Lesezeit ca. 17 Min.
arrow_back

PALÄOGENETIK ALLES BEGANN MIT EINEM FINGERKNÖCHELCHEN


Logo von Spektrum der Wissenschaft Spezial Biologie, Medizin, Hirnforschung
Spektrum der Wissenschaft Spezial Biologie, Medizin, Hirnforschung - epaper ⋅ Ausgabe 4/2022 vom 21.10.2022
Artikelbild für den Artikel "PALÄOGENETIK ALLES BEGANN MIT EINEM FINGERKNÖCHELCHEN" aus der Ausgabe 4/2022 von Spektrum der Wissenschaft Spezial Biologie, Medizin, Hirnforschung. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Spektrum der Wissenschaft Spezial Biologie, Medizin, Hirnforschung, Ausgabe 4/2022

RÄTSELHAFTES MÄDCHEN Aus einem winzigen Stück Fingerglied (oben blau und grün gefärbt) haben Paläogenetiker 2010 das Erbgut eines Denisova-Mädchens entziffert. Dann konnten Forscher das 52 000 bis 76 000 Jahre alte Fossil mit einem weiteren Fragment aus der Denisova-Höhle ergänzen. Aus der extrahierten Erbinformation des Fingerknöchelchens haben Bioinformatiker 2019 die anatomischen Merkmale des Mädchens rekonstruiert. Auf den Ergebnissen FIG. 3A (DOI.ORG/10.1126/SCIADV.AAW3950); GENEHMIGT VON SCIENCE / AAAS beruht das Bildnis links.

Jean-Jacques Hublin leitet die Abteilung Humanevolution am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig. Er ist außerdem seit 2006 Honorarprofessor für Anthropologie an der Universität Leipzig und seit 2014 Gastprofessor am Collège de France in Paris.

5 mm

Immer wenn die Bekanntgabe einer bedeutenden Entdeckung bevorsteht, macht sich das in der Cafeteria des Leipziger Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie als Erstes bemerkbar. Die Luft schwirrt dann dort regelrecht vor Gerüchten. Solche Momente gab es in der Vergangenheit häufiger. Denn seit der Gründung des Instituts 1997 jagte eine Entdeckung die nächste. Besonders hat sich aber das Jahr 2010 ins kollektive Gedächtnis der Leipziger Forscher gebrannt – da herrschte in der Cafeteria außergewöhnlich viel Aufregung. In jenem Jahr hatten meine Kollegen nicht nur das Erbgut des Neandertalers entziffert, sondern auch eine ...

Weiterlesen
epaper-Einzelheft 5,99€
NEWS Jetzt gratis testen
Bereits gekauft?Anmelden & Lesen
Leseprobe: Abdruck mit freundlicher Genehmigung von Spektrum der Wissenschaft Spezial Biologie, Medizin, Hirnforschung. Alle Rechte vorbehalten.
Lesen Sie jetzt diesen Artikel und viele weitere spannende Reportagen, Interviews, Hintergrundberichte, Kommentare und mehr aus über 1050 Magazinen und Zeitungen. Mit der Zeitschriften-Flatrate NEWS von United Kiosk können Sie nicht nur in den aktuellen Ausgaben, sondern auch in Sonderheften und im umfassenden Archiv der Titel stöbern und nach Ihren Themen und Interessensgebieten suchen. Neben der großen Auswahl und dem einfachen Zugriff auf das aktuelle Wissen der Welt profitieren Sie unter anderem von diesen fünf Vorteilen:

  • Schwerpunkt auf deutschsprachige Magazine
  • Papier sparen & Umwelt schonen
  • Nur bei uns: Leselisten (wie Playlists)
  • Zertifizierte Sicherheit
  • Freundlicher Service
Erfahren Sie hier mehr über United Kiosk NEWS.

Mehr aus dieser Ausgabe

Titelbild der Ausgabe 4/2022 von EIGEN-ARTIG. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
EIGEN-ARTIG
Titelbild der Ausgabe 4/2022 von MOBILITÄT ZUM LAUFEN GEBOREN. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
MOBILITÄT ZUM LAUFEN GEBOREN
Titelbild der Ausgabe 4/2022 von ERNÄHRUNG DIE WAHRE STEINZEITDIÄT. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
ERNÄHRUNG DIE WAHRE STEINZEITDIÄT
Titelbild der Ausgabe 4/2022 von KOGNITION DER URSPRUNG DES ZÄHLENS. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
KOGNITION DER URSPRUNG DES ZÄHLENS
Mehr Lesetipps
Blättern im Magazin
ZOOARCHÄOLOGIE DIE NADEL IM KNOCHENHAUFEN
Vorheriger Artikel
ZOOARCHÄOLOGIE DIE NADEL IM KNOCHENHAUFEN
INTERVIEW »JEDER BESITZT ERBGUT VOM NEANDERTALER«
Nächster Artikel
INTERVIEW »JEDER BESITZT ERBGUT VOM NEANDERTALER«
Mehr Lesetipps

... bisher unbekannte, ausgestorbene Menschenform entdeckt – und das auf eine nie da gewesene Art und Weise: nur durch die Sequenzierung von DNA aus einem winzigen fossilen Knochenstück.

