Une étude récente publiée dans le Communications Biology Journal a résumé les connaissances sur l’anatomie du cerveau à partir des archives fossiles et de l’évolution du cerveau.
Étude: Des fossiles à l’esprit. Crédit d’image : 80’sChild/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
Parce que le cerveau ne se fossilise pas comme les os et les dents, l’observation de l’endocrâne est le seul moyen de comprendre l’anatomie cérébrale externe des espèces disparues.
Le cerveau humain peut être mieux compris en comparant des espèces proches et éloignées. Homo sapiens est un membre des hominidés (grands singes), les bonobos et les chimpanzés étant les plus proches parents existants.
Les hominines comprennent Homo sapiens et des espèces fossiles plus proches des humains que les bonobos ou les chimpanzés. Plusieurs espèces d’hominidés ont évolué et se sont éteintes au cours des six à sept derniers millions d’années.
Dans la présente étude, les auteurs ont passé en revue l’anatomie du cerveau à partir des archives fossiles, en se concentrant principalement sur les hominines, et ont discuté des lacunes dans les connaissances sur l’évolution du cerveau et des progrès dans le domaine.
Données d’endocasts
Les endocasts sont des moulages internes naturels ou synthétiques de l’endocrâne, ressemblant à des cerveaux, qui fournissent des données sur quelques caractéristiques anatomiques grossières. L’étude de l’évolution cérébrale d’espèces éteintes a été possible grâce aux techniques d’endocast. Les empreintes endocrâniennes fossiles peuvent fournir des informations sur la taille du cerveau, la vascularisation et les caractéristiques morphologiques.
Des études d’empreintes vasculaires dans des endocasts fossiles ont révélé des modèles spécifiques chez les premiers hominidés. La réorganisation du système vasculaire chez les premiers hominines est interprétée comme la preuve de l’apparition d’un système de thermorégulation pour refroidir le cerveau dans des conditions hyperthermiques. La taille des artères peut fournir des informations sur le flux sanguin et l’utilisation du glucose dans le cerveau.
Diverses fonctions cérébrales sont latéralisées chez l’homme et d’autres vertébrés. La latéralisation comportementale chez les primates non humains et les humains est liée à l’asymétrie hémisphérique dans l’anatomie des régions du cerveau et la morphologie du corps calleux. Les humains montrent des schémas de latéralisation fonctionnelle plus robustes et cohérents.
Une étude mesurant les modèles et l’ampleur de l’asymétrie dans la forme endocrânienne a rapporté que les humains, les orangs-outans et les gorilles ont à peu près la même ampleur d’asymétrie, mais que les endocasts des chimpanzés étaient moins asymétriques.
Une autre équipe de recherche a révélé que les chimpanzés, les orangs-outans et les gorilles présentaient des schémas d’asymétrie typiques des humains, remettant en question l’idée que l’asymétrie humaine est unique.
Questions non résolues
Le cerveau est l’un des tissus les plus énergivores du corps des mammifères. Le cerveau humain adulte constitue jusqu’à 2 % de la masse corporelle mais consomme 20 % de l’apport énergétique. Déterminer comment les cerveaux humains fonctionnent avec des budgets énergétiques différents des autres nécessite plus d’informations sur l’énergétique cérébrale des autres espèces.
On ne sait pas non plus si les cerveaux humains sont spécialisés dans la fabrication d’outils et si leurs répertoires comportementaux sont associés à l’organisation cérébrale, indépendamment de la taille.
Les réponses à ces questions nécessiteront une connaissance de la relation entre les structures cérébrales et le comportement humain et d’autres espèces. Plus de preuves sur le développement du cerveau inter-espèces pourraient aider à comprendre si les cerveaux humains sont spécialisés pour la plasticité.
Orientations émergentes
Les orientations émergentes pour la recherche future impliquent des collections paléoneurologiques intégrant la neuroimagerie, la biologie cellulaire et moléculaire, des techniques phylogénétiques comparatives, des découvertes paléoanthropologiques et le partage d’outils et de données.
De nouvelles avenues ont émergé pour examiner l’évolution du cerveau des hominines en intégrant les données d’endocast avec la neuroimagerie.
Bien que les approches phylogénétiques soient largement utilisées en biologie évolutive, leur utilisation a été plus limitée concernant les hominines fossiles.
Ces approches peuvent aider à explorer les états ancestraux dans l’évolution du cerveau des hominines et à identifier les différences de taux d’évolution pour certaines branches phylogéniques des hominines. Ils peuvent également être utilisés pour améliorer les prédictions structurelles du cerveau chez les hominines éteintes.
Des analyses d’ADN ancien (ADNa) ont révélé des changements de codage partagés dans la protéine de boîte à fourche P2 (FOXP2) gène lié à certaines formes de plasticité cérébrale chez l’homme, les Dénisoviens et les Néandertaliens. Les méthodes comparatives phylogénétiques pourraient être utilisées pour reconstruire des génomes fossiles à partir des génomes d’espèces existantes lorsque l’ADNa n’est pas disponible.
Les organoïdes jouent un rôle déterminant dans les études d’espèces éteintes et existantes. Les modèles spatiaux d’expression génique dans les organoïdes cérébraux ressemblent à la disposition spatiale du cerveau, facilitant les comparaisons entre les espèces. Les organoïdes ressemblent adéquatement aux systèmes nerveux et peuvent être utilisés pour comprendre les différences de développement entre les espèces.
Remarques finales
Malgré les similitudes avec d’autres cerveaux de mammifères, le cerveau humain reste une valeur aberrante par rapport aux cerveaux des parents les plus proches.
Les nouvelles techniques scientifiques biomédicales, écologiques et géologiques peuvent offrir des opportunités aux archéologues et aux paléontologues, qui pourraient avoir des applications plus larges.
La combinaison d’approches comprenant, mais sans s’y limiter, des méthodes phylogénétiques comparatives, de nouveaux ensembles de données d’ADNa, de nouvelles stratégies expérimentales et des techniques avancées pour étudier l’endocrâne, des preuves archéologiques et le partage de ressources peut offrir de nouvelles possibilités pour étudier l’évolution du cerveau des hominines fossiles.
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