Jetzt verraten schon winzige DNA-Spuren in Höhlensedimenten die einstige Anwesenheit von Neandertalern

Archäologen sind echte Forensiker. Erst recht, seit sie die Sache mit der DNA für sich entdeckt haben. Damit können sie nicht nur den verzweigten Stammbaum der Menschheit immer genauer rekonstruieren, Wanderungsbewegungen und Verwandtschaften nachweisen. Jetzt können sie menschliche Anwesenheit sogar in Höhlen nachweisen, in denen kein Knöchelchen der einstigen Bewohner mehr zu finden ist.

Denn alles ist vergänglich. Menschen ziehen weiter, Knochen werden verschleppt, Artefakte fortgespült. Aber gerade die Erforschung der DNA in den vielen winzigen Splittern und Restchen, die man in den letzen Jahren in berühmten Fundstätten ausgegraben hat, hat die Forscher auf die Idee gebracht, sich nicht nur auf das Sichtbare zu konzentrieren. DNA ist ja winzig und mit bloßem Auge nicht zu sehen. Kann es sein, dass man menschliche DNA-Spuren auch in der Erde in diesen Höhlen finden kann, in denen mit hoher Wahrscheinlichkeit über Jahrtausende immer wieder Menschen lebten und sich in Schutz brachten?

Gedacht, getan. Die Leipziger Fortscher vom MPI für evolutionäre Anthropologie waren wieder dabei.

Obwohl es in Europa und Asien zahlreiche prähistorische Fundstätten gibt, die Werkzeuge und andere von Urmenschen verwendete Gegenstände enthalten, sind Skelettüberreste ihrer Schöpfer selten. Forscher vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig haben daher nach neuen Wegen zur Gewinnung von Urmenschen-DNA gesucht.

Eingang der Vindija-Höhle in Kroatien, einer der Fundstätten, in denen die Wissenschaftler Urmenschen-DNA im Sediment nachweisen konnten. Foto: MPI f. evolutionäre Anthropologie/ J. Krause

Eingang der Vindija-Höhle in Kroatien, einer der Fundstätten, in denen die Wissenschaftler Urmenschen-DNA im Sediment nachweisen konnten. Foto: MPI f. evolutionäre Anthropologie/ J. Krause

Aus Sedimentproben von sieben archäologischen Fundstätten „fischten“ sie winzige DNA-Fragmente verschiedener Säugetierarten – unsere ausgestorbenen menschlichen Verwandten inbegriffen. In Höhlensedimenten aus vier Fundstätten fanden die Forscher Neandertaler-DNA, sogar in Schichten und Fundstätten, in denen keine Knochenfunde gemacht wurden. Zusätzlich fanden sie in Ablagerungen aus der Denisova-Höhle in Russland Erbgut vom Denisova-Menschen. Dank der neuen Erkenntnisse können Wissenschaftler jetzt herausfinden, wer die ehemaligen Bewohner vieler archäologischer Ausgrabungsstätten waren.

Indem wir die genetische Zusammensetzung unserer ausgestorbenen Verwandten, der Neandertaler, und deren asiatischer Cousins, der Denisova-Menschen, erforschen, können wir auch unsere eigene evolutionäre Geschichte näher beleuchten. Doch es gibt nur wenige Fossilien von Urmenschen, von denen nicht alle für genetische Untersuchungen verfügbar oder geeignet sind.

Svante Pääbo mit einer Sedimentanhäufung in der Höhle von Arago in Frankreich, die auf ein Alter von 450.000 Jahren datiert wird. Foto: MPI für evolutionäre Anthropologie, Christian Perrenoud

Svante Pääbo mit einer Sedimentanhäufung in der Höhle von Arago in Frankreich, die auf ein Alter von 450.000 Jahren datiert wird. Foto: MPI für evolutionäre Anthropologie, Christian Perrenoud

„Wir wissen, dass einige Bestandteile von Sedimenten DNA binden können“, erklärt Matthias Meyer vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie. „Deshalb haben wir untersucht, ob das Erbgut von Urmenschen in den Ablagerungen archäologischer Fundstätten überdauern kann.“

Dazu kooperierte Meyers Team mit einem Netzwerk von Forschern, die in sieben Höhlen in Belgien, Frankreich, Kroatien, Russland und Spanien Ausgrabungsarbeiten betreiben. Die von ihnen gesammelten Sedimentproben waren zwischen 14.000 und mehr als 550.000 Jahre alt. Für die Entnahme und Analyse von Fragmenten mitochondrialer DNA – also aus den „Kraftwerken“ der Zelle – benötigen die Forscher nur winzige Mengen an Sediment-Material.