Schon seit vielen Jahren hat die Paläogenetik im Leipziger Max-Planck-Institut einen gewaltigen Aufschwung erlebt. Die treibende Kraft dahinter war mein Kollege Svante Pääbo. Zusammen mit seinem Team entzifferte er 2006 ein kurzes Stück aus der Erbsubstanz des Neandertalers – dessen mitochondriale DNA (mtDNA). Sie stammt aus den Mitochondrien, kleinen Organellen, welche die Zelle mit Energie versorgen. Der überwiegende Teil des Erbguts liegt dagegen in Chromosomen verpackt im Zellkern. Für Paläogenetiker ist die mtDNA der leichtere Fang: Von ihr ist stets sehr viel mehr in einem Fossil erhalten als von der Zellkern-DNA. Allerdings verrät sie auch nur zum Teil die genetische Identität eines Individuums, weil sie ausschließlich von der Mutter auf die Nachkommen vererbt wird. Doch einer Arbeitsgruppe um Richard Green, David Reich und Svante Pääbo gelang es schließlich, auch die Kern-DNA des Homo neanderthalensis zu sequenzieren. Im Mai 2010 veröffentlichten sie ihre Ergebnisse in einem bahnbrechenden Artikel in der Fachzeitschrift »Science«.

DNA aus jahrzehntausendealten Fossilien zu extrahieren, war lange Zeit undenkbar. Schlicht deshalb, weil das Trägermaterial unserer Gene nicht besonders stabil ist. Stirbt ein Organismus, zerfallen die DNA-Ketten in viele kleine Bruchstücke, die sich sehr rasch mit Milliarden weiterer DNA-Fragmente aus jenen Bakterien und Pilzen vermischen, die den Leichnam verzehrt haben. In jahrelanger Forschungsarbeit fanden die Paläogenetiker schließlich Wege, die gesuchte aDNA (»a« steht für das englische Wort »ancient«, alt) aus diesem Gemisch herauszufischen und wieder zusammenzusetzen (siehe »So funktioniert die Paläogenetik«, S. 74). Doch in einem Fossil bleibt aDNA nur dann erhalten, wenn es in einer genügend kalten Umgebung lagerte. In wärmeren Gefilden zersetzt sich die Erbsubstanz schon nach wenigen Jahrtausenden.

Die bislang älteste aDNA hat 2013 ein dänisches Team um Ludovic Orlando rekonstruiert, der damals am Naturhistorischen Museum in Kopenhagen tätig war. Das Erbgut stammte aus den gefrorenen Resten eines 700 000 Jahre alten Wildpferds, das im Nordwesten Kanadas ans Licht kam. Bald stellte sich heraus, dass auch in Sibirien uralte Genome erhalten sind. Mit Kollegen vom Leipziger Institut konnte ich 2007 an Proben aus einer Höhle im Altai-Gebirge nachweisen, dass sich dort vor mehr als 40 000 Jahren Neandertaler aufgehalten hatten. Ihr bis dahin bekanntes Ausbreitungsgebiet hatte sich damit schlagartig um mehr als 2000 Kilometer nach Osten ausgedehnt.

Russische Archäologen schickten uns danach weitere Fossilproben aus Sibirien, die in die Zeit vor 52 000 bis 76 000 Jahren datieren. Dazu gehörte auch das Stück eines menschlichen Fingerknochens mit der Fundnummer Denisova 3. Das winzige Fragment stammte von einer anderen Fundstelle im Altai, die Archäologen schon seit vielen Jahren frei legten: die Denisova-Höhle.

In der Denisova-Höhle ist es kalt: 5 bis 10 Grad Celsius im Sommer und minus 10 bis minus 15 Grad Celsius im Winter. Das sind optimale Bedingungen, damit sich aDNA erhalten kann. In der Tat konnten die Leipziger Paläogenetiker dem wenige Millimeter großen Fingerknochenstück eine intakte und noch dazu sehr außergewöhnliche DNA entlocken. Wie sich herausstellte, gehörte die mtDNA weder zu einem Homo sapiens noch zu einem Neandertaler, sondern zu einer ausgestorbenen Menschenform, deren Linie sich nach diesen Informationen schon vor ungefähr einer Million Jahre von der unsrigen abgespalten haben soll.

