ÉVOLUTION ADAPTATIVE INDIQUÉE PAR LA CULTURE HUMAINE
Il ne fait aucun doute que l’agriculture et son développement continu ont grandement modifié l’environnement humain. Les changements environnementaux induisent souvent une évolution adaptative, et l’homme ne fait pas exception. Je l’illustrerai d’abord par des exemples d’évolution humaine en réponse aux maladies infectieuses. L’agriculture a modifié l’environnement humain de nombreuses façons, mais deux modifications importantes ont été apportées au nombre d’humains et à la densité de leur population locale. Depuis le développement de l’agriculture, la population humaine a augmenté de manière exponentielle. L’agriculture induit un style de vie plus sédentaire, et les gens ont besoin de vivre près de leurs champs. Par conséquent, même les premiers systèmes agricoles ont entraîné une forte augmentation des densités humaines locales. La combinaison de l’augmentation du nombre de personnes et des densités locales a créé un nouvel environnement démographique idéal pour la propagation des maladies infectieuses. De cette manière, l’agriculture a accru l’importance des agents infectieux en tant que facteurs sélectifs dans l’évolution humaine. Les travaux pionniers de Wiesenfeld en sont un bon exemple.5 Le système agricole malaisien, qui s’est d’abord développé en Asie du Sud-Est, fait un usage intensif des racines et des arbres adaptés aux environnements humides et tropicaux. Les peuples de langue malayo-polynésienne qui ont développé ce système agricole sont également devenus d’excellents marins qui ont colonisé de nombreuses îles, dont l’île de Madagascar au large de la côte est de l’Afrique, il y a environ 2000 ans. Le système agricole malaisien a ensuite été repris par les peuples de langue bantoue sur le continent africain il y a environ 1500 ans et s’est rapidement répandu dans les zones humides et tropicales de ce continent. Dans les forêts tropicales intactes d’Afrique, le paludisme est une maladie rare, mais dans les régions où le complexe agricole malaisien a été introduit, le paludisme est devenu courant. L’augmentation du nombre et de la densité des populations a permis à un plus grand nombre d’individus d’être infectés à un moment donné et aux individus infectés de se trouver à proximité d’individus non infectés, ce qui a augmenté la probabilité de transmission de la malaria par les moustiques. Grâce à l’agriculture, le paludisme est devenu un agent infectieux majeur dans cette population humaine, et dans d’autres, et donc un agent sélectif majeur. Le résultat est que les populations humaines ont commencé à s’adapter au paludisme par sélection naturelle. En Afrique subsaharienne, l’une des principales adaptations a été l’augmentation par la sélection naturelle de la fréquence de l’allèle drépanocytaire au locus de la chaîne β de l’hémoglobine, qui confère une résistance au paludisme chez les individus hétérozygotes pour l’allèle drépanocytaire. Des forces sélectives similaires ont été introduites partout où l’agriculture a créé les conditions permettant de faire du paludisme une maladie épidémique durable, et les populations humaines se sont à leur tour adaptées au paludisme en augmentant la fréquence d’un certain nombre d’allèles sur de nombreux loci différents, y compris les diverses thalassémies et les allèles de déficience en glucose-6-phosphate-déshydrogénase en plus de l’allèle drépanocytaire.4 En termes de nombre de personnes affectées, ces adaptations anti-paludisme constituent à elles seules la grande majorité des maladies génétiques mendéliennes classiques qui affligent l’humanité. On a également émis l’hypothèse que d’autres maladies génétiques mendéliennes ont été sélectionnées comme des adaptations à des environnements créés par l’homme. Par exemple, les populations juives ashkénazes présentent des fréquences élevées d’allèles pathologiques sur quatre loci génétiques différents – Tay-Sachs, Gaucher, mucolipidose de type IV et Niemann-Pick – qui entraînent tous des défauts dans le stockage des sphingo-lipides. Motulsky6 a émis l’hypothèse que ces quatre maladies génétiques représentent des adaptations à la tuberculose, qui est devenue à son tour un agent sélectif important en raison de la formation des ghettos, bien que cette hypothèse reste controversée7. Quoi qu’il en soit, il ne fait aucun doute que la plupart des maladies génétiques chez l’homme sont dues à la sélection naturelle qui adapte les populations humaines à des agents infectieux dont l’importance sélective a été augmentée, et non diminuée, par l’évolution culturelle.8
Malgré les progrès de la médecine moderne, les agents infectieux restent aujourd’hui un agent sélectif important chez l’homme. Le fléau du paludisme n’a pas disparu, 20 000 personnes en meurent chaque semaine.9 De plus, à mesure que les populations humaines ont augmenté, nous avons modifié notre environnement en empiétant sur les habitats de plus en plus d’autres espèces. Il en résulte que de nombreuses maladies infectieuses d’autres espèces ont de plus en plus de chances d’infecter les humains, et certains de ces agents infectieux inter-espèces se sont adaptés avec succès à l’homme comme hôte. Ces changements environnementaux induits par la culture ont créé un tout nouveau domaine de préoccupation sanitaire : les maladies infectieuses émergentes. L’un des exemples récents les plus spectaculaires est l’évolution du VIH à partir du SIV, un rétrovirus qui infecte d’autres primates comme les chimpanzés.10 L’adaptation réussie du VIH aux humains a à son tour créé une force sélective pour que les humains s’adaptent au VIH, ce que nous pouvons effectivement observer dans les populations humaines actuelles.11,12
Comme le montrent les exemples ci-dessus, l’évolution culturelle humaine n’a pas empêché les populations humaines de s’adapter aux maladies infectieuses, mais a très probablement intensifié l’évolution adaptative humaine aux maladies infectieuses. Il en va de même pour les maladies systémiques. Plutôt que d’être un héritage évolutif de l’âge de pierre, il existe de nombreuses preuves que les gènes sous-jacents au risque de nombreuses maladies systémiques courantes ont été sélectionnés pour leurs effets après le développement de l’agriculture humaine. L’une des maladies systémiques les plus courantes dont souffre l’homme aujourd’hui est le diabète de type II, qui augmente à un rythme alarmant. Cette augmentation est si rapide qu’elle ne peut pas être due à des changements évolutifs dans la population humaine, mais plutôt à des changements environnementaux, tels que des changements dans le régime alimentaire et le mode de vie.13 Néanmoins, le diabète de type II, et de nombreuses autres maladies systémiques, peuvent encore refléter l’impact de l’évolution adaptative dans l’histoire humaine récente.
L’idée que les gènes prédisposant un individu au diabète de type II pourraient représenter une évolution adaptative récente a été proposée pour la première fois par Neel14 sous le nom d' »hypothèse du génotype économe ». Cette hypothèse postule que les mêmes états génétiques qui prédisposent au diabète entraînent également un déclenchement rapide de l’insuline, même lorsque le phénotype du diabète n’est pas exprimé. Un tel déclenchement rapide est avantageux lorsque les individus souffrent périodiquement de famines, car il minimiserait la perte rénale de glucose et permettrait une utilisation plus efficace de la nourriture. Lorsque la nourriture est plus abondante, la sélection contre ces génotypes serait légère car l’âge d’apparition du phénotype diabétique est généralement postérieur à la plupart des reproductions et parce que les régimes riches en sucre et en calories que l’on trouve dans les sociétés modernes et qui contribuent à déclencher le phénotype diabétique sont très récents dans l’histoire de l’évolution humaine.
