L'exposition au plomb dans le passé pourrait avoir façonné l'évolution et le langage de l'humanité

Une étude internationale révolutionnaire change l’idée selon laquelle l’exposition au plomb, un métal toxique, est en grande partie un phénomène post-industriel. La recherche révèle que nos ancêtres humains ont été périodiquement exposés au plomb pendant plus de deux millions d’années et que ce métal toxique pourrait avoir influencé l’évolution du cerveau des hominidés, leur comportement et même le développement du langage.

De plus, l’étude – publiée dans Avancées scientifiques – ajoute une pièce au puzzle de la façon dont les humains ont surpassé leurs cousins, les Néandertaliens. Les modèles organoïdes cérébraux dotés de la génétique néandertalienne étaient plus sensibles aux impacts du plomb que les cerveaux humains, ce qui suggère que l'exposition au plomb était plus nocive pour les Néandertaliens.

Dirigée par des chercheurs du groupe de recherche en géoarchéologie et archéométrie (GARG) de l'université Southern Cross (Australie), du département de médecine environnementale de l'école de médecine Icahn de l'hôpital Mount Sinai (New York, États-Unis) et de l'école de médecine de l'université de Californie à San Diego (UCSD, États-Unis), la recherche a combiné une nouvelle géochimie fossile, des expériences de pointe sur les organoïdes cérébraux et une génétique évolutionniste pionnière pour découvrir un surprenant histoire sur le rôle du plomb dans l'histoire de l'humanité.

Un fil toxique à travers l’évolution humaine

Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que l’exposition au plomb était en grande partie un phénomène moderne, lié aux activités humaines telles que l’exploitation minière, la fusion et l’utilisation d’essence et de peinture au plomb. En analysant 51 dents fossiles d'espèces d'hominidés et de grands singes, dont Australopithèque africain, Paranthropus robustetôt Homoles Néandertaliens et Homo sapiensl’équipe a découvert des signatures chimiques claires d’une exposition intermittente au plomb remontant à près de deux millions d’années.

En utilisant la géochimie d'ablation laser de haute précision à l'installation GARG de la Southern Cross University (située à Lismore, Nouvelle-Galles du Sud) et aux installations de pointe Exposomics du Mount Sinai, les chercheurs ont découvert des « bandes de plomb » distinctives dans les dents, formées pendant l'enfance à mesure que l'émail et la dentine se développaient. Ces bandes révèlent des épisodes répétés d'absorption de plomb provenant à la fois de sources environnementales (telles que l'eau contaminée, le sol ou l'activité volcanique) et des réserves osseuses de l'organisme, libérées lors d'un stress ou d'une maladie.

Nos données montrent que l’exposition au plomb n’était pas seulement un produit de la révolution industrielle : elle faisait partie de notre paysage évolutif. »

Professeur Renaud Joannes-Boyau, responsable du groupe de recherche GARG, Southern Cross University

« Cela signifie que le cerveau de nos ancêtres s'est développé sous l'influence d'un métal toxique puissant, ce qui pourrait avoir façonné leur comportement social et leurs capacités cognitives au fil des millénaires. »

Des fossiles à la fonction : le plomb et le gène du langage

L’équipe s’est également tournée vers le laboratoire pour explorer comment cette ancienne exposition aurait pu affecter le développement du cerveau. À l’aide d’organoïdes cérébraux humains, de modèles miniatures du cerveau cultivés en laboratoire, ils ont comparé les effets du plomb sur deux versions d’un gène clé du développement appelé NOVA1un gène connu pour orchestrer l'expression des gènes lors d'une exposition au plomb au cours du développement neurologique. La version humaine moderne de NOVA1 est différent de celui trouvé chez les Néandertaliens et d’autres hominidés disparus, mais jusqu’à présent, les scientifiques ne savaient pas pourquoi ce changement avait évolué.

Quand les organoïdes portent l’archaïque NOVA1 variante ont été exposés au plomb, ils ont montré des perturbations marquées dans l'activité de FOXP2 – exprimant les neurones dans le cortex et le thalamus – régions du cerveau essentielles au développement de la parole et du langage. Cet effet était beaucoup moins prononcé dans les organoïdes avec les technologies modernes. NOVA1 variante.

« Ces résultats suggèrent que notre variante NOVA1 aurait pu offrir une protection contre les effets neurologiques nocifs du plomb », a déclaré le professeur Alysson Muotri, professeur de pédiatrie/médecine cellulaire et moléculaire et directeur du centre de recherche orbital sur les cellules souches spatiales intégrées de l'Institut des cellules souches de l'UC San Diego Sanford.

« C'est un exemple extraordinaire de la façon dont une pression environnementale, dans ce cas, la toxicité du plomb, aurait pu entraîner des changements génétiques qui ont amélioré la survie et notre capacité à communiquer en utilisant le langage, mais qui influencent désormais également notre vulnérabilité à l'exposition moderne au plomb. »

Génétique, neurotoxines et création de l'homme moderne

Les analyses génétiques et protéomiques de cette étude ont révélé que l'exposition au plomb dans les organoïdes de variantes archaïques perturbait les voies impliquées dans le développement neurologique, le comportement social et la communication. Le modifié FOXP2 cette activité indique en particulier un lien possible entre l’exposition au plomb ancienne et le raffinement évolutif des capacités linguistiques chez les humains modernes.

« Cette étude montre comment nos expositions environnementales ont façonné notre évolution », a déclaré le professeur Manish Arora, professeur et vice-président de la médecine environnementale.

« Du point de vue de la compétition inter-espèces, l'observation selon laquelle les expositions toxiques peuvent offrir un avantage global en matière de survie offre un nouveau paradigme à la médecine environnementale pour examiner les racines évolutives des troubles liés aux expositions environnementales. »

Leçons modernes d’un problème ancien

Même si l’exposition au plomb est aujourd’hui principalement due à l’industrie humaine, elle reste un grave problème de santé mondiale, en particulier pour les enfants. Les résultats soulignent à quel point les toxines environnementales et la biologie humaine sont profondément liées et avertissent que notre vulnérabilité au plomb pourrait être un héritage hérité de notre passé.

« Notre travail réécrit non seulement l'histoire de l'exposition au plomb », a ajouté le professeur Joannes-Boyau, « il nous rappelle également que l'interaction entre nos gènes et l'environnement façonne notre espèce depuis des millions d'années et continue de le faire. »

À propos de la recherche

L’étude a analysé des dents fossiles d’Afrique, d’Asie, d’Europe et d’Océanie, à l’aide d’une cartographie géochimique avancée pour identifier les modèles d’exposition au plomb chez les enfants. Expériences en laboratoire avec des organoïdes cérébraux porteurs de virus modernes ou archaïques NOVA1 gènes ont examiné les effets du plomb sur le développement du cerveau, en mettant l'accent sur FOXP2un gène central à la parole et au langage. Des données génétiques, transcriptomiques et protéomiques ont été intégrées pour dresser un tableau complet de la manière dont le plomb a pu influencer l'évolution du comportement social et de la cognition des hominidés.