Das Ergebnis war sensationell, doch zugleich war Vorsicht geboten. Wie wir wissen, verrät die mitochondriale DNA nur einen Teil der genetischen Information, die noch dazu trügerisch sein kann, da die mtDNA normalerweise nur von der Mutter an die Nachkommen vererbt wird. Bei der Zeugung vermischt sich das Genmaterial aus den Mitochondrien nicht mit dem väterlichen Erbgut. Über die Linie der Väter erfahren wir also nichts. Zudem: Pflanzen sich weibliche Lebewesen einer bestimmten mtDNA-Linie nicht mehr fort, stirbt ihre spezifische Gensequenz aus und stellt für Paläogenetiker eine Unbekannte dar.

Gigantische Backenzähne und grazile Fingerknochen

Glücklicherweise wartete im Fall des sibirischen Fingerknochens die eigentliche Sensation noch auf uns. So kam gegen Ende des ereignisreichen Jahres 2010 eine weitere Studie heraus. Pääbo und sein Team hatten es geschafft, die vollständige Zellkern-DNA dieses geheimnisvollen Menschen zu entziffern – der umso rätselhafter war, weil außer dem winzigen Knochenfragment nichts über seine Anatomie bekannt war. Dafür lieferte die Zellkern-DNA des Fossils Denisova 3 eine Fülle an Informationen. Zunächst: Dieser Denisovaner war eine Denisovanerin gewesen, ein Mädchen, das angesichts der Größe des Knochenfragments noch nicht erwachsen war. Zudem ergab der Vergleich ihres Erbguts mit den Genomen von Neandertalern und heutigen Menschen, dass sie nah verwandt mit beiden Menschenformen war. Einer genetischen Berechnung zufolge hatten sich die Linien der Denisovaner und der Neandertaler irgendwann vor zirka 450 000 oder 430 000 Jahren getrennt. Außerdem: Unsere Vorfahren und die Vorläufer der Denisovaner und Neandertaler hatten sich wahrscheinlich nicht wie zuvor auf Grund der mtDNA angenommen vor einer Million Jahren, sondern vor ungefähr 650 000 Jahren auseinanderentwickelt (siehe »Enge Verwandtschaft«).

Paläogenetiker weltweit waren begeistert – Paläoanthropologen hingegen ziemlich konsterniert. Ein winziges Fragment vom Endglied eines kleinen Fingers gab wahrlich nicht genug her, was sich anatomisch erforschen ließ. Doch noch 2010 keimte Hoffnung. Der US-Genetiker Richard Green und seine Kollegen präsentierten ein weiteres Fossil, das zehn Jahre zuvor in der Denisova-Höhle ausgegraben, aber danach nicht weiter beachtet worden war.

Es war ein menschlicher, außergewöhnlich großer Backenzahn (Molar). Die Analyse der mtDNA besagte, dass es sich um das Relikt eines Denisova-Menschen handelte. Bence Viola, ein junger Kollege aus meiner Abteilung, befasste sich akribisch mit der Anatomie dieses Riesenzahns. Die Form war zweifellos merkwürdig, indes: Es ist der dritte Molar aus einem Oberkiefer, gehört also zu den Weisheitszähnen – und die entwickeln oft eine außergewöhnliche Form, die sich von den anderen Backenzähnen unterscheidet.

Wenig später förderten die Ausgräber der Denisova-Höhle, Anatoli Derewjanko und Michail Schunkow von der Russischen Akademie der Wissenschaften in Nowosibirsk, weitere fossile Knochenfragmente des Denisova-Menschen zu Tage. Sie fanden die Krone eines stark abgenutzten Milchzahns und einen weiteren Molaren aus einem Oberkiefer, ebenfalls sehr groß. Seiner Form nach passte der Backenzahn weder zu den Zähnen des Neandertalers noch zu solchen des Homo sapiens.

AUF EINEN BLICK EIN NEUES FAMILIENMITGLIED

1 2010 ergab die genetische Analyse eines Fingerknochenfragments aus einer Höhle im Altai-Gebirge: In Eurasien hatte während der Altsteinzeit neben Homo sapiens und Neandertaler eine dritte Menschenform gelebt, der Denisova-Mensch.

2 Durch neue genetische Daten und Fossilien, die Forscher bisher übersehen hatten, nehmen die Denisovaner allmählich Gestalt an.

3 Außerdem stelltesich heraus: Die Denisovaner hatten sich nicht nur mit dem Neandertaler vermischt, sondern offenbar auch mit dem Homo sapiens.

