Sciences de la Vie et de la Terre

  " Suite à l’annonce de la découverte de Toumaï, quelques personnes (qui n’ont pas vu le crâne réellement !) ont émis fortement l’hypothèse que Toumaï appartiendrait au rameau des gorilles. D’autres personnes, plus nombreuses(…) et qui ont eu le crâne en main, ont affirmé que Toumaï appartient au rameau humain. Alors, qu’en est-il vraiment ? "

Le 11 juillet 2002, la revue scientifique internationale Nature rendait publique la découverte d'un nouvel hominidé dans le nord du Tchad, en intitulant son édition : " the earliest known hominid ".

Je n'ai retranscrit de cette passionnante conférence que la partie relative à Toumaï, en ajoutant quelques documents donnés par Patrick VIGNAUD. Quelques pistes d'exploitations pédagogiques figureront çà et là.

La découverte du matériel fossile (un crâne sub-complet, trois dents isolées et deux fragments de mâchoire inférieure) appartenant à un nouvel hominidé, Toumaï (de son petit nom Sahelanthropus tchadensis) eu l'effet d'un coup de canon, tant ses conséquences bousculèrent les hypothèses et certains faits émis jusqu'alors. (cet événement illustre bien l'esprit avec lequel il faut envisager la partie du programme relative à la phylogénie et à l'histoire de la lignée humaine. La paléontologie humaine est en effet, une science qui évolue sans cesse, dont les connaissances se précisent dans un sens ou dans l'autre, et qui repose le plus souvent sur des hypothèses dont le champ de validité est soumis au grès des découvertes et des nouvelles technologies).

Trois grandes questions se posent alors :

• quel est l'âge de Toumaï ?
• quelle est sa position phylogénétique ?
• quelle est sa place dans la théorie de l'origine des hominidés (East Side Story, notamment) ?

Nous allons proposez quelques explications aux deux premières questions, et laisserons la troisième se construire ultérieurement, avec certainement de nouvelles découvertes à venir.

I - La découverte de Toumaï.

Les restes fossiles de Toumaï ont été découverts dans le miocène supérieur de Toros-Menella, associés à une riche faune (figure 1) dont le degré évolutif a permis d'établir un âge biochronologique estimé entre 6 et 7 millions d'années (se reporter au paragraphe III).
Pour le moment, six fossiles d'hominidés ont été découverts dans le site TM 266 de la zone de Toros-Menella : un crâne sub-complet, trois dents isolées ( une canine inférieure, une insicive supérieure et une troisième molaire supérieure) et deux fragments de mâchoire inférieure, représentant cinq individus différents appartenant à la même espèce.

Ces restes fossiles ont été mis au jour dans une zone de superficie d'environ 500m2 , dans un niveau gréseux (correspondant à un niveau périlacustre déposé en bordure du paléolac Tchad, se reporter au paragraphe IV).

La région de recherche est très plate (vraiment très plate !), jalonnée çà et là de dunes, sans cesse en déplacement. La recherche de niveaux fossilifères consiste à identifier des niveaux de grès, affleurant entre des dunes, et sans cesse érodés par le vent (1 à 2 cm d'épaisseur rabotée par an !).
Le crâne sub-complet de Touamï a été trouvé le 19 juillet 2001 par Ahounta Djimdoumaldaye, effectuant cette année sa maîtrise à l'université de Poitier.

II - Des caractéristiques de Toumaï à son appartenance phylogénétique.

Caractéristiques
Du crâne	Figure 2 : crâne de Sahelanthropus tchadensis	Des dents
face haute, peu prognathe dans la partie sub-nasale présentant un fort torus (bourrelet orbitaire). capsule cérébrale allongée et étranglée au niveau postfrontal. foramen magnum (trou occipital) vers l'avant du crâne. faible capacité cérébrale (environ 350cm3), inférieure aux Australopithèques, et comparable à celle des Chimpanzés actuels. arcade dentaire en U, non parabolique.		dents jugales plus petites que celles des Australopithèques ; les canines présentent des couronnes presque à la même hauteur que les autres dents (ce qui n'est pas le cas chez les grands singes !) l'épaisseur de l'émail est intermédiaire entre les chimpanzés et les Australopithèques (plus épais que chez les chimpanzés mais moins épais que chez les Australopithèques). la canine inférieure présente une usure située au dessus du tubercule distal ce qui implique l'absence de crête aiguisoir sur la canine supérieure et pas de facette aiguisoir sur la troisième prémolaire.

