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Comment sait-on que l'espèce humaine est née en Afrique ?


J'ai entendu (de plusieurs sources) que l'opinion scientifique actuelle est que l'espèce humaine est née en Afrique. Quelles sont les raisons de cet avis ? Si possible, des explications simples et non techniques (dans la mesure du possible) seraient appréciées.


Il y a deux grands volets de la théorie hors de l'Afrique ou quel que soit le nom que vous souhaitez lui donner.

Le premier volet : les preuves fossiles. Il existe de nombreux types de fossiles protohumains. Homo erectus/ergaster se trouvent dans toute l'Europe, l'Asie et l'Indonésie depuis environ 1,5 million d'années jusqu'à il y a environ 70 000 ans, où ils cessent d'apparaître. Jusqu'à il y a 125 000 ans, les humains anatomiquement modernes ne se trouvaient qu'en Afrique. Il y a environ 70 000 ans, ils ont commencé à apparaître au Moyen-Orient, puis ils se sont dispersés à peu près en suivant ces chemins. Les archives fossiles montrent des non-humains ou des quasi-humains (l'homo erectus principalement) pendant des millions d'années, puis les humains apparaissent à un certain moment et puis il y a des tonnes de fossiles humains. Ce point devient plus récent à mesure que vous vous éloignez de l'Afrique de l'Est.

Le deuxième volet : la diversité génétique. À partir de cet article (je ne sais pas si cela se trouve derrière un mur payant, mais les détails ne sont pas importants de toute façon) l'ADN mitochondrial humain a été comparé à l'aide de la cartographie des enzymes de restriction. Ce type de cartographie est super grossier (à peu près analogue au broyage de la poterie en une fine poussière et au regroupement des poussières par couleur) et l'étude originale était assez limitée par les ordinateurs disponibles à l'époque. Néanmoins, ils ont montré que le groupe géographique le plus diversifié sur le plan génétique était l'Afrique, et en outre que deux personnes quelconques en dehors de l'Afrique sont probablement plus étroitement liées l'une à l'autre que deux personnes quelconques à l'intérieur de l'Afrique. La diversité génétique diminue à mesure que vous vous éloignez de l'Afrique de l'Est, correspondant à ce à quoi vous vous attendriez si les humains n'y vivaient pas depuis longtemps. Il n'y a eu (très à peu près) 60 générations que les humains ont colonisé la Nouvelle-Zélande. Tous les Maoris sont donc au plus 58e cousins. Tous les Australiens indigènes sont au plus des cousins ​​​​de 1998. Tous les Africains sont au plus 8000e cousins.

Plus récemment, nous avons effectué un séquençage approprié sur l'ADN mitochondrial (en sachant réellement ce qui y est écrit) et cela a permis une estimation beaucoup plus précise de ce genre de chose et une estimation des délais impliqués. Les preuves génétiques soutiennent les archives fossiles, dans l'ensemble. (Il existe quelques exemples intéressants où des croisements avec des Néandertaliens et peut-être des Dénisoviens peuvent être détectés, et que la colonisation du Moyen-Orient par les humains modernes il y a environ 125 000 ans a échoué. Ils n'ont laissé aucun descendant.)

Considération de côté amusant (avertissement, science supplémentaire, procédez avec prudence): tous les humains héritent leurs mitochondries de leur mère, et tous les mâles héritent leurs chromosomes Y de leur père. Cela nous permet de tracer des lignes matrilinéaires avec un degré de précision relativement élevé, puisque les mitochondries se reproduisent de manière asexuée. Pour clarifier : votre lignée matrilinéaire est votre mère, et sa mère, et ainsi de suite. Votre grand-mère paternelle ne fait pas partie de votre lignée matrilinéaire, ni vos tantes ou sœurs. Ces lignées sont statistiquement garanties pour finalement converger vers une seule femme dont les descendants mitochondriaux vivent maintenant en chacun de nous. Les raisons en sont compliquées. Il y a en fait beaucoup de ces femmes, puisqu'elle a hérité ses mitochondries de sa mère, à l'infini (enfin, pas à l'infini. L'échec de l'endocytose d'une alpha-protéobactérie menant à la mitochondrie ne sort pas de la langue bien que). La science a des estimations serrées sur le le plus récent ancêtre mitochondrial, ou "Eve mitochondriale". Pour être clair : il y avait beaucoup d'autres femmes en vie à l'époque, et nous héritons d'une grande partie de leur ADN non mitochondrial. Au cours des millénaires, toutes ces autres femmes ont eu moins de filles et leurs lignées matrilinéaires se sont éteintes. Elle a vécu il y a environ 200 000 ans, plus moins 20 000 ans. Comme garantie mathématique, nous ne retrouverons jamais son corps ou n'aurons jamais une estimation très précise de combien de temps elle a vécu, mais elle est génétiquement garantie d'exister. Le même principe s'applique à l'héritage patrilinéaire, mais les estimations pour l'ancêtre le plus récent de tous les chromosomes Y sont un peu plus lâches (il y a 200 à 300 000 ans). Voir ici pour une manipulation plus détaillée d'Eve et de ce qui s'y passe.

En résumé : les vieux fossiles uniquement en Afrique, tout le monde en dehors de l'Afrique n'est que 2800e cousins ​​les uns avec les autres ou moins, mais la parenté intra-africaine est inférieure à la moitié (plus de deux fois plus loin génétiquement).


Les gens ont précédemment plaidé en faveur d'une théorie multirégionale dans laquelle les humains sont issus de nombreux endroits différents sur le globe, mais sont arrivés à la conclusion que les humains sont originaires d'Afrique. Je crois que leur raisonnement est que les plus anciens crânes trouvés ont été trouvés uniquement en Afrique. Cet article développe ma réponse si vous êtes intéressé :

http://news.nationalgeographic.com/news/2007/07/070718-african-origin.html


Le saviez-vous? – Faits sur les origines humaines

L'étude des origines humaines est l'un des domaines les plus fascinants de la découverte scientifique aujourd'hui. C'est un domaine dynamique qui englobe la recherche de fossiles, la découverte des grandes étapes de l'origine de notre

espèces et les progrès de la recherche sur l'ADN.

L'exposition présente le grand balayage des origines humaines basé sur des découvertes et des preuves au cœur de la recherche scientifique.

Le titre de l'exposition, « Que signifie être humain ? L'objectif de l'exposition est de fournir au public une base solide pour explorer les contributions scientifiques permettant de répondre à cette question.

L'exposition considère les êtres humains dans la plus grande profondeur temporelle et d'une manière plus globale que toute autre installation du Smithsonian. Il offre un accès à de nombreuses découvertes et preuves des origines humaines, documentant l'émergence des qualités qui ont défini tous les êtres humains et sociétés en réponse à un monde en mutation.

