Regards d’une généticienne sur les habitants de l’Islande

Regards d’une généticienne sur les habitants de l’Islande

Estella Poloni

Dept. Génétique et Evolution, Unité d’Anthropologie

Mai 2022

La manière dont les organismes vivants ont évolué au cours du temps laisse des marques, des signatures, dans leur ADN. Ce sont ces signatures que cherche à découvrir la génétique des populations, puisqu’elles informent sur certains aspects de l’histoire des espèces, et des populations dans ces espèces. Cette discipline scientifique, devenue désormais génomique des populations car elle a bénéficié des développements puissants des techniques de séquençage de l’ADN des vingt dernières années, qui permettent de lire relativement facilement le génome entier d’individus vivants, mais aussi d’individus morts depuis parfois plusieurs millénaires, a fortement contribué à notre connaissance de l’Islande et son peuplement humain.

L’Islande, un peuplement récent

Si on s’intéresse aux Islandaises et Islandais d’aujourd’hui, difficile d’éviter de parler de leurs ancêtres Vikings, à la mode en ce moment, comme le fameux Erik le Rouge, et ceci notamment grâce à des films, des séries et des livres qui les ont rendus très populaires. Ces navigateurs, fermiers et commerçants, mais aussi guerriers et maîtres de nombreux esclaves, ont entamé un immense mouvement migratoire à partir de la seconde moitié du VIIIe siècle, et ceci jusqu’à la seconde moitié du XIe siècle (soit à partir de l’an 750 jusqu’à l’an 1050).

On attribue ce mouvement, appelé expansion de l’ère Viking, au développement et à la maîtrise, par des populations côtières de la Scandinavie et de la mer Baltique, d’une navigation hauturière, une navigation en haute mer, par opposition à la navigation à vue. Cette maîtrise a permis à ces populations d’envoyer des navigateurs à la conquête de nouveaux territoires pour y établir leurs fermes ou leurs comptoirs commerciaux, ou simplement pour y effectuer raids et pillages. Ce fut donc une conquête souvent agressive, au cours de laquelle les Vikings s’emparaient de prisonniers pour en faire leurs esclaves, et qui a ainsi marqué les populations du Moyen-Âge qui les ont rencontrés, leur donnant différents noms : Normands, Rus’ (ou Rous’), Varègues, et d’autres encore. De nombreuses populations ont ainsi connu cette expansion, subissant les pillages Vikings, parfois devant se soumettre à leur joug, que ce soit en Russie (jusqu’à la mer Noire), en Europe (Normandie, Angleterre, mais aussi Sicile, Calabre, Pouilles, etc.), sur les côtes africaines (Tunisie), ou à Constantinople (l’actuelle ville d’Istanbul), joyau de l’empire byzantin, attaquée à plusieurs reprises par les Vikings entre le IXe et le Xe siècle.

Mais les premiers territoires que les Vikings ont colonisés sont les îles de l’Atlantique Nord: pratiquement toutes les îles Britanniques, l’Islande, le Groenland, et même, pour une courte durée, un territoire en Terre-Neuve, au Canada (figure 1). Contrairement aux autres territoires, il semblerait que l’Islande était totalement dépeuplée à l’arrivée des premiers Vikings, faisant donc des Islandaises et Islandais actuels les descendants directs de ces colons navigateurs qui s’y sont établis entre l’an 850 et l’an 950 à peu près, sur une période d’environ un siècle, voire moins. Et qui y sont restés. D’ailleurs, la langue islandaise parlée aujourd’hui fait partie du groupe dit de langues scandinaves occidentales, auquel se rattachent aussi le norvégien et le féroïen, la langue des îles Féroé.

l’Islande est en fait une des dernières grandes îles colonisées par nos congénères humains, ou plutôt leurs ancêtres, en l’occurrence ici les Vikings, il y a de cela un peu plus de mille ans. Pour les généticiens, une telle date correspond environ à 35 ou 40 générations en arrière, en remontant du présent vers le passé. Pour contextualiser un peu cet événement, on peut relever que la présence humaine est attestée en Scandinavie il y a plus de onze mille ans, soit quelque 350 à 400 générations auparavant, et que le continent européen lui-même a été foulé pour la première fois par nos ancêtres il y a de cela quelque 40 à 45 000 ans (grosso modo, il y a plus de 1 600 générations!). C’est donc d’un peuplement très récent dont il est question en Islande.