Suite à l'annonce de la découverte de Toumaï, quelques personnes (qui n'ont pas vue le crâne réellement !) ont émis fortement l'hypothèse que Toumaï appartiendrait au rameau des gorilles. D'autres personnes, plus nombreuses (dont les cinq reviewer nommés par Nature qui ont analysé le crâne et " reprécisé " les deux articles écrits par Michel Brunet et Patrick Vignaud), et qui ont eu le crâne en main, ont affirmé que Toumaï appartient au rameau humain. Alors, quant est-il vraiment ?

• Considérons le bourrelet sus-orbitaire du crâne de Toumaï.
  Ce bourrelet mesure environ 1,5 cm. Si l'on suppose que le crâne de Toumaï correspond à celui d'une paléogorillette, alors, en raison du dimorphisme sexuel, les individus mâles appartenant à l'espèce Sahelanthropus tchadensis présenteraient un bourrelet sus-orbitaire de 5 à 6 cm de hauteur ! (Des étudiant préparant leur thèse, ont réalisé des rapports de mesure entre la hauteur du torus de gorilles mâles actuels et la hauteur du torus de gorilles femelles actuelles (sur plus de 800 crânes !) et ont constaté que le torus d'une gorille mâle est 3 à 4 fois plus haut que celui d'un gorille femelle).

Paléogorille appartenant à l'espèce de Sahelanthropus tchadensis	Toumaï, une paléogorillette supposée
Figure 3 : Bourrelet orbitaire si Toumaï appartenait au rameau des gorilles

Cette supposition donc est totalement aberrante.

On suppose alors que ce crâne est celui d'un paléogorille mâle. Si c'était le cas, alors les canines présenteraient une hauteur de couronne beaucoup plus haute que celle des autres dents. Ce n'est pas le cas, donc le crâne de Toumaï ne correspond pas à celui d'un paléogorille mâle. Ce crâne ne correspond donc pas ni à un crâne d'une paléogorillette ni à celui d'un paléogorille mâle : il n'appartient pas au rameau des gorilles.

• Considérons les canines :
  Chez les Chimpanzés et les Gorilles la canine supérieure entre en occlusion avec la première prémolaire inférieure (P/3) et présente ainsi une facette d'usure latérale aiguisoir.
  Chez le genre Homo, la canine supérieure entre en occlusion apicale avec la canine inférieure qui présente alors une usure apicale.
  La canine inférieure de Toumaï présente une usure située au dessus du tubercule distal ce qui implique une complexe canine-P/3 non tranchant, et une occlusion apicale, comme chez le genre Homo.

a - I1 supérieure droite, vue linguale (TM 266-01-448) b, c - mâchoire inférieure droite (TM 266-02-154-1), vue occlusale (b) et coupe transversale axiale scannée (c). d,e - canine inférieure droite (TM 266-02-154-2), vue distale (d), vue buccale (e).

Figure 4 : sahelanthropus tchadensis gen. et sp. nov. paratypes.

• Considérons le foramen magnum.
  Chez les gorilles, il est incliné de 40-50° par rapport au plan d'occlusion des dents (figure 5). Chez l'espèce Homo sapiens sapiens , il est quasi vertical, situé vers l'avant du crâne.

Crâne d'un Gorille femelle	Crâne de Toumaï
Figure 5 : comparaison, en vue latérale, de l'axe de la colonne vertébrale chez un gorille et Toumaï.