Presque tous les fossiles, vestiges archéologiques et découvertes génétiques qu'un musée d'histoire naturelle peut offrir sur des questions telles que : comment sommes-nous arrivés ici, en quoi les humains sont-ils similaires, mais distincts des autres êtres vivants, et que humains, ont été découverts au cours des 100 dernières années, depuis l'ouverture du Musée d'histoire naturelle en 1910. La salle des origines humaines présente la science qui aidera les visiteurs à répondre à ces questions et à d'autres. Et au cours de leur voyage dans le temps, l'exposition présente également aux visiteurs les preuves des faits suivants sur nos origines humaines :

Nos espèces : Homo sapiens

Il y a environ 60 000 ans, alors que de nombreuses populations humaines s'éloignaient de l'équateur, elles ont développé des variations dans le teint de la peau, la texture des cheveux et les traits du visage. Ces variations sont apparues assez récemment, au cours des quelques dizaines de milliers d'années seulement.


Paysages luxuriants

Des preuves géologiques suggèrent qu'à cette époque, le lac préhistorique Makgadikgadi qui avait dominé la région pendant des millions d'années avait commencé à se briser à cause du déplacement des terres. Cela aurait créé une vaste zone humide, idéale pour maintenir la vie.

Mais si c'était si idéal, pourquoi nos ancêtres ont-ils commencé à explorer d'autres endroits il y a entre 130 000 et 110 000 ans, d'abord au nord-est puis au sud-ouest de la maison ancestrale ?

Les données climatiques suggèrent qu'à cette époque, la région a connu une énorme sécheresse. Notamment, il y a environ 130 000 ans, l'humidité a augmenté au nord-est de la patrie, et il y a 110 000 ans, la même chose s'est produite au sud-ouest. Nous supposons que cela a créé des passages de végétation luxuriante pour que nos ancêtres quittent la patrie, très probablement à la suite du gibier qui se faufilait également dans de nouvelles régions.

De plus, nos données génétiques suggèrent que les migrants du sud ont habité toute la côte sud de l'Afrique, avec de multiples sous-populations et une croissance démographique énorme. Les découvertes archéologiques des grottes de Blombos en Afrique du Sud ont montré que cette région était riche en preuves du comportement humain cognitif il y a 100 000 ans. Encore une fois, nous avons été étonnés de voir à quel point nous pouvions faire correspondre les données chronologiques, croisant des disciplines différentes mais complémentaires qui n'ont historiquement pas fonctionné ensemble. Cela nous a également permis de spéculer davantage sur le succès des migrants du sud attribués à l'adaptation de leurs compétences à l'abondance de la vie dans les océans.

Ces premiers explorateurs ont laissé derrière eux une population de patrie, qui reste encore aujourd'hui sur les terres ancestrales, s'étant adaptée au paysage beaucoup plus sec. Cela a été un plaisir de passer la dernière décennie à dialoguer avec les derniers descendants de la patrie de l'humanité, y compris le peuple Ju/'hoansi du Kalahari en Namibie.

Les Ju/’hoansi, qui pratiquent toujours leur mode de vie traditionnel, sont enthousiasmés par nos découvertes. Ils croient que notre étude capture une histoire qu'ils ont racontée pendant des générations uniquement par le bouche à oreille. Ce n'est pas seulement leur histoire, mais la nôtre.

Vanessa Hayes, professeur, Institut de recherche médicale Garvan et, Université de Sydney

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.


Évolution humaine : la longue et sinueuse route vers l'homme moderne

Les origines de notre espèce ont été une source de fascination pendant des millénaires et expliquent la vaste gamme de mythes de la création qui sont enregistrés dans différentes cultures. Linnaeus, ce grand classificateur des êtres vivants, nous a donné notre nom biologique Homo sapiens (ce qui signifie « homme sage ») et nos crânes hauts et arrondis nous distinguent certainement, tout comme nos petites arcades sourcilières et nos mentons. Cependant, nous sommes également remarquables pour notre langue, notre art et notre technologie complexe.

La question est : où ces fonctionnalités ont-elles évolué ? Où l'humanité peut-elle placer sa patrie ? En ce qui concerne nos premiers ancêtres, il est généralement admis que la réponse est l'Afrique. C'est ici que nos premiers ancêtres singes ont commencé à s'installer dans la savane. Cependant, un débat acharné s'est poursuivi pour savoir si c'était aussi le lieu de naissance ultime de notre propre espèce.

Il y a quarante ans, personne ne croyait que l'homme moderne pouvait être originaire d'Afrique. Dans certains cas, cette idée était basée sur la disparition d'agendas racistes. Par exemple, en 1962, l'anthropologue américain Carleton Coon affirmait que « si l'Afrique était le berceau de l'humanité, ce n'était qu'un jardin d'enfants indifférent. L'Europe et l'Asie étaient nos principales écoles ».

Une partie de la confusion était due au manque de preuves fossiles et archéologiques bien datées. Dans les années qui ont suivi, cependant, j'ai eu le privilège de participer à l'accumulation de données - fossiles, chronologiques, archéologiques et génétiques - qui montrent que notre espèce avait une origine africaine récente. Mais comme le montrent les dernières preuves, cette origine était complexe et dans mon nouveau livre, L'origine de notre espèce, J'essaie de faire comprendre ce que signifie être humain et de changer les perceptions sur nos origines.

J'avais été fasciné par les anciens humains appelés Néandertaliens dès l'âge de 10 ans, et en 1971, alors étudiant de 23 ans, j'ai quitté Londres pour un voyage de recherche de quatre mois dans des musées et des instituts de 10 pays européens pour recueillir des données sur les formes des crânes des Néandertaliens et de leurs successeurs d'apparence moderne en Europe, les Cro-Magnons. Mon but était de tester la théorie alors populaire qui soutenait que les Néandertaliens et les gens comme eux dans chaque région du monde antique étaient les ancêtres des gens dans ces mêmes régions aujourd'hui. Je n'avais qu'une modeste bourse, alors je conduisais ma vieille voiture, dormais dedans, campais ou logeais dans des auberges de jeunesse – en Belgique j'ai même passé une nuit dans un refuge pour sans-abri. J'ai survécu à des confrontations frontalières et à deux vols, mais à la fin de mon voyage de 5 000 milles, j'avais collecté l'un des plus grands ensembles de données de mesures de crâne de Néandertal et des premiers temps modernes réunis jusqu'à ce moment-là.

Au cours des trois années suivantes, j'ai ajouté des données sur d'autres échantillons anciens et modernes, et les résultats étaient clairs : les Néandertaliens avaient développé leurs propres caractéristiques spéciales et ne ressemblaient pas aux ancêtres des Cro-Magnons ou d'aucun peuple moderne. Le problème était : où notre espèce a-t-elle évolué ? En 1974, je n'étais pas en mesure de le dire, mais prendre un poste de chercheur au Muséum d'histoire naturelle me permettait de continuer la quête.

