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Fossile DNA: Halb Neandertaler, halb Denisova-Mensch

Forscher am Leipziger Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie haben das Erbgut eines Mädchens entschlüsselt, das vor fünfzig- bis hunderttausend Jahren in Sibirien lebte. Seine Mutter: Neandertalerin; der Vater: Denisovaner.
Blick auf den Eingang zur Denisova-Höhle im russischen Altai-Gebirge

Lebten die Eltern des Mädchens aus dem Altai-Gebirge im Süden Sibiriens vielleicht lange Jahre zusammen und zogen ihr Kind gemeinsam auf? Oder entsprang das Mädchen einem One-Night-Stand, einer kurzen Begegnung? Wir werden wohl nie erfahren, wie die Eltern des Mädchens zueinander fanden, dessen Erbmaterial ein Team um Svante Pääbo vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie (EVA) in Leipzig jetzt in der Fachzeitschrift »Nature« präsentiert. Auch wenn diese Beziehung schon mindestens 50 000 Jahre her ist und die beiden sich vielleicht sogar schon vor 100 000 Jahren trafen, wüssten Frühmenschenforscher nur zu gern ein wenig mehr über die Eltern. Schließlich gehörte die Mutter zu den Neandertalern, und der Vater stammte aus einer völlig anderen, erst Ende 2009 entdeckten Menschenlinie, den »Denisovanern«.

Ein sehr seltenes Fundstück

Beide Menschenlinien sind längst ausgestorben. Und doch steckt in den Menschen des 21. Jahrhunderts noch ein Teil ihres Erbguts: Im Süden Asiens und vor allem in der Inselwelt der Südsee findet sich im Erbgut der heute dort lebenden Menschen noch ein Schuss Denisovaner-Erbgut, während die Bevölkerung außerhalb der afrikanischen Regionen südlich der Sahara noch im 21. Jahrhundert ein wenig Neandertaler-DNA in sich trägt. Auch in den Denisovanern entdeckten Forscher Neandertaler-Erbgut, das sie lediglich mit gemeinsamen Kindern zwischen beiden Linien erklären konnten. Nur lebten solche Kinder, die Biologen als F1-Hybriden bezeichnen, so viele Generationen vor den Menschen, in deren Erbgut die EVA-Forscher in Leipzig kleine Spuren der jeweils anderen DNA nachwiesen, dass ihr Erbgut in der langen Zeit sehr stark »verdünnt« wurde. Und Nachschub an fremder DNA sollte ebenfalls Mangelware sein, weil solche F1-Hybriden wohl nur sehr selten geboren werden.

»Meine Kollegen hatten also ziemliches Glück, als sie auf das Erbgut eines solchen Kindes stießen«, meint Johannes Krause vom Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte in Jena. Er selbst hatte ein ähnliches Glücksmoment im Dezember 2009 erlebt, als er damals noch in den Leipziger Labors von Svante Pääbo Erbgut aus einem winzigen Fingerknöchelchen analysierte, das russische Frühmenschenforscher 2008 in der Denisova-Höhle im Altai-Gebirge entdeckt hatten.

Steinzeit-Apartment mit Aussicht

Diese nach einem dort im 18. Jahrhundert lebenden Einsiedler namens »Denis« benannte Höhle, die auf dem gleichen Breitengrad wie das Ruhrgebiet in Deutschland liegt, hatte sich bereits seit den 1970er Jahren als Fundgrube für Frühmenschenforscher entpuppt. Offensichtlich lebten Menschen seit mindestens 125 000 Jahren dort, rund 27 Meter über einem Fluss in einer idealen Steinzeit-Wohnung: Ein zwei Meter hoher und sieben Meter breiter Eingang führt noch heute in einen 33 Meter langen und 11 Meter breiten Höhlenkomplex, der Platz für eine ganze Sippe bot. Von diesen Einwohnern finden russische Forscher immer wieder Steinwerkzeuge und Schmuck aus Knochenstücken, aber manchmal auch kleine Knochen oder Zähne der Menschen, die einst solche Gerätschaften hergestellt hatten.

Blick von der Denisova-Höhle aus ins Tal
Blick aus der Denisova-Höhle | Diese Aussicht genossen die einstigen Bewohner der Denisova-Höhle im sibirischen Altai-Gebirge, in der die Überreste eines Kindes mit einer Neandertaler-Mutter und einem Denisovaner-Vater lagen.

Weil diese Gegenstände typisch für Neandertaler waren, die in Europa und den nördlichen Regionen Asiens bis vor mindestens 40 000 Jahren lebten, vermuteten die russischen Forscher damals, dass die dort entdeckten Menschenknochen ebenfalls von dieser Schwesterlinie des modernen Menschen stammten. Als Johannes Krause im Dezember 2009 aber das Erbgut aus einem winzigen Fingerknöchelchen aus der Denisova-Höhle analysierte, fand er sehr deutliche Unterschiede nicht nur zur DNA der Neandertaler, sondern auch zum Erbgut der modernen Menschen. Dort sollte also eine weitere, bisher nicht bekannte Menschenlinie gelebt haben, die nach ihrem Fundort als »Denisova-Mensch« oder »Denisovaner« bezeichnet wird.

