Birkenrinde brennt ausgezeichnet, mit öliger Flamme, sogar wenn sie noch leicht feucht ist. Und wenn man ein kleines Stück davon neben einem dicken Stein schmurgeln lässt, dann bleibt ein schwarzer Fleck zurück, der nicht aus Ruß besteht. Dieser Fleck, den Patrick Schmidt eines Tages beim Experimentieren bemerkte, führte den Tübinger Archäologen tief in die Vergangenheit zurück. Einige hunderttausend Jahre, um genau zu sein: zu den Anfängen eines Werkstoffs, der schon die Neandertaler verblüfft haben muss.

Der Begriff »Steinzeit« lässt an eine Welt denken, in der alles aus Stein hergestellt wurde. In Wahrheit ist Stein nur das Material, das sich am besten erhält. Während der gesamten, mehrere Millionen Jahre dauernden Epoche nutzten der Mensch und seine frühen Verwandten alles, was sie in ihre geschickten Finger bekamen: Holz, faserige Pflanzen, Tiersehnen, Knochen, Geweihe – bis hin zu Mammutelfenbein. Das meiste davon ist längst vergangen.

»Hinweise auf solche organischen Materialien finden wir Archäologen daher äußerst selten«, erklärt Jordi Serangeli, der wie Patrick Schmidt an der Eberhard-Karls-Universität in Tübingen forscht. Der Wissenschaftler leitet die Ausgrabungen im ehemaligen Braunkohletagebau im niedersächsischen Schöningen direkt an der Grenze zu Sachsen-Anhalt. Dort haben sich einzigartige Zeugnisse uralten Holz-Knowhows erhalten: Speere aus kleinen Fichtenstämmchen, die laut Altersbestimmung der Forscher rund 300 000 Jahre alt sind. Neueste Datierungen setzen ihr Alter eher bei 200 000 Jahren an, doch selbst dann noch erstaunt, wie modern ihre Flugeigenschaften im Vergleich mit denen moderner Wettkampfspeere sind. Sie müssen bei der Jagd auf Wildpferde exzellente Dienste geleistet haben. Auch Säbelzahnkatzen und Höhlenlöwen, die großen Beutegreifer der Zeit, ließen sich damit bestimmt gut abwehren.

Speere für Spitzenanforderungen

Die Speere belegen, dass ihre Schöpfer über ausgezeichnete Kenntnisse in der Holzverarbeitung verfügt haben müssen. Auf eines aber haben die Hersteller – Homo heidelbergensis oder frühe Neandertaler, genau weiß man es nicht – verzichtet: eine Spitze aus scharfkantigem Feuerstein anzubringen. Solche Klingen können den Waffen noch einmal mehr Durchschlagskraft verleihen, nützlich ist das vor allem bei der Jagd auf Großwild wie Mammuts. Sie machen den Prozess allerdings auch viel aufwändiger, und zwar nicht nur wegen der Feuersteine selbst.

»Als Jugendlicher habe ich bereits gegrübelt, wie man in der Steinzeit Pfeile hergestellt hat«, erinnert sich Andreas Benke aus Weferlingen in Sachsen-Anhalt, einer Ortschaft, die nicht weit von Schöningen entfernt ist. Benke probierte es selbst und stellte fest: Eine Pfeilspitze an einem Schaft anzubringen, »ist wegen der sehr ungleichmäßigen Kontaktflächen zwischen den Steinen und dem Holz sehr schwierig«. Man braucht also einen guten Klebstoff. Und hier kommt die brennende Birkenrinde ins Spiel.

»Zandmotor« heißt ein künstlicher Sandstrand direkt vor den Toren Den Haags in den Niederlanden. Um das fast einen Kilometer breite Strandareal aufzuschütten, hat man vor einigen Jahren zig Millionen Kubikmeter Sand vor der Küste aufgesaugt und am Ufer abgeladen. Wie sich zeigte, befanden sich in dem verfrachteten Nordseeboden zahlreiche menschliche Hinterlassenschaften aus einer Zeit, als der Meeresspiegel noch deutlich tiefer lag. Eines dieser Artefakte entdeckten Archäologen im Jahr 2016. Es bestand aus einer Feuersteinklinge, an die ein runder, dicker Batzen aus einer dunkelbraunen, fast schwarzen Substanz geklebt war.

Ein Team um Geeske Langejans und Paul Kozowyk von der TU Delft datierten das Fundstück auf ein Alter von 50 000 Jahren. Demnach haben hier wohl Neandertaler – denn der anatomisch moderne Mensch war damals noch nicht so weit in den Norden vorgedrungen – eine scharfe Klinge mit einer Art Griff versehen, sodass man sich bei der Arbeit mit dem Stein nicht die Finger aufschnitt. Inzwischen ist klar, woraus der Griff, also die dunkle Masse besteht: Birkenpech.