Bence Viola, der inzwischen an der University of Toronto forscht, hat 2019 ein weiteres Fossil aus der Denisova-Höhle vorgestellt: ein Stück eines auffallend kräftigen Schläfenknochens. Ebenfalls 2019 hat Isabelle Crevecoeur von der Université de Bordeaux das fossile Fingerglied Denisova 3 durch ein Fragment ergänzt. Am vervollständigten Knochenstück ließ sich erkennen, dass es weniger breit geformt war als bei einem Neandertaler und eher den Fingerknochen von Homo sapiens glich.

Alle diese Ergebnisse mündeten in einer weiteren Erkenntnis: Die Denisovaner hatten die Höhle über einen sehr langen Zeitraum aufgesucht. Zwar waren viele Fundschichten durch die Jahrtausende gestört oder durchmischt worden, dennoch ließen sie sich grob datieren und mit den genetischen Daten abgleichen. Das Fazit: Die Denisova-Menschen haben – wenn auch mit Unterbrechungen – mindestens 100 000 Jahre lang in der sibirischen Höhle gelebt, in einem Zeitraum von vor 250 000 bis vor 45 000 Jahren.

Der Denisovaner in uns

Die Menschenform der Denisovaner ist ausgestorben – so viel ist sicher –, doch Spuren ihres Erbguts haben die Zeiten überdauert. Sequenzen ihrer Zellkern-DNA fanden sich im Genom verschiedener heutiger Bevölkerungsgruppen. In Afrika und Europa allerdings überhaupt nicht, bei den Menschen des asiatischen Festlands nur sehr wenig – etwa 0,2 Prozent. Aber bei einigen Populationen Melanesiens und Australiens hat sich ein Anteil von drei bis fünf Prozent Denisova-DNA erhalten. Die Vorfahren der heutigen Papuas und der australischen Aborigines, die vor mehr als 50 000 Jahren aus Afrika eingewandert waren, müssen auf ihrem Weg auf Denisovaner getroffen sein und sich mit ihnen vermischt haben. Der wahrscheinlichste Zeitpunkt dieser Vermengung war wohl vor 50 000 bis 100 000 Jahren – und der Ort irgendwo in Süd- oder Südostasien.

Die Denisova-Menschen müssen demnach sehr weit verbreitet gelebt haben – und die Denisova-Höhle im Altai lag nicht im Zentrum, sondern am nördlichen Rand ihres Lebensraums. Diese These wird durch weitere Funde gestützt. Die russischen Ausgräber sind in den Höhlensedimenten auch auf Überreste von Neandertalern gestoßen. Während der letzten Zwischeneiszeit, vor 130 000 bis vor 80 000 Jahren, wurde das Klima in Zentralasien feuchter, das Kaspische Meer schrumpfte, und im Winter herrschten mildere Temperaturen. Dank dieser Warmphase konnten die Neandertaler aus ihrem westasiatischen Verbreitungsgebiet weit nach Osten vordringen und schließlich den Altai erreichen. Dort verdrängten sie sogar zeitweise die Denisovaner, vermischten sich aber auch mit ihnen.

Den Beweis dafür legte 2019 die Arbeitsgruppe von Svante Pääbo vor. Sie hatte das Bruchstück eines Röhrenknochens aus der Denisova-Höhle genetisch analysiert (Denisova 11). Der Fund ist etwa 90 000 Jahre alt. Pääbo und sein Team fanden heraus, dass der nur zwei Zentimeter große Knochensplitter von einer jungen Frau stammte. Ihre Mutter war eine Neandertalerin gewesen, ihr Vater ein Denisovaner – der selbst alte Spuren von Neandertalervorfahren in seinem Genom trug.

Das hatte es so in der Paläoanthropologie noch nicht gegeben. Die Forschungsdisziplin, die mit dem Fund eines Neandertalerskeletts 1856 im namengebenden Neandertal begründet wurde und auf der Formanalyse von Fossilien basiert, fand sich in einer paradoxen Lage wieder. Genetiker hatten zahlreiche Erbgutdaten vom Denisova-Menschen gesammelt, aber anatomisch auswertbare Skelettteile und damit Hinweise auf das Aussehen dieser archaischen Menschenform fehlten fast völlig. Diese bizarre Diskrepanz ließ die Paläoanthropologen rätseln: Lagen womöglich längst Denisovaner-Relikte in Sammlungen, ohne dass sie als solche identifiziert wurden? In der Tat gibt es in China zahlreiche menschliche Fossilien, die in Frage kämen. Sie stammen aus dem Zeitraum von vor ungefähr 400 000 bis 45 000 Jahren und würden von der Aufspaltung der Linien der Denisovaner und der Neandertaler bis zu dem Zeitpunkt reichen, als die ersten anatomisch modernen Menschen nach Nordasien vordrangen. Nach Südostasien war Homo sapiens wohl schon vor etwa 70 000 Jahren gelangt, nach Australien vor zirka 50 000 Jahren.

