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Paläogenetik: Genetischer Vorstoß ins Neandertal

Das Erbgut des Menschen ist vollständig bekannt; das Genom seines nächsten Verwandten, des Schimpansen, liegt ebenfalls auf dem Tisch der Genetiker. Höchste Zeit also, sich auf ausgestorbene Familienmitglieder zu stürzen. Der Neandertaler hat jetzt einen ersten kleinen Einblick in seine genetischen Geheimnisse gestattet.
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Haben sie, oder haben sie nicht? Die Meinungen dazu gehen auseinander. Einige sagen: Ja, sie haben es tatsächlich getan! Andere halten das für vollkommen undenkbar.

Es geht – natürlich – um Sex. Genauer gesagt, um die Vereinigung zwischen den anatomisch modernen Menschen, auch Homo sapiens genannt, und seinem Vetter aus dem Neandertal, Homo neanderthalensis. Wobei der Sex zwischen beiden nicht das eigentliche Thema ist – das mögen selbst die schärfsten Kritiker der Vereinigungshypothese unseren Vorfahren durchaus zugestehen –, sondern die hieraus entstehenden Folgen: Haben sich die beiden Menschenarten untereinander gekreuzt und fruchtbare Nachkommen gezeugt? Sind wir heutigen Menschen gar das Ergebnis dieser Vereinigung und tragen damit noch Neandertaler-Gene mit uns herum?

Gelegenheit hierzu hat es wohl gegeben, schließlich lebten in Europa die alteingesessenen Neandertaler und die modernen Neuankömmlinge aus Afrika mindestens 10 000 Jahre lang zusammen. Und Hinweise für eine Vermischung gibt es ebenfalls: So tauchte 1998 im portugiesischen Lagar Velho ein 24 500 Jahre altes Kinderskelett auf – also weitaus jünger als der letzte Neandertaler – mit anatomischen Merkmalen, die der amerikanische Paläontologe Erik Trinkaus als Mischmasch beider Arten interpretierte.

Und in 30 000 Jahre alten Knochen aus der Höhle Pestera Muierii in Rumänien sieht Trinkaus ebenfalls ein eindeutiges Sowohl-als-auch. Selbst eine bestimmte Version eines Gens, das vor schätzungsweise 37 000 Jahren ins Genom von Homo sapiens einzog, soll das Erbe eines Tête-à-Tête mit einem Herrn beziehungsweise einer Dame aus dem Tal bei Düsseldorf gewesen sein.

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Vindija-Höhle | Eingang zur Vindija-Höhle in Kroatien: Von hier stammt der 1980 entdeckte, 38 000 Jahre alte Neandertaler-Knochen, der für die DNA-Analyse herangezogen werden konnte.
Doch ein direkter Nachweis hierfür fehlt. Um so gespannter blickt die Anthropologenzunft in die Labore ihrer Kollegen aus der Genetik. Bereits 1997 gelang es dem Paläogenetiker Svante Pääbo vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig, dem 1856 gefundenen Typusexemplar aus dem Neandertal mitochondriale DNA zu entlocken und mit den entsprechenden Gegenstücken des Homo sapiens zu vergleichen. Ergebnis: Der letzte gemeinsame Vorfahre beider Arten wandelte vor eine halben Million Jahren auf Erden. Also kein Sex!

Inzwischen haben findige Genetiker mtDNA-Fragmente von weiteren Neandertalerfossilien isolieren können – mit gleichem Ergebnis. Doch das Erbgut der Mitochondrien – also die als "Kraftwerke" dienenden Zellorganellen – stellen nur einen winzigen Ausschnitt unseres Genoms dar. Viel spannender ist die in den Chromosomen des Zellkerns verborgene DNA.

Seit 2004 liegt nun das nahezu vollständig entzifferte Erbgut des modernen Menschen vor. Das Genom seines heute noch lebenden nächsten Verwandten, des Schimpansen, ist seit 2005 bekannt. Das Erbgut des nächsten, wenn auch seit knapp 30 000 Jahren ausgestorbenen Verwandten soll nun kommen.

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Titelbild von Nature | Die Zeitschrift Nature feiert auf ihrem Titelbild vom 16. November 2006 die erste Million des Neandertaler-Genoms.
Einen ersten Schritt dahin haben jetzt – pünktlich im Neandertaljubiläumsjahr – zwei Arbeitsgruppen gewagt: Die Forscher um Richard Green aus dem Labor von Pääbo konnten über eine Million Neandertaler-Basenpaare sequenzieren [1]; das Team von Edward Rubin vom Lawrence Berkeley National Laboratory konzentrierte sich auf 65 250 Basenpaare [2].

Damit sind die Genetiker immer noch weit davon entfernt, das über drei Milliarden Basenpaare lange Genom zu entziffern. Die große Schwierigkeit besteht nicht nur in der Zerbrechlichkeit fossiler DNA, sondern vor allem auch in der hohen Kontaminationsgefahr: Gerade weil Homo neanderthalensis und Homo sapiens so eng verwandt sind, lässt sich echte Neandertaler-DNA von den entsprechenden Gegenstücken heutiger Menschen nur schwer unterscheiden. Die Proben dürfen also keinesfalls mit Fremd-DNA verunreinigt sein.