Eine Idee, die kleben blieb

Birkenpech ist ein fantastischer Werkstoff. Zu seiner Herstellung braucht es im Grunde nur ausreichend Birkenrinde und Feuer. Im warmen Zustand ist die Substanz zähflüssig wie Rübensirup oder weich wie Knete, dann lässt sie sich in jede beliebige Form bringen. Wenn sie abkühlt, härtet sie so stabil aus, dass sie zwei Werkstücke dauerhaft und wasserfest miteinander verbindet. Dabei bewahrt sie sich einen Rest Flexibilität, sodass auch bei starken Stößen die Klebstelle nicht bricht. Das ist ideal, wenn man damit Spitzen an Pfeile oder eben Griffe an Messerklingen kleben will. Und als wäre das noch nicht genug, ist sie fast beliebig oft wiederverwendbar: An einer Flamme erwärmt, wird das Pech wieder plastisch und löst sich ab. In erstarrtem Zustand kann man es problemlos mit sich herumtragen und wieder aufschmelzen, wenn daran Bedarf entsteht.

Den alten Steinzeitkleber hat die Menschheit auch dann nicht vergessen, als sie längst mit Kupfer, Bronze oder Eisen zu hantieren begonnen hatte: Ötzis Pfeilspitzen beispielsweise waren mit Birkenpech verklebt. Auch von den Römern kennt man das Material. Bis weit ins Mittelalter hinein nutzte man Pech, zum Beispiel bei der diffizilen Arbeit des Befiederns von Pfeilen. Weil der Stoff sich unter Einfluss von Feuchtigkeit nicht auflöst, kann man damit auch Behälter für Flüssigkeiten abdichten.

Dem Zahn der Zeit ist aber nicht einmal der Kleber aus der Birkenrinde gewachsen. Nur in extremen Ausnahmefällen haben sich Reste aus der Altsteinzeit bis heute erhalten. Neben dem Fund von Zandmotor sind das zwei Stücke aus dem ehemaligen Braunkohletagebau Königsaue in der Nähe von Aschersleben am Nordostrand des Harzes in Sachsen-Anhalt. Sie hat der Tübinger Archäologe Patrick Schmidt untersucht. Auch diese Brocken identifizierte er anhand der Transmissionsinfrarot-Spektrografie eindeutig als Birkenpech, das einst um Steinwerkzeuge herum geformt worden war. Von den Feuersteinen waren nur noch die Abdrücke in der schwarzen Masse zu sehen, die Steine selbst wurden nicht gefunden.

Schwierigkeiten macht allerdings die Altersbestimmung, die das nur sehr vage Ergebnis von 43 000 bis 80 000 Jahre lieferte. Vermutlich hantierten einst also Neandertaler mit dem Material, ähnlich wie beim Fund vom Nordseestrand. Ausgeschlossen ist allerdings nicht, dass es auch der moderne Mensch gewesen sein könnte, der einer ganz aktuellen Analyse zufolge bereits vor 45 000 Jahren das heutige Thüringen erreicht hatte.

Mit Abstand am ältesten sind zwei weitere Funde, die aus dem italienischen Campitello in der Toskana stammen. Ein etwa vier Zentimeter großer Klumpen war als Griff um ein noch darin steckendes Steinwerkzeug geformt. An einem weiteren Feuersteinfund waren nur noch spärliche, aber eindeutige Reste des Pechs zu sehen. Beide Stücke dürften mindestens rund 200 000 Jahre alt sein. Damit rückt die Verwendung des Birkenklebers eindeutig in die Ära des Neandertalers. Daneben gibt es noch wenige Verdachtsfälle von Birkenpech aus der Altsteinzeit, die aber allesamt noch nicht mit modernen Analysemethoden bestätigt wurden.

Kleben mit Gestank

Lange vor Birkenpech könnten Steinzeitmenschen einen anderen Klebstoff genutzt haben, den sie aus dem Harz von Bäumen gewannen. Mit dieser zähflüssigen Substanz, die später hart wird, verschließen Bäume Verletzungen und verhindern so, dass schädliche Insekten in ihr Inneres gelangen. Genauso gut lassen sich damit aber auch Pfeilspitzen an Schäfte haften. Man sammelt dazu hart gewordene Harzbröckchen und schmilzt sie zum Beispiel am Feuer auf.

Ein Problem an der Sache dürfte vermutlich auch den Steinzeitmenschen nicht entgangen sein, wenn sie ihre aufwändig hergestellten Gegenstände wiederverwenden wollten: »Beim Aufschmelzen von Baumharzen verflüchtigen sich die darin enthaltenen Terpentine«, erklärt Patrick Schmidt. »Nach dem dritten oder vierten Zyklus wird die Substanz daher zu spröde und klebt schlecht.« Birkenpech dagegen kann man sehr häufig aufschmelzen und sehr häufig wiederverwenden.