Einige meist chinesische Wissenschaftler vertraten schon lange die Ansicht, dass die Völker des Fernen Ostens auch regionale Wurzeln haben. Die Befürworter dieser These interpretierten die chinesischen Fossilien als Mischformen zwischen dem Homo erectus – er war vor etwa zwei Millionen Jahren aus Afrika in Eurasien eingewandert – und einem regionalen Homo sapiens.

Doch zuletzt sprachen sich immer mehr Forscher für den afrikanischen Ursprung unserer Spezies aus. Folglich fand die These von der »regionalen Kontinuität« immer weniger Befürworter. So wussten die Paläoanthropologen aber auch immer weniger mit den chinesischen Fossilien anzufangen. Schon 2010, als die ersten Studien über den Denisova-Menschen erschienen, haben Chris Stringer vom Natural History Museum in London und ich vorgeschlagen, dass es sich bei den teils sehr gut erhaltenen chinesischen Fossilien um Überreste von Denisovanern handeln könnte. Es fehlte aber ein genetischer Nachweis für unsere These. Daher blieb es nur eine plausible Vermutung.

Das änderte sich im Juli 2016. Ich hatte per E-Mail mehrere Fotos erhalten und anbei die Nachricht einer chinesischen Kollegin, Dongju Zhang von der Universität Lanzhou. Die Bilder zeigten ein Fossil von der Tibetischen Hochebene – es war die Hälfte eines Unterkiefers. Das Stück wirkte sehr robust, und in der Zahnreihe steckten zwei enorm große Backenzähne. Es war kein Kinn zu erkennen. Damit war klar: Das konnte kein Homo sapiens sein! Die überraschende E-Mail aus China war der Beginn einer wunderbaren Zusammenarbeit mit Dongju Zhang und ihrem Kollegen Fahu Chen.

Hätte der Cartoonist Hergé den fragmentierten Unterkiefer gekannt, er hätte ihm einen gebührenden Platz in seinem Comicalbum »Tim in Tibet« eingeräumt. Die Fundgeschichte des Fossils hat jedenfalls das Zeug für eine fantastische Erzählung. In den frühen 1980er Jahren war ein buddhistischer Mönch zum Meditieren in das Höhlenheiligtum von Baishiya im Bezirk Xiahe aufgestiegen. In der Karsthöhle fand er dann das Fossil und brachte es zum »Sechsten lebenden Gung-Thang-Buddha«. Der Unterkiefer sollte zu einem Puder für medizinische Zwecke zerstoßen werden. So war man jedenfalls mit sämtlichen fossilen Knochen verfahren, die bis dahin in der Höhle ans Licht gekommen waren. Doch der religiöse Würdenträger bewahrte das Stück auf. Irgendwann überließ er es einem chinesischen Geologen aus seinem Bekanntenkreis. Schließlich landete das Fossil an der Universität Lanzhou. Wo genau es der Mönch in der Höhle aufgelesen hatte, wusste niemand mehr, aber zumindest das Alter des Unterkiefers ließ sich bestimmen. An dem Fossil haftete eine Kruste aus Kalzitgestein, der die chinesischen Kollegen mittels der Uran-Thorium-Methode eine Datierung entlockten: 160 000 Jahre. Alle Indizien – das Alter, die Fundregion und die morphologischen Merkmale – sprachen dafür, dass der Unterkiefer von einem Denisova-Menschen stammte.

Nicht nur das Fossil war bemerkenswert, sondern auch sein Fundort. Die Karsthöhle von Baishiya liegt auf fast 3300 Meter über dem Meeresspiegel. Bis dahin existierte kein einziges Fossil einer archaischen Menschenform, das in hochalpinen Lagen zu Tage kam. Zuvor gingen Paläoanthropologen davon aus, dass Homo sapiens vor weniger als 40000 Jahren die Tibetische Hochebene als Erster erklommen hatte.

Woher das Gen gegen dünne Luft kommt

Qiaomei Fu vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking versuchte, aus dem Unterkiefer von Xiahe aDNA zu extrahieren – leider erfolglos. Also probierten wir es mit einer anderen Methode: der Paläoproteomik. Sie beruht auf dem Bindegewebseiweiß Kollagen im Knochen (siehe Artikel ab S. 60). Die Untersuchung des Proteins hat im Vergleich zur aDNA zwei entscheidende Vorteile: Die Aminosäureketten, aus denen Proteine bestehen, sind sehr viel stabiler als die Nukleinsäure einer DNA und überdauern daher sehr viel länger. Und zweitens: Die Abfolge der Aminosäuren entspricht der DNA-Sequenz, die das Eiweiß codiert – denn die Gene enthalten die Bauanleitung für ein Eiweiß. Hierüber ist es möglich, einen fossilen Knochen einem Homo sapiens, Neandertaler oder Denisovaner zuzuordnen.

