dater et reconstituer de manière fiable est susceptible de changer à nouveau la donne.

Points clés

• La reconstitution virtuelle du crâne de Yunxian 2, découvert dans le centre de la Chine, le situe près de la base du clade Homo longi, qui comprend probablement les Dénisoviens.
• Daté entre 940 000 et 1,1 million d’années, le fossile compte parmi les plus anciens grands crânes dotés d’une boîte crânienne de dimensions modernes découverts en Asie.
• Une nouvelle analyse de plus de cent fossiles suggère que les Néandertaliens se sont séparés il y a environ 1,38 million d’années, puis que les lignées longi et sapiens ont divergé il y a environ 1,32 million d’années.
• L’étude avance que les Dénisoviens sont plus proches d’Homo sapiens que des Néandertaliens, ce qui remet en question les modèles génétiques courants.
• Des fossiles asiatiques du Pléistocène moyen comme ceux de Harbin, Dali et Jinniushan correspondent au clade longi, ce qui pourrait résoudre des difficultés de classification persistantes.
• Les spécialistes saluent la reconstitution, mais soulignent que les dates de divergence aussi anciennes doivent être confirmées par des données génétiques ou protéiques et par de nouveaux fossiles.
• Les résultats ne changent pas la provenance africaine des plus anciens fossiles d’Homo sapiens admis, mais repoussent bien au-delà d’un million d’années la séparation plus ancienne des lignées humaines.
• Un troisième crâne de Yunxian, découvert en 2022, ainsi que d’autres découvertes à venir en Afrique et en Asie pourraient permettre de tester et d’affiner l’arbre généalogique proposé.