Ähnliche Eigenschaften wie Baumharze hat auch Bitumen, das an manchen Stellen natürlich vorkommt, sagt Schmidt. »Nur stinkt die Substanz penetrant nach faulen Eiern.« Ein paar Spritzer genügen schon, und man kann seine Kleidung tagelang nicht mehr tragen, weiß der Spezialist für Steinzeitklebstoffe aus eigener Erfahrung. Die ersten modernen Menschen in Europa scheinen es in Kauf genommen zu haben: In fünf von wenig mehr als 20 Klebstoffresten aus dieser Zeit, die Patrick Schmidt untersucht hat, identifizierte er Bitumen als Grundstoff. Einen weiteren Klebstoff untersucht der Tübinger Archäologe in Südafrika: Diesen hatten die Steinzeitmenschen vor 60 000 Jahren aus verschiedenen Blättern gewonnen.

Glück mit dem Pech

Solche Klebstoffe aus Blättern und Bitumen kannten zwar auch die Neandertaler, doch stand ihnen darüber hinaus noch das viel bessere Birkenpech zur Verfügung.

Nur wusste lange niemand, wie sie aus der harten und weißen Birkenrinde diese schwarze und zähklebrige Substanz hergestellt hatten. Der Birkenkleber entsteht durch eine sogenannte Pyrolyse. Die Rinde – das Ausgangsmaterial – wird so weit erhitzt, bis sich ihre Bestandteile in chemisch einfachere Verbindungen zerlegen. Dabei gilt es, nach Möglichkeit Sauerstoff fernzuhalten, damit die Rinde nicht einfach verbrennt. Ab einer Temperatur von ungefähr 400 Grad Celsius gasen Produkte aus, die zu einer flüssigen Masse kondensieren, bei der es sich streng genommen um Birkenteer handelt. Erst durch längeres Köcheln dickt die Masse zu Birkenpech ein, weil Wasser und flüchtige Verbindungen ausgetrieben werden.

Wenn man einmal weiß, was man dazu tun muss, dann bieten sich gleich mehrere Verfahren der Herstellung an. Doch woher wussten die Neandertaler, was man tun muss? Woher wussten sie überhaupt, dass es sich lohnt, Baumrinde zu erhitzen, um einen Kleber zu erhalten? Beim klebrigen Baumharz mag das noch recht offensichtlich sein, bei Birkenrinde nicht. Vor allem der Aspekt des Sauerstoffabschlusses ließ die Forscher grübeln: verbirgt er doch den eigentlichen Vorgang auch vor den Augen desjenigen, der ihn durchführt.

Funde aus der Neandertalerzeit, an denen sich der Herstellungsprozess ablesen ließe, fehlen ganz. Also schlug erneut die Stunde der Experimentalarchäologie.

Patrick Schmidt, Andreas Benke und viele weitere, darunter auch das Team der TU Delft, haben mögliche Verfahren in zahlreichen Varianten ausprobiert. Benke führt sie inzwischen auch Interessierten vor: »Bewährt hat sich das sogenannte Zweitopf-Verfahren«, erklärt er. In seiner einfachsten Variante, die bis ins europäische Mittelalter genutzt wurde, wird ein kleiner Topf in die Erde eingegraben. In ihm soll sich später der heiße Teer sammeln. Ein weiterer Topf wird mit frischer Birkenrinde vollgestopft und dann mit der Öffnung nach unten auf den eingegrabenen Topf gestellt. Die Verbindung zwischen oberem und unterem Topf wird mit Lehm abgedichtet, um das Eindringen von Sauerstoff aus der Luft zu verhindern.

»Mit sehr viel kleinem Holz wird ein Feuer darum herum angezündet, das sehr rasch sehr heiß wird«, schildert Andreas Benke den nächsten Schritt. Aus Birkenrinde entsteht dabei schnell Birkenteer, das sich im eingegrabenen Topf unten sammelt. Das Endresultat muss anschließend noch teils über Stunden eingekocht werden, um überschüssiges Wasser zu entfernen. Andreas Benke stellt den unteren Topf deshalb in ein größeres Gefäß, sodass an dessen kühleren Außenwänden bereits ein Teil des überschüssigen Wassers kondensiert, was das Eindampfen verkürzt.