Anscheinend übersteht Erbgut in der Denisova-Höhle besonders gut die Jahrzehntausende. Jedenfalls wurde die DNA dieser Menschenlinie bisher ausschließlich dort in den Zähnen und dem Fingerknöchelchen weniger Individuen nachgewiesen, die im Lauf von mindestens 50 000 Jahren zu verschiedenen Zeiten lebten. Allerdings wohnten in der Denisova-Höhle nicht nur Denisovaner, sondern auch Neandertaler, denn deren Erbgut isolierten EVA-Forscher aus einem Zehenknochen.

Beide Menschenlinien hätten sich also durchaus begegnen können. Zwar wussten die EVA-Forscher dank dem halben Prozent Neandertaler-Erbgut, das sie im Genom der Denisovaner bereits entdeckt hatten, dass solche Treffen durchaus auch Folgen in Form gemeinsamer Kinder gehabt hatten. »Allerdings waren die Chancen extrem gering, dass ich eines Tages das Erbgut eines solchen F1-Hybriden untersuchen würde«, erklärt EVA-Forscher Benjamin Vernot. Und doch erwischten die Wissenschaftler um Svante Pääbo ähnlich wie schon Ende 2009 einen solchen Glücksmoment, als sie den Knochensplitter untersuchten, den ihre russischen Kollegen 2012 in der Denisova-Höhle gefunden hatten.

Vermutlich wurde sie höchstens 16 Jahre alt

Dieser knapp 2,5 Zentimeter lange Splitter stammt vermutlich aus einem Oberschenkel-, Wadenbein- oder Oberarmknochen einer jungen Frau, die mindestens 13 und vermutlich zwischen 14 und 16 Jahre alt gewesen sein könnte, schätzen die Forscher. Weil sie aber nur die Form des Knochensplitters und das darin enthaltene Erbgut untersuchen können, wissen sie bisher nicht viel mehr über diese Frau. Allerdings verrät das Erbgut einiges über ihre Eltern sowie deren Vorfahren.

Ein knapp 2,5 Zentimeter langer Knochensplitter aus verschiedenen Perspektiven
Fragment eines Neandertaler-Denisova-Nachkommen | Der Knochensplitter »Denisova 11« wurde 2012 in der Denisova-Höhle in Sibirien von russischen Archäologen entdeckt. Er gehörte der Tochter einer Neandertaler-Mutter und eines Denisovaner-Vaters.

Den väterlichen Anteil des Erbguts hat Benjamin Vernot unter die Lupe genommen: »Er war eindeutig ein Denisovaner«, stellt der EVA-Forscher fest. »Allerdings gibt es im väterlichen Erbgut auch fünf Regionen, die sehr wahrscheinlich von Neandertalern stammen«, erklärt Benjamin Vernot. Insgesamt hat der Vater daher wohl deutlich weniger als ein Prozent Neandertaler-Erbgut gehabt. Unter seinen Urahnen dürfte demnach in den letzten 300 bis 600 Generationen mindestens ein Neandertaler gewesen sein.

Weshalb vermischten sich Denisovaner und Neandertaler nicht?

In einem einzigen Genom finden die EVA-Forscher also gleich zwei deutliche Hinweise auf gemeinsame Kinder von Denisovanern und Neandertalern. Mehr noch: In den anderen sieben bisher genau analysierten Erbgutproben aus der Zeit vor 40 000 bis 130 000 Jahren gibt es noch einen weiteren Fall, der eine Mischung zweier Menschenlinien in der jüngeren Ahnentafel nahelegt. Zwar erlauben so wenige Proben noch keine stichhaltige statistische Analyse; diese Häufung kann auch nur ein dummer Zufall sein. Sie kann aber ebenso darauf hinweisen, dass solche F1-Hybriden in der Steinzeit vielleicht häufiger waren, als die Forscher das bisher vermutet hatten.

Was allerdings die Frage aufwirft, weshalb sich Linien wie die Denisovaner, die Neandertaler und die modernen Menschen langfristig halten konnten und sich nicht wieder vermischt haben. Über die Hintergründe können die Forscher bisher nur spekulieren. So vermuten Svante Pääbo und seine Kollegen, dass diese Hybriden etwas weniger fit als reine Denisovaner oder Neandertaler gewesen sein könnten. »Dazu gibt es vage Hinweise«, erklärt Benjamin Vernot.

So steckt im Erbgut von uns modernen Menschen ein kleiner Teil Neandertaler-DNA, der allerdings nicht gleichmäßig verteilt ist. In den wichtigen Bereichen des Erbguts, nach deren Vorlage zum Beispiel Proteine hergestellt werden oder die das Erbgut lenken, findet sich nur etwa halb so viel Neandertaler-DNA wie andernorts im Erbgut. Da man theoretisch auch eine gleichmäßige Verteilung erwarten könnte, weist dieses Ungleichgeweicht vielleicht auf einen Mechanismus der Evolution hin, den bereits Charles Darwin bei anderen Organismen beschrieben hatte: Einige Neandertaler-Erbgutbereiche könnten geringe Nachteile gebracht haben und daher im Lauf der Entwicklung wieder aussortiert worden sein.