Mes recherches ont cependant révélé des indices et, au cours de la décennie suivante, mon travail – ainsi que celui de quelques autres – s'est concentré sur l'Afrique en tant que patrie la plus probable de notre espèce. Nous sommes restés une minorité isolée jusqu'en 1987, lorsque l'article "Mitochondrial DNA and Human Evolution" a été publié par Rebecca Cann, Mark Stoneking et Allan Wilson. Il a mis les origines de l'homme moderne à la une des journaux du monde entier pour la première fois car il a montré qu'une partie minuscule et particulière de notre génome, héritée uniquement par les mères et les filles, dérive d'un ancêtre africain il y a environ 200 000 ans. Cette femme est devenue connue sous le nom d'Ève mitochondriale. Une fureur a suivi, alors que les anthropologues se disputaient les implications pour l'évolution humaine.

Après cela, la théorie « hors d'Afrique » – ou comme je préfère l'appeler « l'origine africaine récente » pour nos origines – a vraiment décollé. Ma version dépeint le contexte suivant. Les espèces anciennes l'homo erectus survécu en Asie de l'Est et en Indonésie, mais a évolué en Homo heidelbergensis en Europe et en Afrique. (Cette dernière espèce avait été nommée d'après une mâchoire vieille de 600 000 ans trouvée en Allemagne en 1907.) Puis, il y a environ 400 000 ans, H. heidelbergensis a subi une scission évolutive : au nord de la Méditerranée, il s'est développé en Néandertaliens, tandis qu'au sud, en Afrique, il est devenu nous, les humains modernes. Enfin, il y a environ 60 000 ans Homo sapiens a commencé à quitter l'Afrique et il y a 40 000 ans, avec les avantages d'outils et de comportements plus complexes, s'est répandu en Asie et en Europe, où nous avons remplacé les Néandertaliens et tous les autres peuples archaïques en dehors de l'Afrique. Autrement dit, sous nos peaux, nous sommes tous Africains.

Cependant, tous les scientifiques n'étaient pas d'accord. Un groupe a continué à soutenir l'idée d'évolution multirégionale, une version mise à jour des idées des années 1930. Il envisageait des lignes d'évolution parallèles profondes dans chaque région habitée d'Afrique, d'Europe, d'Asie et d'Australasie, s'étendant à partir de variantes locales de H. erectus jusqu'aux personnes vivant dans les mêmes régions aujourd'hui. Ces lignes n'ont pas divergé dans le temps, puisqu'elles ont été collées ensemble par métissage à travers le monde antique, de sorte que les caractéristiques modernes pourraient progressivement évoluer, se propager et s'accumuler, parallèlement à des différences régionales à long terme dans des choses comme la forme du visage et la taille du visage. nez.

Un modèle différent, connu sous le nom de modèle d'assimilation, a intégré les nouvelles données fossiles et génétiques et a donné à l'Afrique un rôle clé dans l'évolution des caractéristiques modernes. Cependant, ce modèle envisageait une diffusion beaucoup plus progressive de ces caractéristiques depuis l'Afrique que le mien. Les Néandertaliens et les archaïques comme eux ont été assimilés par le métissage généralisé. Ainsi, l'établissement évolutif des caractéristiques modernes était un processus de mélange plutôt qu'un remplacement rapide.

Alors qui avait raison ? Les données génétiques ont continué à s'accumuler au cours des années 1990 à l'appui du modèle d'origine africaine récent, à la fois à partir de populations humaines récentes et de fossiles de Néandertal. Les récentes améliorations massives de la récupération et de l'analyse de l'ADN ancien ont produit encore plus d'informations, certaines très surprenantes. Des fragments de fossiles de Croatie ont livré un génome de Néandertal presque entier, fournissant des données riches qui promettent des informations sur leur biologie - de la couleur des yeux et du type de cheveux à la forme du crâne et aux fonctions cérébrales. Ces derniers résultats ont largement confirmé une séparation de notre lignée il y a environ 350 000 ans. Mais lorsque le nouveau génome de Néandertal a été comparé en détail avec des humains modernes de différents continents, les résultats ont produit une tournure intrigante de notre histoire évolutive : les génomes des peuples d'Europe, de Chine et de Nouvelle-Guinée étaient légèrement plus proches de la séquence de Néandertal que ceux de Africains. Ainsi, si vous êtes européen, asiatique ou néo-guinéen, vous pourriez avoir 2,5% d'ADN de Néandertal dans votre constitution génétique.

L'explication la plus probable de cette découverte est que les ancêtres des Européens, des Asiatiques et des Néo-Guinéens d'aujourd'hui se sont croisés avec des Néandertaliens (ou du moins avec une population qui avait une composante de gènes néandertaliens) en Afrique du Nord, en Arabie ou au Moyen-Orient, à leur sortie Afrique il y a environ 60 000 ans. Cet ancien exode humain peut n'avoir impliqué que quelques milliers de personnes, il aurait donc fallu l'absorption de seulement quelques Néandertaliens dans un groupe de H. sapiens car l'effet génétique – grandement amplifié par l'explosion du nombre d'humains modernes – se fera sentir des dizaines de milliers d'années plus tard.

La percée dans la reconstruction d'un génome de Néandertal s'est reflétée dans toute l'Asie dans des travaux tout aussi remarquables sur le groupe humain qui est devenu connu sous le nom de « Denisovans ». Un os de doigt fossile, vieux d'environ 40 000 ans, trouvé dans la grotte de Denisova, en Sibérie, avec une énorme molaire, n'a pas pu être attribué à une espèce humaine particulière, bien qu'une grande partie de son génome ait également été reconstruite. Cela a révélé une ramification asiatique jusqu'alors non reconnue de la lignée de Néandertal, mais encore une fois avec une torsion. Ces Dénisoviens sont également liés à un groupe d'humains vivants – les Mélanésiens d'Asie du Sud-Est (et probablement aussi leurs voisins australiens). Ces groupes portent également environ 5% de l'ADN de Denisovan d'un autre événement de métissage qui a dû se produire lorsque leurs ancêtres ont traversé l'Asie du Sud il y a plus de 40 000 ans.

Alors, où cette complexité supplémentaire et cette preuve de métissage avec les Néandertaliens et les Dénisoviens laissent-elles mon modèle préféré des origines africaines récentes ? A-t-il été réfuté au profit du modèle multirégional, comme certains l'ont prétendu ? Je ne pense pas. Comme nous l'avons vu, en 1970, aucun scientifique ne pensait que l'Afrique était le foyer de l'évolution de l'homme moderne, la région était considérée comme arriérée et largement hors de propos, le pendule de l'opinion scientifique oscillant fortement vers les modèles d'ascendance non africaine et néandertalienne. Vingt ans plus tard, le pendule commençait à se déplacer en faveur de nos origines africaines, alors que les preuves fossiles commençaient à être renforcées par les signaux clairs de l'ADN mitochondrial. Le pendule est allé encore plus loin avec l'augmentation des données fossiles, archéologiques et génétiques dans les années 1990.