Mit Hilfe der Paläoproteomik gelang es uns tatsächlich, Eiweißfragmente aus dem Unterkiefer zu extrahieren. Frido Welker aus meiner Arbeitsgruppe verglich nun die Proteinbausteine mit der DNA der Denisovaner. Im Mai 2019 machte er eine passende Sequenz ausfindig. Erstmals hatten wir einen Denisovaner außerhalb der Denisova-Höhle entdeckt – 2000 Kilometer entfernt in Tibet!

Das Kieferstück von Xiahe löste noch ein weiteres Rätsel. Viele Tibeter tragen in ihrem Erbgut eine besondere Spielart des Gens EPAS1. Das von ihm codierte Protein erleichtert den Sauerstofftransport im Körper. Dank dieser Genvariante sind die Tibeter sehr gut an das Leben in der sauerstoffarmen Luft des Hochlands angepasst. Wie Paläogenetiker 2014 herausgefunden hatten, gehört EPAS1 zu einer Hand voll von Genen, die asiatische Bevölkerungsgruppen von den Denisovanern geerbt hatten. Das erschien jedoch zunächst widersinnig, liegt die Denisova-Höhle doch lediglich auf einer Höhe von rund 700 Metern. Menschen, die dort lebten, brauchten keine Gene zur Höhenanpassung. Das Xiahe-Fossil führte endlich die losen Enden zusammen: Die genetische Selektion für dieses Merkmal hatte bei den Denisova-Menschen viel weiter südlich stattgefunden, am Rand des Himalajas.

Der Unterkiefer lüftete auch das Geheimnis um die Morphologie der Denisovaner – zumindest teilweise. Wir verglichen das denisovanische Knochenstück von Xiahe mit anderen in China gefundenen Fossilien. In vielen Merkmalen stimmte es mit einem weiteren halben Unterkiefer überein, der in Penghu vom Grund des Chinesischen Meeres gefischt wurde, in der Meerenge zwischen Taiwan und dem Festland. Beide Fossilien sind ungefähr gleich groß und haben – im Unterschied zum Oberkiefer – keinen dritten Backenzahn, anders als wir es von der großen Mehrheit der archaischen Menschenformen kennen. Der Penghu-Unterkiefer hatte also sehr wahrscheinlich zu einem Denisova-Menschen gehört.

Bei den Backenzähnen sticht zudem ein besonderes Merkmal hervor: Der zweite Molar hat drei statt zwei Zahnwurzeln. Im heutigen Europa und Afrika ist dieser Sonderfall kaum verbreitet, aber bei zirka 40 Prozent der Chinesen und amerikanischen Ureinwohner – die ja aus Nordasien abgewandert waren – steckt ein zweiter Molar mit drei Wurzeln im Unterkiefer. Gut möglich, dass die Denisova-Menschen dieses Merkmal ebenfalls vererbt haben.

Wir entdeckten im Reich der Mitte noch weitere Riesenzähne: an der Fundstätte Xujiayao westlich von Peking. Das Alter dieser Zähne ist stark umstritten, die Datierung rangiert zwischen 260 000 und 370 000 Jahren. Es existieren zudem gut erhaltene Schädelfossilien, die ebenfalls Ähnlichkeiten mit dem Unterkiefer von Xiahe aufweisen. Was diese Fossilien gemeinsam haben, sind eine sehr große Schädelhöhle und Knochenmerkmale, die an den Neandertaler erinnern, sich aber auch deutlich von ihm unterscheiden. Dazu gehören die Schädelfragmente aus Lingjing in der Region Xuchang (Provinz Henan). Paläoanthropologen stellten die Fossilien 2017 der Öffentlichkeit vor und datierten sie auf 105 000 und 125 000 Jahre vor heute. Als Denisovaner kommt auch ein Schädel mit der Bezeichnung Maba 1 in Frage, der 1958 nahe der Stadt Shaoguan (Provinz Guangdong) entdeckt wurde. Das Alter: 130 000 bis 240 000 Jahre. Das Gleiche gilt für einen Schädel, der 1933 in den Sedimenten des Songhua-Flusses nahe der Stadt Harbin ans Licht kam. All diese Fossilien weisen dieselben Merkmale auf: ein großes Schädelvolumen und neandertalerähnliche Züge. Meines Erachtens sind sie alle Schädelreste von Denisova-Menschen.