Chez Toumaï, les mesures entre la crête nucale, le choane et le foramen magnum, ont montré que le trou occipital est situé vers l'avant du crâne (figure 6) : il se rapproche donc plus de nous que du gorille. On ne peut cependant pas en conclure que Toumaï était bipède ; il faut attendre de trouver des reste du squelette axial ou appendiculaire.

Crâne d'un Gorille femelle vue basale	Crâne de Toumaï vue basale
Figure 6 : position basale du trou occipital d'un gorille et de celui de Toumaï.

Quod erat demonstratum !

Les différents caractères de Toumaï (faible prognathisme subnasal, canines petites et à usure apicale, absence de diasthème, torus orbitaire fort, basicrâne long et horizontal,…, et d'autres nombreux caractères ténus !) indiquent sans ambiguité que Toumaï appartient au rameau humain et pas à celui des gorilles (figure 7).

Toumaï présente une mosaïque de caractères plésiomorphes et apomorphes qui permettent de le distinguer et de le placer dans un nouveau genre et une nouvelle espèce : Sahelanthropus tchadensis.

Il est possible d'utiliser l'exemple de Toumaï, en le comparant avec des chimpanzés, des gorilles, des Australopithèques et des Homo, pour aborder un certains nombres de notions relatives au chapitre sur la phylogénie et la lignée humaines (utilisation de caractères homologues, polarisés, lecture et reconstitution d'arbres phylogénétiques, place des différentes formes fossiles dans la phylogénie humaine,…).

L'âge de Toumaï, voisin de -7 millions d'années, recule le moment de divergence entre le rameau humain et celui conduisant aux chimpanzés et aux gorilles établi jusqu'alors par les données moléculaires.

Figure 8 : relations phylogénétiques possibles.

III - Aspects biochronologiques : l'âge de Toumaï

Le contexte géologique du site qui a livré Toumaï ne présente pas de niveaux volcaniques, nécessaires pour faire de la radiochronologie et donc d'obtenir un âge par datation absolue. L'âge de Toumaï a donc été estimé par datation relative, en considérant le degré évolutif des espèces de Mammifères, notamment celui des Suiformes et des éléphants.

Le niveau où l'on a trouvé Touamï présente également plusieurs espèces animales dont Libycosaurus et Nyanzachoerus syrticus. Le degré évolutif des troisièmes molaires supérieure et inférieure de N. syrticus est très voisin de celui de restes de cette même espèce présente dans la formation de Lothagam Nawata. L'âge de la formation de Nawata a été estimé par radiochronologie entre 5.2 et 7.4 millions d'années. Ainsi, l'âge de N. syrticus associé à Toumaï est le même. Selon le même principe, le libycosaure a été daté du miocène supérieur.

L'estimation de l'âge des autres espèces animales trouvées, associées à Toumaï, a permis de proposer un âge biochronologique compris entre -6 et -7 millions d'années.

Le texte suivant correspond au paragraphe original publié dans Nature, relatif à la datation biochronologique de Toumaï. Il peut être intéressant de faire un travail co-disciplinaire avec les professeurs d'anglais pour faire aborder ce texte par les élèves, et d'utiliser ensuite la traduction en cours de S.V.T..

IV - Quelques données paléoenvironementales du site TM 266.

Les indices sédimentologiques et paléontologiques (figure 9), indiquent que la région de Toros Menalla a connu une succession de périodes humides (méga lac Tchad) et de périodes sèches, depuis 7 millions d'années.
Il s'agit d'un contexte géologique original présentant un ensemble de paysages ouverts, situés entre lac et désert, avec en bordure du paléolac Tchad, une forêt galerie et une savane arborée à prairies de graminées. Des modélisations sont actuellement en cours de développement.

Figure 9 : indices sédimentologiques et paléontologiques

La découverte de Toumaï revêt une importance considérable et incontestable, tant au niveau des relations phylogénétiques du genre Homo avec ses parents les plus proches, qu'au niveau de l'origine de l'Humanité, avec la remise en cause (une fois de plus) de la théorie de l'East Side Story.
A suivre… !