Les fondateurs de la population islandaise

Différents indices laissent penser que les premiers habitants de l’île, toujours ces fameux Vikings, se comptaient en une ou deux dizaines de milliers, une population fondatrice comptait un nombre équivalent de femmes et d’hommes. Aujourd’hui l’île comprend environ 360 000 habitants, ou aurait même légèrement dépassé ce chiffre selon le recensement considéré. Il semblerait cependant que jusqu’au milieu du XIXe siècle on ait rarement dépassé les 50 000 habitants, et ce n’est qu’après 1850 que l’île a connu une augmentation démographique rapide.

Une étude déjà ancienne montrait que le patrimoine génétique des Islandaises et Islandais actuels ressemble principalement à ceux de deux régions géographiques distinctes, et donc proviendrait probablement d’anciens habitants de ces deux régions : d’une part la Scandinavie – un résultat attendu compte tenu des connaissances historiques sur le peuplement de l’île par des navigateurs Vikings – mais aussi l’Écosse et l’Irlande. Les chercheurs avaient comparé, sur un échantillon d’habitants de l’île, la variabilité du génome mitochondrial, uniquement transmis par la mère et donc retraçant une généalogie maternelle, à celle du chromosome Y, uniquement transmis de père en fils et donc retraçant une généalogie paternelle. D’après les résultats, les lignées maternelles islandaises (variants génétiques hérités par la mère) proviendraient à plus de 60% des Gaels d’Écosse et d’Irlande, alors que les lignées paternelles (variants génétiques hérités de père en fils) seraient de 75% à 80% d’origine scandinave. En d’autres termes, la majorité des femmes de la population fondatrice de l’Islande auraient eu une origine gaélique, alors que celle de la majorité des hommes de cette même population fondatrice aurait été scandinave.

Figure 1. Schéma de l’expansion de l’ère Viking (wikipedia, Max Naylor)


Ce résultat faisait naturellement écho à ceux des études historiographiques selon lesquelles, avant de découvrir l’Islande et de s’y installer, des navigateurs Viking – en majorité probablement des hommes – s’étaient déjà établis en plusieurs endroits des îles Britanniques durant le demi-siècle précédent. Sur les côtes de l’Écosse, de l’Irlande et du nord de l’Angleterre, bien-sûr, mais aussi dans l’île de Man, les Hébrides, les Shetland et les Orcades. Et ils auraient pris des femmes (comme épouses libres ou comme esclaves, ici les érudits ne sont pas forcément précis) dans les populations locales. Or, il semblerait que parmi les colonisateurs Vikings de l’Islande, de nombreux groupes familiaux, cherchant à établir et développer leurs fermes dans de nouveaux territoires, provenaient des îles Britanniques. Tout porte donc à croire que la population fondatrice de l’Islande ait compté, parmi ses membres, un nombre élevé de femmes originaires des îles Britanniques, bien plus élevé, en tous cas, que le nombre de femmes d’origine scandinave ou que le nombre d’hommes d’origine gaélique !

En réalité, ce scénario est contesté par certains chercheurs. Non pas tant sur l’idée d’une colonisation rapide de l’île (toutes les terres habitables auraient été occupées en moins d’un siècle, voire même en moins de 50 ans), ni sur le fait que de nombreux fondateurs, et surtout fondatrices de la population étaient d’origine gaélique. La controverse porte plutôt sur le rôle de ces individus dans la fondation de la société islandaise, car actuellement l’idée qu’ils et elles étaient des serfs, esclaves « importés » par les Vikings pour travailler la terre, plutôt que des membres à part entière des groupes familiaux des fermiers colonisateurs, gagne du terrain.