Immer mehr Paläoanthropologen schließen sich unserer These an, dass ein großer Teil der chinesischen Menschenfossilien tatsächlich von Denisovanern stammen – allerdings von ihrer nördlichen Gruppe. Denn Paläogenetiker haben vor zwei Jahren hunderte Genome moderner Menschen nach den Einsprengseln von Denisovanern untersucht. Ihr Ergebnis: Nicht alle Asiaten tragen die gleichen Genvarianten der Denisovaner in ihrem Erbgut. Im Genom der heutigen Südostasiaten stecken beispielsweise keine Spuren der denisovanischen aDNA aus der namengebenden Höhle.

So funktioniert die Paläogenetik

1. Die Vorbereitung einer Knochenprobe

Die Paläogenetiker pulverisieren zunächst mit einem Bohrer einen kleinen Teil des Inneren eines fossilen Knochens. Das so gewonnene Bohrmehl enthält eine Mischung aus alter und junger, verunreinigender DNA. Der weitaus größte Teil stammt von Pilzen, Bakterien und anderen im Boden lebenden Mikroorganismen, die den Leichnam besiedelt und das weiche Gewebe zersetzt haben. Aber auch DNA von heutigen Menschen kann trotz aller Vorsicht am Fundort und im Umgang mit dem Fossil in die Probe geraten sein.

2. Die Extraktion der DNA

Das Bohrmehl gibt man nun in eine enzymhaltige Lösung, um das Knochenmaterial vollständig aufzulösen. Dann kommt das Gemisch in eine Zentrifuge, damit unlösliche Knochenreste von der DNA-haltigen Lösung getrennt werden. Danach mischen Genetiker ein Salz und einen Alkohol hinzu. Beides hilft, selbst die kleinsten DNA-Bruchstücke zu gewinnen. Das ist ein wichtiger Schritt, da im Lauf der Jahrtausende die alte DNA sehr stark fragmentiert wurde. Die Lösung wird anschließend durch eine Silikamembran gefiltert, in der die DNA hängen bleibt. Nun kommt die gereinigte DNA erneut in eine Lösung.

3. Die Aufbereitung der DNA-Fragmente

Die Paläogenetiker fügen der Lösung mit den DNA-Fragmenten »Adapter« hinzu. Diese hängen sich als Markierungen jeweils an den Anfang und das Ende eines DNA-Fragments. Die Adapter bestehen aus Oligonukleotiden, also kurzkettigen DNA-Bausteinen, die das Sequenziergerät später zweifelsfrei erkennt. Anschließend vervielfältigen die Genetiker die markierten DNA-Fragmente mit Hilfe eines Enzyms, das eine Vielzahl identischer Kopien herstellt. Der Prozess wird als »Polymerase-Kettenreaktion« oder »Polymerase Chain Reaction«, kurz PCR, bezeichnet. Nur wenn es gelingt, eine hinreichend große Anzahl von Kopien zu produzieren, ist das folgende Sequenzieren erfolgreich.

4. Das Sequenzieren

Die DNA-Fragmente werden nun in ein Sequenziergerät gegeben, das bei jedem Erbsubstanzschnipsel die Abfolge der DNA-Bausteine (Nukleotide) registriert. Eine Software gibt sie als Ketten aus den vier Buchstaben A, T, G und C wieder, die stellvertretend für die vier in den Nukleotiden enthaltenen Basen Adenin, Thymin, Guanin und Zytosin stehen.

5. Die Rekonstruktion der DNA

Leistungsstarke Computer vergleichen als Nächstes die erhaltenen kurzen DNA-Sequenzen mit ein oder zwei bekannten menschlichen Genomen, dem so genannten Referenzgenom (siehe Grafik links). Dabei rekonstruiert die Software auch Teile der alten DNA, da sich selbst bei unterschiedlichen Menschenformen die DNA-Sequenzen sehr stark ähneln. Um Verunreinigungen ausfindig zu machen, suchen die Computeralgorithmen in der alten DNA gezielt nach Fehlerstellen. Deren Ursache ist ein natürliches Phänomen: Die Nukleinbase Zytosin kann sich nämlich nach vielen Jahrtausenden in Uracil umwandeln. Das Sequenziergerät registriert das Uracil aber als vermeintliches Thymin. Wirft das Gerät nun an sehr vielen Stellen Thymin aus, an denen das Referenzgenom aber Zytosin aufführt, signalisiert das dem Forscher: Diese DNA ist tatsächlich sehr alt.