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Kontamination von Neandertaler-Fossilien | Die Grafik veranschaulicht, wie viel Prozent der mtDNA der untersuchten Fossilien vom Neandertaler (gelb) oder modernen Menschen (blau) stammten. Die Genetiker hatten jeweils zwei verschiedene Regionen der mtDNA untersucht, die besonders aussagekräftig für einen solchen Vergleich sind (heller und dunkler Balken). Ganz oben ist das am besten geeignete Fossil (Vi-80) aus der Vindija-Höhle in Kroatien aufgeführt.
Das sind allerdings die meisten, wie Green und seine Kollegen bei Vortests herausfanden: Die Forscher hatten sechs verschiedene Neandertalerfossilien aus Europa und Asien getestet. Als Marker verwendetet sie mtDNA, die ja von beiden Menschenarten bereits bekannt ist. Alle Proben zeigten starke Verunreinigungen mit moderner mtDNA – alle, bis auf eine: Ein 1980 in der kroatischen Vindija-Höhle gefundener Knochen, dessen Alter auf 38 000 Jahre geschätzt wird, erschien noch nahezu unberührt. Damit konnten die Leipziger Forscher wie auch ihre Kollegen aus den USA weiterarbeiten.

Green und Co vervielfältigten nun per Polymerasekettenreaktion direkt die fossilen Schnipsel aus der Kern-DNA; die Forscher um Rubin schleusten das fossile Erbgut dagegen zunächst über ringförmige Plasmide in Bakterien ein, um so eine Neandertaler-"Bibliothek" aufzubauen. Die Arbeitstechniken der beiden Gruppen unterschieden sich damit leicht, die Ergebnisse blieben jedoch ähnlich.

So ließen sich die DNA-Bruchstücke tatsächlich den menschlichen Chromosomen zuordnen. Da auch ein Abschnitt von einem Y-Chromosom dabei war, hatten die Forscher offensichtlich einen Neandertaler-Mann herausgepickt. Das analysierte Erbgut ist zu mindestens 99,5 Prozent identisch zum anatomisch modernen Menschen – was nicht weiter überrascht, da wir ja auch mit dem Schimpansen schon etwa 99 Prozent des Genoms teilen.

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Entwicklungslinien zu Schimpanse, Neandertaler und modernen Menschen | Aus einem noch unbekannten gemeinsamen Vorfahr entwickelte sich in der Schimpansen-Linie (p) der Schimpanse (Pan) und in der hominiden Linie (h) der gemeinsame Urahn von Mensch (Homo sapiens) und Neandertaler (Homo neanderthalensis), von dem die Neandertaler-Linie (n) und die menschliche Linie (s) abzweigten. Darunter ist die Anzahl unterschiedlicher Basenpaare angegeben, die sich aus der Sequenzierung der ersten eine Million Basenpaare ergeben. Die Zahlen in Klammern ergeben sich, wenn man die altersbedingten Schäden der Neandertaler-DNA herausrechnet.
Wie sieht es nun mit den Unterschieden aus? Die gibt es durchaus. Aus dem Vergleich mit dem Schimpansen, der vermutlich seit 6,5 Millionen Jahren eigene genetische Wege geht, schätzen die Leipziger Forscher, dass sich beide menschlichen Linien vor 516 000 Jahren trennten. Die Amerikaner setzen den gemeinsamen Vorfahren mit 706 000 Jahren sogar noch weiter zurück, gehen aber davon aus, dass die endgültige Trennung erst vor 370 000 Jahren stattfand.

Wie dem auch sei, die Aufspaltung beider DNA-Linien ist demnach älter als die Existenz unserer eigenen Art, die vor knapp 200 000 Jahren in Afrika erstmalig gesichtet wurde. Dies spricht eindeutig gegen erfolgreichen Sex zwischen Neandertalern und Neu-Europäern.

"Wir können die Möglichkeit einer Vermischung des Erbguts nicht ausschließen"
(Jonathan Pritchard)
Edward Rubin formuliert es etwas vorsichtiger: "Auch wenn wir eine Kreuzung zwischen den beiden Menschenarten nicht definitiv widerlegen können, deutet die Analyse der Kern-DNA aus dem Neandertal auf eine geringe Wahrscheinlichkeit hin, dass sie zu einem nennenswerten Umfang stattgefunden hat." Allerdings ergänzt sein Kollege Jonathan Pritchard: "Wir können die Möglichkeit einer geringen Vermischung des Erbguts nicht ganz ausschließen."

Dem stimmt Svante Pääbo ausdrücklich zu. Denn wenn auch in unserem Erbgut Neandertaler-Gene offensichtlich fehlen, tauchen umgekehrt im untersuchten Neandertaler-Knochen moderne Genversionen auf. "Möglicherweise hat es einen Austausch von genetischem Material zwischen dem modernen Menschen und dem Neandertaler gegeben", meint Pääbo.

Also haben sie doch?

Letzte Gewissheit kann wohl nur die Komplett-Version des Neandertaler-Genoms geben. Dafür bräuchten die Genetiker jedoch mindesten 20 Gramm des kostbaren Knochenmaterials; für die erste Million Basenpaare genügten noch 100 Milligramm. Doch Pääbo bleibt optimistisch: In zwei Jahren soll die erste Rohfassung vorliegen.
16.11.2006

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 16.11.2006

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