Das so aus den sieben Höhlen gewonnene Erbgut konnten sie zwölf verschiedenen Säugetierfamilien zuordnen, darunter auch ausgestorbenen Arten wie dem Wollhaarmammut, dem Wollnashorn, dem Höhlenbär und der Höhlenhyäne.

Anschließend suchten die Forscher in den Proben ganz gezielt nach Urmenschen-DNA.

„Erste Ergebnisse ließen uns vermuten, dass die meisten Proben das Erbgut zu vieler anderer Säugetierarten enthielten, um darin Spuren menschlicher DNA zu entdecken“, sagt Viviane Slon, Doktorandin am Leipziger Max-Planck-Institut und Erstautorin der Studie. „Also änderten wir unsere Herangehensweise und nahmen bei unserer Analyse ganz speziell DNA-Fragmente menschlichen Ursprungs ins Visier.“

Neun Proben aus vier Fundstätten enthielten genug Urmenschen-Erbgut für weitere Untersuchungen: Acht Sedimentproben enthielten mitochondriale DNA von einem oder mehreren Neandertalern und eine Probe enthielt Denisova-DNA. Die meisten Proben stammten aus archäologischen Schichten oder Stätten, in denen Wissenschaftler zuvor keine Knochen oder Zähne von Neandertalern gefunden hatten.

Bekommen hat man so ein neues Werkzeug für die Archäologie.

„Anhand von DNA-Spuren im Sediment können wir nun an Fundorten und in Gebieten die Anwesenheit von Urmenschen nachweisen, wo dies mit anderen Methoden nicht möglich ist“, sagt Svante Pääbo, Direktor der Abteilung für Evolutionäre Genetik am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie und Ko-Autor der Studie. „Die DNA-Analyse von Sedimenten ist also eine äußerst nützliche archäologische Untersuchung, die zukünftig routinemäßig durchgeführt werden könnte.“

Das ist dann genau so, als wenn Kriminaltechniker einen Tatort nach 30.000, 100.000 oder 400.000 Jahren aufsuchen, wo der „Täter“ scheinbar keine Spuren hinterlassen hat. Denn damals lebte ja der Neandertaler in Europa, suchte sein Überleben im Schatten der Eiszeit und jagte möglicherweise – worauf ja die Spuren von Wollhaarmammut und Wollnashorn hinweisen – die großen Bewohner der Steppen. Und obwohl von all dem keine Knochen erhalten blieben, verraten nun DNA-Spuren, dass sie da waren. Wenn man nun auch noch die Schichten, in denen die DNA gefunden wurde, nach ihrem Alter datiert und einordnet, kann man sogar eine zeitliche Folge der Höhlenbewohner aufzeichnen.

Und selbst in die eigenen Lagerbestände können die Forscher mit dieser Methode gehen. Denn: Sogar Sediment-Proben, die jahrelang bei Zimmertemperatur eingelagert waren, enthielten noch DNA. Eine Untersuchung dieser und anderer frisch ausgegrabener Ablagerungen aus Fundstätten, die keine menschlichen Überreste enthalten, wird Wissenschaftlern künftig weitere wertvolle Einblicke über die ehemaligen Höhlenbewohner und unsere gemeinsame genetische Geschichte geben.

Ob eine Bodenprobe Erbgut-Spuren enthält zeigt erst die Analyse im Labor. Foto: MPI f. evolutionäre Anthropologie/ S. Tüpke

Ob eine Bodenprobe Erbgut-Spuren enthält zeigt erst die Analyse im Labor. Foto: MPI f. evolutionäre Anthropologie/ S. Tüpke

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