Reste que la population fondatrice, quelles que soient ses diverses origines et les divers statuts sociaux qu’elle englobait, comptait un nombre relativement faible d’individus et que ce nombre est resté faible durant de nombreuses générations. Or, pour les généticiens, qui dit petite population dit dérive génétique rapide.

Une évolution très rapide

Ici, s’impose une brève explication de la dérive génétique, un des deux principaux mécanismes d’évolution génétique du monde vivant, l’autre étant la sélection naturelle.

Le choix d’un partenaire pour se reproduire ne s’effectue pas, en général, en fonction du contenu de son génome, c’est-à-dire des variants génétiques qu’elle ou il porte – que les généticiens désignent mutations. Par conséquent, on ne choisit pas non plus les mutations que porteront les descendants d’une telle union. Bien-sûr, on trouvera toujours des exceptions, telle mutation entraînant des caractéristiques que tel autre individu n’appréciera pas, influençant ainsi son choix d’un partenaire pour la reproduction. Mais il suffit de penser qu’un génome comme celui de l’humain comporte au moins 30 000 gènes (et leurs variants respectifs) pour se rendre compte qu’effectivement, même si un gène, ou plus précisément une mutation dans ce gène, pourrait être sélectionné par un partenaire, de toute manière cela ne l’informerait en rien sur les mutations présentes ou non dans les 29 999 autres gènes portés par l’individu de son choix. De plus, pour se reproduire, les futurs parents créent des gamètes (spermatozoïdes et ovules), lesquels sont constitués chacun d’une combinaison différente des milliers de variants portés par ces parents. Il suffit de penser que si ce n’était pas le cas, tous les enfants d’un même couple seraient toujours identiques entre eux (et pas seulement les vrais jumeaux !). La vaste majorité des mutations que nous portons seront donc transmises ou non aux prochaines générations, par hasard. La dérive génétique est précisément ce tirage totalement aléatoire des mutations qui seront transmises (ou pas) d’une génération à la suivante, comme dans une loterie. Et la conséquence de ce mécanisme est une variation au cours du temps des fréquences des mutations dans la population, une variation qui s’effectue au hasard, selon qui s’est reproduit avec qui, et selon quels gamètes ont servi à produire chaque nouvelle génération.

Or l’amplitude de ces variations de fréquence des mutations d’une génération à l’autre dépend du nombre d’individus qui se reproduisent, et donc de la taille de la population. L’amplitude des variations sera d’autant plus grande que la population est petite, et vice-versa. Dit autrement, une mutation présente à une génération donnée dans une population a plus de chances de disparaître dans les générations futures (où plus personne ne la portera) ou au contraire de se fixer (où tout le monde la portera), si la population est petite que si elle est grande. De fait, on s’attend à ce que les petites populations dérivent vite, plus vite que les grandes populations, et donc que la composition des génomes d’une petite population change plus vite que celle d’une grande population. En bref, les petites populations évoluent plus vite que les grandes.

Figure 2. La diversité des génomes de populations fondées par des migrations successives tend à diminuer, ceci par un simple effet d’échantillonnage des variants génétiques qu’emportent les migrants (symboles colorés). Cet effet peut conduire des populations de même origine à être très différentes de leur population-mère et très différentes entre elles. Dessin de Slim Chraïti, modifié d’après Langaney (1988) et Langaney et al. (1992).