Lorsque Neel a proposé cette hypothèse, on savait peu de choses sur les facteurs génétiques qui prédisposeraient un individu au diabète, mais de nombreuses études d’association à l’échelle du génome ont maintenant identifié plusieurs loci génétiques qui ont de tels allèles de prédisposition15. En outre, de nombreuses études de population montrent désormais que l’incidence du diabète dans un environnement alimentaire actuel riche en calories est plus élevée dans les populations ayant un passé récent d’exposition à des famines ou à des régimes hypocaloriques.16-19 Par exemple, les Indiens Pima du Sud-Ouest américain étaient autrefois des chasseurs-cueilleurs et des agriculteurs qui utilisaient l’irrigation pour élever divers groupes, mais principalement du maïs. Cependant, ils vivaient dans une région aride du pays, et leur système agricole basé sur le maïs était sujet à des échecs périodiques en période de sécheresse. Ce phénomène s’est accentué à la fin du XIXe siècle, lorsque les immigrants européens américains ont détourné les sources des rivières utilisées par les Pimas pour l’irrigation, entraînant une famine généralisée. Avec l’effondrement de leur système agricole, les Pimas survivants étaient dépendants d’un régime alimentaire fourni par le gouvernement, composé d’aliments riches en graisses et hautement raffinés. Actuellement, parmi les Indiens Pima adultes, 37 % des hommes et 54 % des femmes souffrent de diabète de type 2, l’une des plus fortes incidences connues dans les populations humaines.19 Un autre exemple est fourni par la population humaine de l’île micronésienne de Nauru.17,18 Les Nauruans ont subi deux épisodes extrêmes de sélection naturelle pour les génotypes économes dans leur histoire récente. Premièrement, leur population a été fondée par des personnes qui entreprenaient des voyages inter-îles en canoë durant plusieurs semaines. Dans de nombreux exemples attestés de ces longs voyages en canoë, de nombreux voyageurs sont morts de faim. Deuxièmement, les Nauruans se sont ensuite distingués de la plupart des autres insulaires du Pacifique par leur extrême famine et leur mortalité pendant la Seconde Guerre mondiale. Ces deux épisodes auraient entraîné une forte sélection pour les génotypes économes. Après la Seconde Guerre mondiale, une société minière extérieure a signé un accord lucratif avec les Nauruans pour obtenir les droits sur le guano des oiseaux, riche en phosphates. Avec leur nouvelle richesse, la nourriture raffinée est devenue abondante. Dans ce nouvel environnement alimentaire, quelque 28% de la population adulte souffre de diabète de type 2 alors que dans la génération précédente, le diabète était pratiquement inconnu.
Les observations résumées ci-dessus soutiennent l’hypothèse du génotype économe, mais la preuve la plus solide provient peut-être du développement de méthodes analytiques qui peuvent détecter la présence d’une sélection positive récente pour un allèle par la signature que cette sélection laisse dans la région génomique autour d’une variante sélectionnée. Plusieurs allèles de prédisposition au diabète présentent une signature significative de sélection positive récente, en particulier dans les populations les plus sensibles au diabète.20-23 Ces observations montrent directement que les facteurs de risque génétiques du diabète ont été favorisés par la sélection naturelle au cours de l’histoire récente de l’évolution humaine. De plus, ces mêmes nouvelles méthodes d’analyse ont révélé un grand nombre d’autres gènes qui ont fait l’objet d’une sélection positive intense chez l’homme et qui sont liés à des changements culturels récents, en particulier dans le domaine de l’agriculture.24
Il est intéressant de noter qu’il n’existe aucune preuve convaincante suggérant que les sociétés de recherche de nourriture et les sociétés agricoles diffèrent dans la fréquence ou la gravité de leurs pénuries alimentaires.25 Cependant, la théorie mathématique qui sous-tend ces épisodes sélectifs sporadiques indique que l’élévation de la fréquence de ces allèles prédisposants est la plus forte juste après la pénurie alimentaire et devrait décroître avec le temps.26 Par conséquent, les famines de l’âge de pierre sont des explications peu probables des fréquences élevées actuelles de ces allèles. De plus, les famines de l’âge de pierre ne permettraient pas de prédire le schéma observé selon lequel ces allèles sont les plus fréquents dans les populations actuelles qui ont été soumises à de graves pénuries alimentaires dans un passé récent. Malheureusement, l’hypothèse du génotype économe a souvent été dépeinte comme un exemple d’adaptation passée à un mode de vie paléolithique25,27 malgré le fait que Neel, l’initiateur de l’hypothèse, a utilisé des exemples de populations soumises à des pénuries alimentaires récentes, comme les Indiens Pima, comme principal soutien de l’hypothèse19. Par conséquent, les observations et la théorie indiquent que les génotypes économes sont présents dans les populations humaines actuelles en tant qu’adaptation à des événements récents et ne sont pas un héritage de l’évolution humaine s’étant arrêtée au paléolithique.
Le génotype économe a été étendu et appliqué aux facteurs de risque génétiques prédisposant les individus à de nombreuses autres maladies systémiques communes, telles que la maladie coronarienne,28,29 le syndrome métabolique,27 et l’hypertension.27 Ainsi, la plupart des maladies systémiques courantes chez l’homme pourraient bien être fréquentes en raison de la sélection naturelle opérant à une époque récente, voire historique. Notre culture constitue un environnement qui induit une sélection naturelle chez l’homme. L’évolution adaptative est donc en cours dans les populations humaines modernes, et une grande partie de cette évolution humaine récente a une incidence directe sur les incidences des maladies infectieuses, génétiques et systémiques chez l’homme.