Maintenant, l'avènement d'énormes quantités de données ADN, y compris les génomes de Néandertal et de Denisovan, a stoppé et même inversé cette oscillation du pendule, loin du remplacement absolu. Au lieu de cela, nous examinons un modèle mixte de remplacement-hybridation ou de "remplacement par fuite". Ce dynamisme est ce qui rend l'étude de l'évolution humaine si fascinante. La science ne consiste pas à avoir raison ou tort, mais à s'approcher progressivement de la vérité sur le monde naturel.

Le tableau d'ensemble est que nous sommes encore majoritairement d'origine africaine récente (plus de 90 % de notre ascendance génétique). Mais y a-t-il une raison particulière à cette observation ? Dans l'ensemble, la prééminence de l'Afrique dans l'histoire de nos origines n'implique pas une voie évolutive particulière mais est une question de zones habitables toujours vastes du continent qui ont donné de plus grandes possibilités de variations morphologiques et comportementales, et de développement d'innovations génétiques et comportementales. et être conservé. La « modernité » n'était pas un ensemble qui avait une origine dans une époque, un lieu et une population africains, mais était un composite dont les éléments sont apparus à des moments et des lieux différents, puis se sont progressivement fusionnés pour prendre la forme que nous connaissons aujourd'hui.

Mes études m'ont conduit à une plus grande reconnaissance dans l'évolution humaine récente des forces de la démographie (le besoin de grandes populations et des réseaux sociaux pour progresser), de la dérive et de la contingence (événements fortuits) et de la sélection culturelle plutôt que naturelle que je ne l'avais envisagé. avant. Il semble que le "progrès" culturel ait été une affaire d'arrêt pour une grande partie de notre évolution, jusqu'à ce que les groupes humains soient grands, aient des individus à longue durée de vie et de vastes réseaux sociaux, contribuant tous à maximiser les chances que les innovations survivent et s'accumulent.

Linné a dit de Homo sapiens "connais toi toi même". Se connaître soi-même signifie reconnaître que devenir moderne est le chemin que nous percevons lorsque nous jetons un regard rétrospectif sur notre propre histoire évolutive. Cette histoire nous semble particulière, bien sûr, parce que nous lui devons notre existence même. Ces figures de l'espèce humaine (généralement des hommes, qui deviennent de plus en plus glabres et à la peau claire) défilant avec audace sur la page ont illustré notre évolution dans de nombreux articles populaires, mais elles ont à tort enchâssé l'idée que l'évolution n'était qu'une progression menant à nous, son sommet et réalisation finale.

Rien ne pouvait être plus loin de la vérité. Il y avait beaucoup d'autres chemins qui auraient pu être empruntés, dont beaucoup auraient conduit à l'absence d'humains du tout, d'autres à l'extinction, et d'autres encore à une version différente de la "modernité". Nous ne pouvons habiter qu'une seule version de l'être humain - la seule version qui survit aujourd'hui - mais ce qui est fascinant, c'est que la paléoanthropologie nous montre ces autres chemins pour devenir humain, leurs succès et leur éventuelle disparition, que ce soit par échec ou par pure malchance.

Parfois, la différence entre l'échec et le succès dans l'évolution est étroite. Nous sommes certainement sur le fil du rasoir maintenant, alors que nous sommes confrontés à une planète surpeuplée et à la perspective d'un changement climatique mondial à une échelle à laquelle les humains n'ont jamais été confrontés auparavant. Espérons que notre espèce sera à la hauteur du défi.

Le professeur Chris Stringer est le responsable de la recherche sur les origines humaines au Natural History Museum de Londres


Des experts remettent en question une étude prétendant identifier le lieu de naissance de tous les humains

Une nouvelle étude génétique suggère que tous les humains modernes retracent nos ancêtres à un seul endroit en Afrique australe il y a 200 000 ans. Mais les experts disent que l'étude, qui analyse l'ADN de personnes vivantes, n'est pas assez complète pour déterminer l'origine de notre espèce.

"Je suis persuadé que l'Afrique australe était une zone importante pour l'évolution humaine", déclare Aylwyn Scally, généticienne des populations de l'Université de Cambridge au Royaume-Uni, qui n'a pas participé aux travaux. Mais, dit-il, les études sur l'ADN des personnes vivantes ne peuvent pas révéler l'emplacement précis de nos ancêtres. "Ce serait étonnant si toute notre ascendance génétique à cette époque provenait d'une petite patrie."

Les humains modernes sont apparus en Afrique il y a au moins 250 000 à 300 000 ans, révèlent les fossiles et l'ADN. Mais les scientifiques ont été incapables d'identifier une patrie plus spécifique parce que les premiers Homo sapiens des fossiles se trouvent à travers l'Afrique, et l'ADN ancien des fossiles africains est rare et pas assez vieux.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont collecté des échantillons de sang de 200 personnes vivantes dans des groupes dont l'ADN est mal connu, y compris des butineurs et des chasseurs-cueilleurs en Namibie et en Afrique du Sud qui parlent les langues Khoisan avec des consonnes clic. Les auteurs ont analysé l'ADN mitochondrial (ADNmt), un type d'ADN hérité uniquement des mères, et l'ont comparé à l'ADNmt dans les bases de données de plus de 1000 autres Africains, principalement d'Afrique australe. Ensuite, les chercheurs ont trié comment tous les échantillons étaient liés les uns aux autres sur un arbre généalogique.

Confirmant des études antérieures, les données révèlent qu'une lignée d'ADNmt chez les locuteurs Khoisan - L0 - est la plus ancienne lignée d'ADNmt connue chez les personnes vivantes. Les travaux resserrent également la date d'origine de L0 à environ 200 000 ans (avec une plage d'erreur de 165 000 à 240 000, les études précédentes avaient une plage d'erreur de 150 000 à 250 000), rapporte l'équipe aujourd'hui dans Nature. Parce qu'aujourd'hui, cette lignée ne se trouve que chez les peuples d'Afrique australe, les personnes portant la lignée L0 vivaient en Afrique australe et formaient la population ancestrale de tous les humains vivants, explique l'auteur principal Vanessa Hayes, génomique à l'Institut de recherche médicale Garvan et à l'Université. de Sydney en Australie.

Vanessa Hayes a longtemps étudié les Juǀ’hoansi du désert du Kalahari en Namibie qui parlent une langue click Khoisan.

Plus précisément, Hayes et ses collègues soutiennent que la patrie se trouvait dans ce qui est maintenant la région du Kalahari au nord du Botswana. Bien que le Kalahari soit aujourd'hui principalement désertique et salé, il s'agissait d'une zone humide luxuriante il y a 200 000 à 130 000 ans près de ce qui aurait été le plus grand lac d'Afrique, selon les données climatiques et les simulations de l'étude.