C’est effectivement ce qui a été observé en Islande, dans une étude des génomes extraits des squelettes de 27 individus morts et enterrés sur l’île au début de la période de colonisation. En comparant les milliers de variants portés par ces génomes à ceux des génomes de plus de 5000 nord-européens actuels, les chercheurs ont pu montrer que l’ADN de ces 27 individus ressemble à ce que l’on trouve aujourd’hui en Scandinavie (surtout en Norvège, mais aussi en Suède et au Danemark) et dans les îles Britanniques (notamment en Irlande et en Écosse), confirmant ainsi les conclusions d’études précédentes. Cependant, et c’est là tout son intérêt, cette étude a aussi montré que les génomes de ces premiers Islandais sont bien plus similaires aux génomes des Scandinaves, Irlandais et Écossais actuels qu’à ceux des Islandais actuels ! D’où leur conclusion, selon laquelle, après sa fondation, l’évolution de la population islandaise au cours des générations a été marquée par une dérive génétique rapide, bien plus rapide qu’en Scandinavie ou dans les îles Britanniques. Ainsi le commentaire accompagnant, en 2018, la publication de cette recherche en disait qu’elle « … révèle le pouvoir de la dérive génétique sur une population qui, pendant presque tout le premier millénaire après sa fondation, compta rarement plus de 50 000 personnes. ».

Un potentiel certain pour la génétique médicale

On l’a donc compris, la dérive génétique est un mécanisme évolutif aléatoire, qui opère au hasard relativement à la composition en variants des génomes, et il est donc impossible de prédire quelles mutations, présentes dans une génération donnée dans le passé, seront encore présentes dans les générations suivantes. Ce que l’on peut avancer avec certitude, par contre, est que la dérive génétique entraîne une perte générale de diversité génétique (par perte de variants génomiques, justement), qui a pour conséquence d’homogénéiser la population au fil des générations. Dans une petite population, qui a rapidement dérivé, les individus sont génétiquement plus similaires les uns aux autres que dans une grande population. En Islande, ce phénomène est encore accentué par l’effet du fondateur à l’origine de la population (figure 2). En effet, la fondation d’une population par un petit nombre d’individus se traduit, en termes génétiques, par une perte de diversité par comparaison à la population-mère dont ce groupe fondateur est issu. En l’absence d’immigration ultérieure, une telle fondation tend à augmenter le niveau de consanguinité dans la population, en créant, au fil des générations, des liens de parenté plus rapprochés entre les individus que ceux caractérisant la population-mère. Cet effet sera d’autant plus marqué si, comme le suggèrent les résultats d’une étude publiée en 2021, les expéditions Vikings étaient souvent composées d’individus étroitement apparentés, une affaire de famille en somme. Comme l’ont si bien exprimé des chercheurs travaillant sur les données génétiques, « en Islande, en pratique, on peut établir des liens familiaux entre presque tous les citoyens du pays ». Sur la base de ce constat, fait depuis fort longtemps, la recherche médicale a très tôt réalisé l’immense potentiel de la population islandaise pour permettre la localisation des mutations responsables de certaines maladies génétiques dans le génome (ce que l’on nomme la cartographie génétique), des maladies héréditaires ou à composante héréditaire (comme des facteurs de risque de la maladie d’Alzheimer, des maladies cardio-vasculaires, de l’ostéoporose, de certains cancers), dont on peut donc suivre la transmission dans les généalogies familiales.

Ce domaine de recherche a pu compter sur la coopération de nombreux habitants de l’île, portés volontaires pour donner un échantillon de leur ADN à la recherche scientifique, en l’occurrence à deCODE Genetics, une entreprise privée qui détient, à l’heure actuelle, l’information génomique complète ou partielle de plus d’un tiers de la population islandaise. En parallèle, on a pu aussi compter sur une véritable passion des Islandaises et Islandais pour la recherche généalogique, à savoir la recherche de parenté et de filiation. Ce sport national, pratiqué depuis des lustres sur l’île, a débouché sur une connaissance approfondie des généalogies des Islandaises et des Islandais, fruit de projets lancés avant les années 2000: toute information généalogique disponible dans le pays – recensements, registres de paroisse, manuscrits généalogiques et même annuaires téléphoniques (pour celles et ceux qui se souviennent encore de ces gros fascicules!) – a fait l’objet d’un enregistrement informatique, et ces enregistrements ont ensuite été fusionnés dans une unique base de données, le Íslendingabók (www.islendingabok.is). Au début de 2020, plus de 900 000 personnes, vivantes ou décédées, étaient enregistrées dans le Íslendingabók, soit près de la moitié de la population de l’île depuis sa colonisation au IXe siècle (figure 3). Tout habitant de l’île en possession d’un numéro de sécurité sociale peut le consulter. Au vu de la circulation intense de récits relatifs aux liens de parenté que des couples islandais se sont découverts, cette base de données généalogique rencontre effectivement un grand succès !