6. Die Identifikation einer Spezies

Eine weitere Software vergleicht schließlich das rekonstruierte Genom mit vielen anderen Erbgutsätzen. Gezielt suchen die Genetiker nach punktuellen Abweichungen – nach so genannten Single Nucleotide Polymorphisms, kurz SNPs (gesprochen: Snips). Je mehr solcher SNPs vorhanden sind, desto größer ist die Chance, dass die verglichenen Genome zu unterschiedlichen Menschenformen gehören.

Generell gibt es nur wenige SNPs bei Individuen, die ein und derselben Spezies angehören – innerhalb von Homo sapiens ist das nur bei etwa jedem 1000. DNA-Baustein der Fall. Die Genome von Mensch und Schimpanse hingegen unterscheiden sich ungefähr an jeder 100. Stelle. Vergleicht man die DNA des anatomisch modernen Menschen mit der eines Neandertalers oder Denisovaners, zeigt sich etwa an jeder 700. Stelle ein Unterschied. Auch die Genome von Neandertaler und Denisovaner sind verschieden genug, um sie tatsächlich als getrennte Menschenformen zu identifizieren. Und Gleiches gilt für die Nord- und die Südgruppe der Denisova-Menschen.

Aus den Genanalysen geht hervor, dass mindestens zwei geografisch voneinander getrennte Gruppen von Denisovanern existiert haben müssen, die sich schon vor rund 350 000 Jahren voneinander getrennt hatten – also bereits relativ bald nach der Abspaltung der Denisova-Menschen von der Linie der Neandertaler, was nach aktuellem Wissensstand vor zirka 450 000 Jahren geschehen war. Die nördliche Gruppe umfasste die Individuen aus der sibirischen Denisova-Höhle und einen großen Teil der Denisovaner auf dem Gebiet des heutigen China. Von der südlichen Gruppe hingegen sind Fossilien extrem spärlich gesät. Aus Südostasien kennen wir abgesehen von ein paar vermutlich menschlichen Zähnen praktisch keine Überreste, die sich den südlichen Denisovanern zuweisen ließen. Ihre Gruppe verrät sich allein durch die Einsprengsel in den Genomen heutiger Melanesier und australischer Ureinwohner. Diese weisen durchschnittlich vier Prozent Süd-Denisovaner-DNA auf. Die eingekreuzten Genvarianten sind unter den Menschen in Asien sonst unterschiedlich verteilt. Bei den heutigen Japanern und Chinesen etwa finden sich Spuren von beiden Denisova-Gruppen, die jeweils 0,1 Prozent beisteuerten.

Die Jagd nach Fossilien

Auch wenn das Aussehen der südlichen Denisovaner noch völlig im Dunklen liegt, so lässt sich zumindest eine plausible Überlegung dazu anstellen. Wenn beide Gruppen sich bereits von 350 000 Jahren gebildet hatten, dann haben sie sich über einen sehr langen Zeitraum getrennt voneinander entwickelt. Eine Folge war möglicherweise, dass sich die Denisovaner des Nordens und des Südens äußerlich so sehr voneinander unterschieden wie beide ihrerseits von den Neandertalern.

Zurzeit konzentrieren wir unsere Forschungen vor allem auf die Fossilien und Fundstätten in China. Wir versuchen, die Denisovaner mit Hilfe der Paläoproteomik aufzuspüren, und prüfen, ob sich in den Knochen aDNA erhalten hat. Eine weitere, relativ neue Methode, die Kollegen vom Max-Planck-Institut in Leipzig entwickelt haben, kommt uns dabei zupass: der Nachweis von aDNA in Bodenproben. Denn DNA bleibt nicht nur in fossilen Knochen erhalten, sondern auch in Sedimenten. Selbst wenn ein Toter vollständig zerfallen ist oder ein altsteinzeitlicher Mensch in einer Höhle bloß seine Exkremente hinterließ, blieb seine DNA anschließend an bestimmten Bodenbestandteilen haften. Diese Spuren lassen sich nachweisen und einer Urmenschenform zuweisen. Paläoanthropologen arbeiten nun fieberhaft daran, in Süd- und Südostasien endlich auf Relikte der südlichen Denisovaner zu stoßen. Deren Aussehen ist ja weiterhin völlig unbekannt. Wir haben in Asien also noch etliche Geheimnisse zu lüften.

QUELLEN

Bailey, S.E. et al.: Rare dental trait provides morphological evidence of archaic introgression in Asian fossil record, PNAS 116, 2019

Chen, F. et al.: A late Middle Pleistocene Denisovan mandible from the Tibetan Plateau. Nature 569, 2019

Jacobs, G. S. et al.: Multiple deeply divergent Denisovan ancestries in Papuans. Cell 177, 2019