L'équipe propose que les personnes avec l'ADNmt L0 ont prospéré dans leur patrie du Kalahari jusqu'à il y a environ 130 000 à 110 000 ans, lorsque le changement climatique a ouvert des couloirs verts au nord-est et au sud-ouest. Certaines personnes ont quitté leur pays d'origine et ont développé de nouvelles lignées d'ADNmt identifiées par l'équipe.

Mais l'ADNmt seul chez les personnes vivantes est un outil médiocre pour suivre l'histoire ancienne de la population en Afrique, explique la généticienne évolutionniste Sarah Tishkoff de l'Université de Pennsylvanie. L'ADNmt ne retrace qu'une seule lignée génétique transmise des mères à leurs enfants au fil du temps. Si les chercheurs avaient retracé l'évolution des chromosomes Y hérités des pères ou de tout gène nucléaire hérité des deux parents, ils auraient peut-être obtenu de nombreuses réponses différentes, ajoute Scally.

Hayes répond que l'équipe a choisi l'ADNmt parce qu'il n'est pas mélangé au début du développement fœtal comme le font les autres types d'ADN. En conséquence, il peut être utilisé pour retracer l'évolution des personnes vivantes en ligne directe avec un petit nombre d'ancêtres féminins qui n'ont vécu qu'en Afrique australe, dit-elle. "Cela agit comme une capsule temporelle pour nos mères ancestrales." La plupart des données sur les chromosomes Y des locuteurs Khoisan ont disparu alors que les hommes se sont mélangés à d'autres groupes, dit-elle.

Les critiques avertissent également que les ancêtres féminins des locuteurs Khoisan n'ont peut-être pas vécu au même endroit il y a 200 000 ans. Les femmes ancestrales de la lignée L0 auraient pu migrer vers l'Afrique australe d'ailleurs ou faire partie d'une population plus large dont les descendants en dehors de l'Afrique australe se sont éteints, dit Tishkoff.

L'essentiel, selon le généticien des populations Pontus Skoglund du Francis Crick Institute de Londres, est que les populations se déplacent et se mélangent tellement au cours des millénaires que l'étude de l'ADN d'êtres humains vivants est «très limitée lorsqu'il s'agit de reconstituer ce qui est arrivé aux populations de 70 000 à 200 000. il y a des années." Pour cela, dit-il, vous avez besoin d'ADN ancien. Ou des fossiles bien datés.


5. Homo rudolfensis

Dans Homo rudolfensis la capacité crânienne basée sur la nouvelle construction aurait été réduite de 752 cm³ à environ 526 cm³. Par rapport à d'autres plus âgés Homo habilis fossiles, la mandibule et la mâchoire de homo rudolfensis ne rentrait pas dans les limites de variation de la Homo habilis. Homo rudolfensis affiche moins de prognathisme et une boîte crânienne plus ronde plutôt qu'un cas de cerveau bunning. Même si le dimorphisme sexuel était pris en compte, la différence de taille dans la mandibule et les dents serait trop grande par rapport à Homo habilis. Un mâle Homo rudolfensis a des dents massives par rapport à une femme Homo habilis, et il dépeint un cas de cerveau beaucoup plus grand.


Trois espèces semblables à l'homme vivaient côte à côte dans l'Afrique ancienne

Les résultats soulignent une compréhension croissante du fait que la situation actuelle, où une espèce humaine domine le globe, peut être inhabituelle par rapport au passé évolutif.

Les nouvelles preuves proviennent des efforts déployés pour dater les ossements découverts dans un complexe de grottes près de Johannesburg.

Le nouveau travail a également révélé le premier exemple connu de l'homo erectus, une espèce considérée comme un ancêtre direct de l'homme moderne (Homo sapiens).

Les trois groupes d'hominidés (créatures ressemblant à des humains) appartenaient à Australopithèque (le groupe rendu célèbre par le fossile "Lucy" d'Ethiopie), Paranthrope et Homo - mieux connu sous le nom d'humains.

Andy Herries, de l'Université LaTrobe de Melbourne, en Australie, et ses collègues ont évalué les restes trouvés dans le complexe de la grotte de Drimolen à l'aide de trois techniques de datation scientifiques différentes : la résonance de spin électronique, le paléomagnétisme et la datation uranium-plomb.

"Nous avons rassemblé toutes les dates de chacune de ces techniques et ensemble, elles ont montré que nous avions un âge très précis. Nous savons maintenant que la carrière principale de Drimolen et tous les fossiles qu'elle contient sont datés de 2,04 à 1,95 million d'années », a déclaré la co-auteure Stephanie Baker, de l'Université de Johannesburg.

Le complexe de Drimolen a produit plusieurs fossiles anciens au fil des ans, y compris ceux d'anciens hominidés.

Mais il y a quelques années, des chercheurs ont découvert deux nouvelles calottes. L'un d'eux appartenait à l'espèce relativement primitive Paranthropus robustus. L'autre était d'apparence plus moderne et a été identifiée comme l'homo erectus. Ils ont nommé le H. erectus calotte DNH 134.

l'homo erectus est l'un de nos ancêtres humains directs et a peut-être été la première espèce humaine à migrer d'Afrique vers le reste du monde. Non seulement c'est le premier exemple de l'espèce dans le monde, mais c'est le seul spécimen connu d'Afrique du Sud.

"Jusqu'à cette découverte, nous avons toujours supposé l'homo erectus originaire d'Afrique de l'Est. Mais DNH 134 montre que l'homo erectus, l'un de nos ancêtres directs, vient peut-être plutôt d'Afrique australe », a déclaré Stephanie Baker.

"Cela signifierait qu'ils se sont ensuite déplacés vers le nord en Afrique de l'Est. De là, ils ont traversé l'Afrique du Nord pour peupler le reste du monde.»

Nous pensions autrefois à l'évolution humaine comme une progression linéaire, les humains modernes émergeant à la fin comme le summum du développement évolutif. Mais partout où nous regardons, il est de plus en plus clair que la vraie image était beaucoup plus compliquée.

À titre d'exemple, une autre étude publiée cette semaine dans la revue Nature a utilisé des techniques modernes pour dater un crâne bien conservé trouvé dans une carrière à Kabwe, en Zambie, en 1921. Le crâne qui est plus primitif que ceux des humains modernes, mais plus avancé que l'homo erectus, était considéré comme vieux d'environ 500 000 ans d'après son anatomie.

Il est considéré par de nombreux chercheurs comme appartenant à une espèce appelée Homo heidelbergensis - un ancêtre commun des humains modernes et des Néandertaliens.

Mais les scientifiques qui ont daté de petits échantillons d'os et de dents du crâne, ainsi que d'autres matériaux associés au spécimen, ont montré qu'il est beaucoup plus jeune - entre 324 000 et 276 000 ans.

L'auteur principal, le professeur Chris Stringer, du Natural History Museum de Londres, au Royaume-Uni, a déclaré: "C'est étonnamment jeune, car un fossile d'environ 300 000 ans devrait présenter des caractéristiques intermédiaires entre H. heidelbergensis et H. sapiens. Mais Broken Hill ne montre aucune caractéristique significative de notre espèce."