Figure 3. Presque tous les ancêtres des Islandaises et Islandais actuels figurent dans la base de données généalogiques du pays. Ceci permet entre autres d’en étudier les migrations, et donc la circulation des variants génétiques, au cours des générations. Sur cette carte est indiquée la distribution géographique des ancêtres, cinq générations en arrière, d’une cohorte de plus de 50 000 individus nés entre 1850 et 1875. Les comtés de l’île se distinguent par des couleurs. Au sud-ouest, le comté de Gullbringusýsla, où se situe la capitale Reykjavík, est montré en rouge. Le centre de l’île (en beige) est pratiquement inhabité. Les points noirs indiquent le comté où habitaient les individus de la cohorte 1850-1875, et les diagrammes (en camembert) associés indiquent les comtés où habitaient leurs ancêtres cinq générations auparavant (des ancêtres nés, au plus tard, en 1770). Les dégradés de couleurs dans ces diagrammes soulignent une circulation très faible des variants génétiques entre régions éloignées, sauf dans la capitale et ses environs. Ainsi, parmi les ancêtres des habitants de Suður-Þingeyjarsýsla (en vert clair), plus de 50% venaient du même comté. Dessin de Slim Chraïti, modifié d’après un schéma de Agnar Helgason (communication de l’auteur,Helgason et al. 2005)

Mais la cerise sur le gâteau, cependant, a été apposée en 1999, lorsque le gouvernement islandais a adopté une loi autorisant deCODE Genetics à accéder à tous les dossiers médicaux de l’Islande (diagnostics, résultats de tests, traitement, effets secondaires, …), à en constituer une base de données électronique, et surtout à croiser ces informations avec celles issues des données génétiques et généalogiques.

Un immense laboratoire dans un tout petit pays

Ces données et leur croisement constituent de fait un immense laboratoire. En témoignent les nombreuses publications scientifiques issues de leur analyse, dont la découverte de variants génétiques associés à diverses maladies comme l’apparition précoce d’une fibrillation auriculaire (le trouble du rythme cardiaque le plus fréquent), une augmentation des niveaux d’hormones stimulant la glande thyroïde, ou diverses maladies du foie. Mais l’expérience génomique islandaise a permis, par ailleurs, de lancer une intense réflexion au niveau éthique, car l’immense potentiel d’informations qui peuvent être extraites de ces données menace le droit à une vie privée. Un exemple illustre bien, à mon avis, ces menaces.