Komplizierter ist einfacher

Doch die Neandertaler hatten selbstverständlich keine Keramikgefäße zur Verfügung. Und mehr noch, fragte sich Patrick Schmidt: »Wie sollen sie eine unterirdisch ablaufende Reaktion, die sie daher gar nicht beobachten können, gelernt und weiterentwickelt haben?« Um diese Frage zu beantworten, machte der Archäologe ebenfalls etliche Experimente und stieß schließlich auf jenen großen schwarzen Fleck am Lagerfeuer: Als er nämlich Birkenrinde über der Erde neben einem Stein anzündete, kondensierte auf diesem eine dünne, schwarze Schicht, die sich als Birkenpech entpuppte. Sie lässt sich abkratzen und direkt verwenden, auch ohne Einkochen. Mit viel Geduld und ausreichend Rohmaterial entsteht eine nennenswerte Menge Kleber. »Die Neandertaler könnten also die Methode zur Herstellung dieses Klebstoffes der Steinzeit zufällig am Lagerfeuer entdeckt haben«, überlegt Patrick Schmidt.

Damit stand nun mit einem Mal zur Debatte, was die Birkenpechnutzung wirklich über die geistigen Fähigkeiten der Neandertaler verrät. Zuvor war die Forschung gezwungen anzunehmen, dass nur eine Pyrolyse unter Sauerstoffabschluss das begehrte Pech entstehen lässt. Folglich musste man auch annehmen, dass die Neandertaler vor 200 000 Jahren genau diese Technologie zu entwickeln imstande waren. An Komplexität hätte das alles in den Schatten gestellt, was man zeitgleich von Homo sapiens kannte. Schmidts Entdeckung, dass Birkenpech manchmal auch von ganz allein entsteht, befreite die Forschung aus dieser Zwickmühle – und dürfte das Rätsel über die Ursprünge der Kleberherstellung gelöst haben.

Doch der Neandertaler ist immer wieder für eine Überraschung gut. Denn nun nahm die Geschichte der Birkenpechherstellung eine gänzlich unerwartete Kehrtwendung. Als die Gruppe um den Tübinger Forscher Schmidt systematisch Birkenpech mit den unterschiedlichsten Methoden herstellte und dann mit den Fundstücken aus der Königsauer Braunkohlegrube chemisch verglich, stellte sich heraus: Die Neandertaler hatten mitnichten Birkenrinde neben einem Stein kokeln lassen. Zumindest in jenem Zeitraum vor 85 000 bis 40 000 Jahren, in dem die Königsauer Pechstücke hergestellt wurden, hatten sie eindeutig ein unterirdisches Verfahren genutzt.

In seiner 2023 veröffentlichten Studie beobachtete das Team um Schmidt zum Beispiel, dass der Gehalt an Suberin, einem Molekül aus der Baumrinde, bei allen oberirdisch erzeugten Vergleichsproben auf null gesunken war. Nur wo es Birkenrinde unter Sauerstoffabschluss verschwelt hatte, war Suberin noch erhalten. Genau wie in den Königsauer Pechklümpchen.

Wie die Neandertaler den Sauerstoff von der Rinde fernhielten, darüber können die Fachleute bloß spekulieren. Es gibt jedoch ein Verfahren, das ohne Keramikgefäße auskommt und trotzdem eine sauerstoffreduzierte Pyrolyse mit guter Ausbeute liefert. (Patrick Schmidt demonstriert es hier in einem Video.) Dazu wird ein Loch in den Boden gegraben und mit einem Sammelbehälter aus Birkenrinde ausgekleidet. Über das Loch werden Ästchen gelegt, darauf stellt man eine Rolle Birkenrinde. Jetzt braucht es jede Menge Matsch: Mit feuchtem Lehm wird das Loch im Boden und die Rindenrolle luftdicht zugekleistert. Nun ähnelt der Aufbau der Zweitopf-Methode. Zuletzt wird ein kräftiges Feuer über der Matschkuppel errichtet und bis zu zwei Stunden in Gang gehalten.

Warum so kompliziert, wenn es auch einfach geht? »Weil es Zeit spart«, sagt Patrick Schmidt: Produziert man das Birkenpech am Lagerfeuer über der Erde, muss man die ganze Zeit dabeibleiben und kann nichts anderes tun. Die Reaktion unter der Erde ist zwar im Prinzip aufwändiger. »Einmal angezündet, läuft sie aber von allein, niemand muss in der Nähe sein.«

Wenn dann das Feuer ausgeht und endlich die Lehmpackung erkaltet ist, werden die Neandertaler einst wie die Experimentalarchäologen von heute vorsichtig den hart gewordenen Lehm abgeschlagen haben. Man muss Acht geben, dass nichts davon in die kostbare, klebrige und rabenschwarze Flüssigkeit fällt, die sich am Grund des Lochs gebildet hat: Birkenpech, der erste Kunststoff der Menschheitsgeschichte.