La découverte implique qu'au moins trois espèces différentes d'Homo coexistaient à cette époque en Afrique.

Le professeur Stringer a ajouté: "Auparavant, le crâne de Broken Hill était considéré comme faisant partie d'une séquence évolutive progressive et généralisée en Afrique, des humains archaïques aux humains modernes. Mais maintenant, il semble que l'espèce primitive Homo naledj'ai survécu en Afrique australe, H. heidelbergensis était en Afrique du centre-sud, et les premières formes de notre espèce existaient dans des régions comme le Maroc et l'Éthiopie."

Dans une autre étude importante sur l'évolution humaine cette semaine, les chercheurs ont analysé des protéines anciennes datant de 1,9 million d'années. l'homo erectus fossiles trouvés à Dmanisi en Géorgie et d'une espèce connue sous le nom de Homo ancêtre, qui aurait été présente en Espagne d'il y a 1,2 million d'années à 800 000 ans.

The protein analysis helped establish relationships between the two species and other hominins for which we have DNA data. The use of proteins is helping extend our knowledge of evolutionary relationships beyond the ages at which it becomes difficult to obtain DNA evidence, because of the breakdown of the molecule over time.

L'étude a montré que H. antecessor, whose validity as a separate species has been questioned in the past, is a close sister lineage to modern humans and other recent Homo species, such as Neanderthals and Denisovans.


The first migrations out of Africa

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About 2 million years ago, the first of our ancestors moved northwards from their homelands and out of Africa.

Why did it take so long to leave Africa?

The extensive arid environments of northern Africa and the Middle East were a major barrier blocking movement out of Africa. Before they could spread out of Africa, our ancestors needed to develop physical and mental capabilities that would enable them to survive in these harsh environments where food and fresh water were highly seasonal resources.

Who left Africa first?

Homo ergaster (or African l'homo erectus) may have been the first human species to leave Africa. Fossil remains show this species had expanded its range into southern Eurasia by 1.75 million years ago. Their descendents, Asian l'homo erectus, then spread eastward and were established in South East Asia by at least 1.6 million years ago.

However, an alternate theory proposes that hominins migrated out of Africa before Homo ergaster evolved, possibly about 2 million years ago, prior to the earliest dates of l'homo erectus en Asie. These hominins may have been either australopithicines or, more likely, an unknown species of Homo, similar in appearance to Homo habilis. In this theory, the population found at Dmanisi represent a missing link in the evolution of Homo erectus/Homo ergaster. Perhaps too, the evolution of Homo ergaster occurred outside of Africa and there was considerable gene flow between African and Eurasian populations.

This theory has gained more support in recent years due to DNA research. Evidence from a genetic study indicates an expansion out of Africa about 1.9 million years ago and gene flow occurring between Asian and African populations by 1.5 million years ago. More physical evidence is needed from key areas in Eurasia such as Iran, Afghanistan and Pakistan, but politics is currently making this difficult.

What made it possible to leave Africa?

While there is some debate about whether Homo ergaster was the first of our ancestors to leave Africa, they did possess the physical and cultural attributes that would have aided dispersal through the arid environments of northern Africa and the Middle East. These attributes included:

  • a modern body shape with an efficient striding gait suited to travelling over long distances, although smaller statures are represented in the remains from Dmanisi
  • a sufficiently developed intelligence to cope with unfamiliar environments, although did not require a brain size much bigger than Homo habilis, with an average brain size of 610cc
  • improved technology to aid subsistence (Oldowan-style tools or Mode1 Technology have been found at sites in Dmanisi, Georgia, and northern China, both dating to 1.7 million years old)
  • a diet that included more meat and which increased the food supply options in seasonally arid environments

Who left Africa next?

After the first early dispersals out of Africa, various other groups of early humans spread out of Africa as their populations grew. These dispersals were not regular or constant but instead occurred as waves of dispersal during periods with favourable climatic and environmental conditions.

These waves of dispersal out of Africa included movements eastward across southern Asia more than one million years ago and movements into western Europe within the last 900,000 years. Movements back into Africa also occurred.

Modern human migrations

More recently, modern humans began their dispersal out of Africa. This dispersal appears to have taken two forms - irregular occupation of the Levant and nearby sites by small populations and then migration on a mass scale.

Le plus ancien connu Homo sapiens fossils outside of Africa come from caves in Israel - Misliya (about 180,000 years old), Skhul (about 90,000 years old) and Qafzeh (about 120,000 years old). These probably represent populations that intermittently occupied the region and it is unlikely that there was direct evolutionary continuity between the Misliya and later Skhul/Qafzeh peoples. Genetic studies also support the idea of earlier dispersals of modern humans out of Africa starting from about 220,000 years ago.

There is also evidence in the form of stone tools that indicate the possibility that earlier dispersals reached beyond the Levant. Stone tools have been found in India dating to about 74,000 years old, in Yemen dating to between 70,000 and 80,000 years old, and in the United Arab Emirates dating to about 80,000 years old. Some of these tools resemble African Middle Stone Age technology, others are more like those used by Neanderthals in Europe and Homo sapiens and Neanderthals in the Levant. No human remains were found with the tools, but as Neanderthals have not been found in these regions, it is assumed the makers were modern humans.

Most experts conclude, from genetic and material evidence, that migration on a mass scale only occurred within the last 60,000 years or so.

By 100,000 years ago, humans had dispersed and diversified into at least four species. Our own species, Homo sapiens, lived in Africa and the Middle East, Homo neanderthalensis lived in Europe, and Homo floresiensis in southern Asia. DNA from human remains in Denisova cave, Russia, indicates a fourth species was also still extant when Homo sapiens was migrating through southern Asia about 60,000 years ago. Modern Melanesians have about 4% of this DNA. The species is unknown, but may be late surviving Homo heidelbergensis or a yet-to-be-discovered species. This diversity disappeared about 28,000 years ago, however, and only one human species now survives.


Earliest Evidence Of Modern Humans Detected

Evidence of early humans living on the coast in South Africa, harvesting food from the sea, employing complex bladelet tools and using red pigments in symbolic behavior 164,000 years ago, far earlier than previously documented, is being reported in the journal Nature.

The international team of researchers reporting the findings include Curtis Marean, a paleoanthropologist with the Institute of Human Origins at Arizona State University and three graduate students in the School of Human Evolution and Social Change.

"Our findings show that at 164,000 years ago in coastal South Africa humans expanded their diet to include shellfish and other marine resources, perhaps as a response to harsh environmental conditions," notes Marean, a professor in ASU's School of Human Evolution and Social Change. "This is the earliest dated observation of this behavior."

Further, the researchers report that co-occurring with this diet expansion is a very early use of pigment, likely for symbolic behavior, as well as the use of bladelet stone tool technology, previously dating to 70,000 years ago.