En l’état actuel de nos sociétés, chacun de nous est libre de faire séquencer son génome et d’en connaître le contenu. C’est d’ailleurs le fonds de commerce d’une myriade d’entreprises qui proposent de nous révéler, par exemple, d’où venaient nos ancêtres – ces entreprises fonctionnent sans véritable évaluation scientifique, en tous cas sans évaluation par des pairs (peer-review), et en fournissant des réponses souvent équivoques (mais ceci est un autre débat !). Donc, chacun de nous est aussi libre de ne pas connaître son génome. Or, lorsque les génomes de plusieurs individus apparentés, liés par une généalogie, sont connus, il est possible d’inférer, parfois avec une très grande précision, le contenu génomique d’autres individus dans cette même généalogie. Dans le jargon des généticiens, on nomme cela des données imputées. Bien entendu des données ont été imputées maintes et maintes fois depuis la découverte des lois de l’hérédité par Mendel, mais cela ne concernait que certains gènes particuliers, souvent impliqués dans des maladies graves. Jamais des génomes entiers. C’est pourtant cela que les données islandaises permettent aujourd’hui. Dans l’étude, parue en 2020, qui a identifié entre autres le variant associé à l’apparition précoce d’une fibrillation auriculaire, les chercheurs ont séquencé le génome de plus de 2 600 donneurs d’ADN, tous Islandais, et ont pu imputer, avec une précision extrême, celui de plus de 100 000 autres individus – 40 fois plus d’individus, soit près d’un tiers de la population actuelle ! Ces données imputées correspondent donc à 100 000 individus qui n’ont pas fourni leur ADN et, surtout, qui n’ont pas, en tous cas pas formellement, consenti à une recherche sur leur génome. Depuis le procès de Nuremberg, au sortir de la Seconde Guerre mondiale, et la Déclaration d’Helsinki de 1964, la recherche sur l’être humain doit être précédée et accompagnée d’un consentement libre et éclairé de la part du participant. On voit donc immédiatement à quel point cela devient compliqué. Si un de ces génomes imputés porte un variant associé au risque de développer une maladie (un cancer du sein, par exemple), faut-il ou non en informer la personne « imputée », alors que celle-ci n’a jamais été contactée auparavant pour participer à une recherche scientifique ?

La leçon islandaise

À l’heure actuelle, d’intenses débats sur cette question du droit à l’information vis-à-vis du droit à la vie privée ont cours en Islande (responsabilité de la santé publique : devrait-on informer une personne sur un aspect médical qui pourrait être vital ? versus autonomie individuelle: a-t-on envie de savoir ?), tant au niveau du gouvernement que dans la société civile, et celle-ci s’en trouve d’ailleurs fortement clivée. Ces débats sont aussi suivis de près dans le monde, et nous révèlent à quel point les fondements et valeurs des sociétés que nous connaissons sont ébranlés par la connectivité du monde que les découvertes scientifiques, notamment l’expérience génomique islandaise, permettent aujourd’hui.

Remerciements

Merci pour leurs relectures, conseils et idées à André Langaney, Alicia Sanchez-Mazas, Mathias Currat, Médéric Mouterde, Slim Chraïti, Nicola Maeder et Agustin Guardiola, mes amis, collègues et compagnon. Merci aussi à Agnar Helgason, qui a mis à disposition ses données de recherche.

Références

Ebenesersdóttir SS, Sandoval-Velasco M, et al. (2018) Ancient genomes from Iceland reveal the making of a human population. Science 360(6392):1028-1032.

Gitter DM (2019) The Ethics of Big Data in Genomics: The Instructive Icelandic Saga of the Incidentalome. Washington University Global Studies Law Review 18(2): 351-390.

Gudbjartsson DF, Helgason H, et al. (2015) Large-scale whole-genome sequencing of the Icelandic population. Nature Genetics 47(5):435-44.

Helgason A , Yngvadóttir B, et al. (2005) An Icelandic example of the impact of population structure on association studies. Nature Genetics 37(1):90-5.

Helgason A, Lalueza-Fox C, et al. (2009) Sequences from first settlers reveal rapid evolution in Icelandic mtDNA pool. PLoS Genetics 5(1):e1000343.

Krzewińska M, Bjørnstad G, et al. (2015) Mitochondrial DNA variation in the Viking age population of Norway. Philosophical Transactions of the Royal Society B Biological Sciences 370(1660):20130384.

Lall GM, Larmuseau MHD, et al. (2021). Subdividing Y-chromosome haplogroup R1a1 reveals Norse Viking dispersal lineages in Britain. European Journal of Human Genetics 29(3):512-523.

Langaney A (1988). Les Hommes: passé, présent, conditionnel. Paris, Armand Colin.

Langaney A, Sanchez-Mazas A, Hubert van Blyenburgh N (1992) Tous parents, tous différents. Paris, Muséum d’Histoire Naturelle.

Margaryan A, Lawson DJ, et al. (2020) Population genomics of the Viking world. Nature 585(7825):390-396.

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