Johannes Krause ist von dieser Überlegung allerdings nicht so recht überzeugt: »Schließlich waren die Denisovaner und die Neandertaler damals im Erbgut nicht weiter voneinander entfernt als heute Europäer oder Asiaten von einigen Menschengruppen im südlichen Afrika«, überlegt der Forscher. Hybriden aus diesen Gruppen aber erben von ihren Eltern soweit bekannt keine offensichtlichen Nachteile.

»Denisovaner und Neandertaler waren damals im Erbgut nicht weiter voneinander entfernt als heute Europäer oder Asiaten von einigen Menschengruppen im südlichen Afrika«
(Johannes Krause, Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte in Jena)

Möglicherweise gab es damals einen ganz anderen Grund, der eine Vermischung von Denisovanern und Neandertalern verhinderte. So lebten in einem riesigen Gebiet zwischen Sibirien und der Iberischen Halbinsel sehr wenige Menschen wohl in recht kleinen Gruppen, die sich sehr wahrscheinlich nur selten begegneten. Das verringerte natürlich die Möglichkeiten für gemeinsame Kinder enorm. So finden die Forscher im Erbgut von uns modernen Menschen Hinweise, dass es vor einigen zehntausend Jahren weltweit nur eine »effektive Population« von etwa zehntausend Individuen gab, die Zahl der Menschen, deren Spuren die Forscher im Erbgut nachweisen können. Tatsächlich kann diese Zahl deutlich größer gewesen sein, bloß sind die Spuren vieler Menschen im Lauf der Generationen eben verschwunden. Bei den Denisovanern lag die effektive Population dagegen vermutlich nur bei 5000 Personen, die anscheinend eher im Osten Eurasiens zu Hause waren. Die Neandertaler wiederum lebten eher im Westen und damit vor allem in Europa; ihre effektive Population umfasste gerade einmal 2000 Individuen.

Solche Zahlen legen nahe, dass die Gelegenheiten für intime Beziehungen zu anderen Gruppen selten und die zu einer anderen Menschenlinie noch viel seltener waren. Vielleicht lag ja das Altai-Gebirge im Grenzbereich zwischen den Denisovanern im Osten und den Neandertalern im Westen. Genau dort könnten sich daher die beiden Linien am ehesten getroffen haben. »Um diese Geschichte besser zu verstehen, müssen wir wohl noch das Erbgut von etlichen weiteren Menschen aus dieser Zeit untersuchen«, vermutet Benjamin Vernot.

Die komplexe Geschichte zweier Menschenlinien

Immerhin kristallisiert sich aus den Analysen der EVA-Forscher nun langsam die komplizierte Geschichte zwischen den Neandertalern und Denisovanern heraus, wobei deren zeitliche Einordnung noch sehr unsicher ist. Beide Linien hatten irgendwo in Eurasien gemeinsame Vorfahren, die vor etwa 400 000 Jahren begannen, getrennte Wege zu gehen. Vor vielleicht 140 000 Jahren spaltete sich dann die Neandertaler-Linie in zwei Gruppen. Ein Mensch aus der östlichen Gruppe lebte vor rund 125 000 Jahren im Altai-Gebirge, aus seinen Überresten konnten die EVA-Forscher das Erbgut sehr genau analysieren.

Die Spuren der anderen Gruppe finden die Forscher dagegen eher in Europa, wo die Neandertaler vor etwa 40 000 Jahren langsam verschwanden. Vor vielleicht 100 000 Jahren trennte sich von dieser europäischen Neandertaler-Linie eine Gruppierung, aus der die Neandertaler-Frau stammte, die sich vor etwa 90 000 Jahren im Altai-Gebirge mit einem Denisovaner eingelassen hat und daraufhin jenes Mädchen zur Welt brachte, dessen Erbgut die EVA-Forscher jetzt untersucht haben.

Die mütterliche Ahnenlinie des Kindes weist also nicht etwa in Richtung der Neandertaler, die vor rund 125 000 Jahren in der Denisova-Höhle lebten, in der die Forscher die Überreste fanden. Viel näher standen dem Mädchen vielmehr die Neandertaler, die vor etwa 50 000 Jahren auf der Balkan-Halbinsel auf dem Gebiet des heutigen Kroatiens lebten. »Offensichtlich gab es also schon in der Steinzeit vor etlichen zehntausend Jahren größere Wanderungsbewegungen, nach denen sich die Menschen in ihrer neuen Heimat mit den Alteingesessenen mischten«, überlegt Johannes Krause. Migration ist demnach keineswegs eine Erfindung der neueren Geschichte, sondern prägt die Entwicklung der Menschheit bereits seit der frühen Steinzeit.

34/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 34/2018

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