These new findings not only move back the timeline for the evolution of modern humans, they show that lifestyles focused on coastal habitats and resources may have been crucial to the evolution and survival of these early humans.

Searching for beginnings

After decades of debate, paleoanthropologists now agree the genetic and fossil evidence suggests that the modern human species -- Homo sapiens -- evolved in Africa between 100,000 and 200,000 years ago.

Yet, archaeological sites during that time period are rare in Africa. And, given the enormous expanse of the continent, where in Africa did this crucial step to modern humans occur?

"Archaeologists have had a hard time finding material residues of these earliest modern humans," Marean says. "The world was in a glacial stage 125,000 to 195,000 years ago, and much of Africa was dry to mostly desert in many areas food would have been difficult to acquire. The paleoenvironmental data indicate there are only five or six places in all of Africa where humans could have survived these harsh conditions."

In seeking the "perfect site" to explore, Marean analyzed ocean currents, climate data, geological formations and other data to pin down a location where he felt sure to find one of these progenitor populations: the Cape of South Africa at Pinnacle Point.

"It was important that we knew exactly where to look and what we were looking for," says Marean. This type of research is expensive and funding is competitive. Marean and the team of scientists who set out to Pinnacle Point to search for this elusive population, did so with the help of a $2.5 million grant from the National Science Foundation's Human Origins: Moving in New Directions (HOMINID) program.

Their findings are reported in the Nature paper "Early human use of marine resources and pigment in South Africa during the Middle Pleistocene." In addition to Marean, authors on the paper include three graduate students in ASU's School of Human Evolution and Social Change: Erin Thompson, Hope Williams and Jocelyn Bernatchez. Other authors are Miryam Bar-Matthews of the Geological Survey of Israel, Erich Fisher of the University of Florida, Paul Goldberg of Boston University, Andy I.R. Herries of the University of New South Wales (Australia), Zenobia Jacobs of the University of Wollongong (Australia), Antonieta Jerardino of the University of Cape Town (South Africa), Panagiotis Karkanas of Greece's Ministry of Culture, Tom Minichillo of the University of Washington, Ian Watts from London and excavation co-director Peter J. Nilssen of the Iziko South African Museum.

The Middle Stone Age, dated between 35,000 and 300,000 years ago, is the technological stage when anatomically modern humans emerged in Africa, along with modern cognitive behavior, says Marean. When, however, within that stage modern human behavior arose is currently debated, he adds.

"This time is beyond the range of radiocarbon dating, yet the dates on the finds published here are more secure than is typical due to the use of two advanced and independent techniques," Marean says.

Uranium series dates were attained by Bar-Matthews on speleothem (the material of stalagmites), and optically stimulated luminescence dates were developed by Jacobs. According to Marean, the latter technique dates the last time that individual grains of sand were exposed to light, and thousands of grains were measured.

Migrating along the coast

"Generally speaking, coastal areas were of no use to early humans -- unless they knew how to use the sea as a food source" says Marean. "For millions of years, our earliest hunter-gatherer relatives only ate terrestrial plants and animals. Shellfish was one of the last additions to the human diet before domesticated plants and animals were introduced."

Before, the earliest evidence for human use of marine resources and coastal habitats was dated about 125,000 years ago. "Our research shows that humans started doing this at least 40,000 years earlier. This could have very well been a response to the extreme environmental conditions they were experiencing," he says.

"We also found what archaeologists call bladelets -- little blades less than 10 millimeters in width, about the size of your little finger," Marean says. "These could be attached to the end of a stick to form a point for a spear, or lined up like barbs on a dart -- which shows they were already using complex compound tools. And, we found evidence that they were using pigments, especially red ochre, in ways that we believe were symbolic," he describes.

Archaeologists view symbolic behavior as one of the clues that modern language may have been present. The earliest bladelet technology was previously dated to 70,000 years ago, near the end of the Middle Stone Age, and the modified pigments are the earliest securely dated and published evidence for pigment use.

"Coastlines generally make great migration routes," Marean says. "Knowing how to exploit the sea for food meant these early humans could now use coastlines as productive home ranges and move long distances."

Results reporting early use of coastlines are especially significant to scientists interested in the migration of humans out of Africa. Physical evidence that this coastal population was practicing modern human behavior is particularly important to geneticists and physical anthropologists seeking to identify the progenitor population for modern humans.

"This evidence shows that Africa, and particularly southern Africa, was precocious in the development of modern human biology and behavior. We believe that on the far southern shore of Africa there was a small population of modern humans who struggled through this glacial period using shellfish and advanced technologies, and symbolism was important to their social relations. It is possible that this population could be the progenitor population for all modern humans," Marean says.

The research is detailed in the October 18 issue of Nature.

Source de l'histoire :

Matériel fourni par Université de l'État d'Arizona. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


Evolution: A Game of Chance | Observations

One of the toughest concepts to grasp about evolution is its lack of direction. Take the classic image of the evolution of man, from knuckle-walking ape to strong, smart hunter:

We view this as the natural progression of life. Truth is, there was no guarantee that some big brained primates in Africa would end up like we are now. It wasn't inevitable that we grew taller, less hairy, and smarter than our relatives. And it certainly wasn't guaranteed that single celled bacteria-like critters ended up joining forces into multicellular organisms, eventually leading to big brained primates!

Evolution isn't predictable, and randomness is key in determining how things change. But that's not the same as saying life evolves by chance. That's because while the cause of evolution is random (mutations in our genes) the processes of evolution (selection) is not. It's kind of like playing poker - the hand you receive is random, but the odds of you winning with it aren't. And like poker, it's about much more than just what you're dealt. Outside factors - your friend's ability to bluff you in your poker game, or changing environmental conditions in the game of life - also come into play. So while evolution isn't random, it is a game of chance, and given how many species go extinct, it's one where the house almost always wins.

Of course chance is important in evolution. Evolution occurs because nothing is perfect, not even the enzymes which replicate our DNA. All cells proliferate and divide, and to do so, they have to duplicate their genetic information each time. The enzymes which do this do their best to proof-read and ensure that they're faithful to the original code, but they make mistakes. They put in a guanine instead of an adenine or a thymine, and suddenly, the gene is changed. Most of these changes are silent, and don't affect the final protein that each gene encodes. But every once in awhile these changes have a bigger impact, subbing in different amino acids whose chemical properties alter the protein (usually for the worse, but not always).Or our cells make bigger mistakes - extra copies of entire genes or chromosomes, etc.

These genetic changes don't anticipate an individual's needs in any way. Giraffes didn't "evolve" longer necks because they wanted to reach higher leaves. We didn't "evolve" bigger brains to be better problem solvers, social creatures, or hunters. The changes themselves are Aléatoire*. The mechanisms which influence their frequency in a population, however, aren't. When a change allows you (a mutated animal) to survive and reproduce more than your peers, it's likely to stay and spread through the population. C'est sélection, the mechanism that drives evolution. This can mean either natural selection (because it makes you run faster or do something to survive in your environment) or sexual selection (because even if it makes you less likely to survive, the chicks dig it). Either way the selection isn't random: there's a reason you got busier than your best friend and produced more offspring. But the mutation occurring in the first place - now cette was luck of the draw.

Mistakes made by genetic machinery can lead to huge differences in organisms. Take flowering plants, for example. Flowering plants have a single gene that makes male and female parts of the flower. But in many species, this gene was accidentally duplicated about 120 million years ago. This gene has mutated and undergone selection, and has ended up modified in different species in very different ways. In rockcress (Arabidopsis), the extra copy now causes seed pods to shatter open. But it's in snap dragons that we see how the smallest changes can have huge consequences. They, too, have two copies of the gene to make reproductive organs. But in these flowers, each copy fairly exclusively makes either male or female parts. This kind of male/female separation is the first step towards the sexes split into individual organisms, like we do. Pourquoi? It turns out that mutations causing the addition of a single amino acid in the final protein makes it so that one copy of the gene can only make male bits. C'est ce. UNE single amino acid makes a gene male-only instead of both male and female.

Or, take something as specialized as flight. We like to think that flight evolved because some animals realized (in some sense of the word) the incredible advantage it would be to take to the air. But when you look at the evolution of flight, instead, it seems it evolved, in a sense, by accident. Take the masters of flight - birds - for example.

There are a few key alterations to bird bodies that make it so they can fly. The most obvious, of course, are their feathers. While feathers appear to be so ideally designed for flight, we are able to look back and realize that feathers didn't start out that way. Through amazing fossil finds, we're able to glimpse at how feathers arose, and it's clear that at first, they were used for anything but airborne travel. These protofeathers were little more than hollow filaments, perhaps more akin to hairs, that may have been used in a similar fashion. More mutations occurred, and these filaments began to branch, join together. Indeed, as we might expect for a structure that is undergoing selection and change, there are dinosaurs with feather-like coverings of all kinds, showing that there was a lot of genetic experimentation and variety when it came to early feathers. Not all of these protofeathers were selected for, though, and in the end only one of these many forms ended up looking like the modern feather, thus giving a unique group of animals the chance to fly.

There's a lot of variety in what scientists think these early feathers were used for, too. Modern birds use feathers for a variety of functions, including mate selection, thermoregulation and camouflage, all of which have been implicated in the evolution of feathers. There was no plan from the beginning, nor did feathers arise overnight to suddenly allow dinosaurs to fly. Instead, accumulations of mutations led to a structure that happened to give birds the chance to take to the air, even though that wasn't its original use.

The same is true for flying insects. Back in the 19 th century, when evolution was fledging as a science, St. George Jackson Mivart asked "What use is half a wing?" At the time he intended to humiliate the idea that wings could have developed without a creator. But studies on insects have shown that half a wing is actually quite useful, particularly for aquatic insects like stoneflies (close relatives of mayflies). Scientists experimentally chopped down the wings of stoneflies to see what happened, and it turned out that though they couldn't fly, they could sail across the water much more quickly while using less energy to do so. Indeed, early insect wings may have functioned in gliding, only later allowing the creatures to take to the air. Birds can use half a wing, too - undeveloped wings help chicks run up steeper hills - so half a wing is quite a useful thing.

But what's really key is that if you rewound time and took one of the ancestors of modern birds, a dino with proto-feathers, or a half-winged insect and placed it in the same environment with the same ecological pressures, its decedents wouldn't necessarily fly.

That's because if you do replay evolution, you never know what will happen. Recently, scientists have shown this experimentally in the lab with E. coli bactéries. They took a strain of E. coli and separated it into 12 identical petri dishes containing a novel food source that the bacteria could not digest, thus starting with 12 identical colonies in an environment with strong selective pressure. They grew them for some 50,000 generations. Every 500 generations, they froze some of the bacteria. Some 31,500 generations later, one of the twelve colonies developed the ability to feed off of the new nutrient, showing that despite the fact that all of them started the same, were maintained in the same conditions and exposed to the exact same pressures, developing the ability to metabolize the new nutrient was not a guarantee. But even more shocking was that when they replayed cette colony's history, they found that ce didn't always develop the ability, either. In fact, when replayed anywhere from the first to the 19,999th generation, no luck. Some change occurring in the 20,000 generation or so - a good 11,500 generations before they were able to metabolize the new nutrient - had to be in place for the colony to gain its advantageous ability later on.

There's two reasons for this. The first is that the mutations themselves are random, and the odds of the same mutations occurring in the same order are slim. But there's another reason we can't predict evolution: genetic alterations ne pas have to be 'good' (from a selection standpoint) to stick around, because selection isn't the only evolutionary mechanism in play. Yes, selection is a big one, but there can be changes in the frequency of a given mutation in a population without selection, too. Genetic drift occurs when events change the gene frequencies in a population for no reason whatsoever. A massive hurricane just happens to wipe out the vast majority of a kind of lizard, for example, leaving the one weird colored male to mate with all the girls. Later, that color may end up being a good thing and allowing the lizards to blend in a new habitat, or it may make them more vulnerable to predators. Genetic drift doesn't care one bit.

Every mutation is a gamble. Even the smallest mutations - a change of a single nucleotide, called a point mutation - matter. They can lead to terrible diseases in people like sickle cell anemia and cystic fibrosis. Of course, point mutations also lead to antibiotic resistance in bacteria.

What does the role of chance mean for our species? Well, it has to do with how well we can adapt to the changing world. Since we can't force our bodies to mutate beneficial adaptations (no matter what Marvel tells you), we rely on chance to help our species continue to evolve. And believe me, we as a species need to continue to evolve. Our bodies store fat because in the past, food was sporadic, and storing fat was the best solution to surviving periods of starvation. But now that trait has led to an epidemic of obesity, and related diseases like diabetes. As diseases evolve, too, our treatments fail, leaving us vulnerable to mass casualties on the scale of the bubonic plague. We may very well be on the cusp of the end of the age of man, if random mutations can't solve the problems presented by our rapidly changing environment. What is the likelihood that man will continue to dominate, proliferate, and stick around when other species go extinct? Well, like any game of chance, you have to look at the odds:

99.99% of all the species that have ever existed are now extinct.

But then again - maybe our species is feeling lucky.

* If you want to get into more detail, actually, mutations aren't completely random. They, too, are governed by natural laws - our machinery is more likely to sub an adenine for a guanine than for a thymine, for example. Certain sections are more likely to be invaded by transposons. etc. But from the viewpoint of selection, these changes are random - as in, a mutation's potential selective advantage or disadvantage has no effect on how likely it is to occur.

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Les opinions exprimées sont celles des auteurs et ne sont pas nécessairement celles de Scientific American.

À PROPOS DES AUTEURS)

Christie Wilcox is a postdoctoral researcher in cellular and molecular biology at the University of Hawaii, where she studies venom. She is also a science blogger and communicator.


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