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Genom veröffentlicht Erbe aus dem Fingerknochen

Im Jahr 2010 entdeckten Leipziger Forscher einen bisher unbekannten Verwandten des Menschens: den "Denisova-Mensch". Jetzt ist sein ganzes Genom im Internet für Forscher verfügbar - dank eines Fingerknochensplitters.

Stand: 08.02.2012
3D-Abbildung des Fingerglieds eines Denisova-Menschen. Blau gekennzeichnet ist das Gelenk, der Rest des Knochens ist in Grün dargestellt. | Bild: picture-alliance/dpa, Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie

Weniger als zehn Milligramm des Knochenstücks aus der Hand haben am Ende gereicht. Mit ihrer Hilfe haben Forscher des Leipziger Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie das Innerste eines unserer Verwandten komplett enthüllt: das Genom des sogenannten "Denisova-Menschen". Es ist laut der Leipziger Forscher um Svante Pääbo das erste in so hoher Qualität vorliegende komplette Genom einer ausgestorbenen Menschenform.

Mit neuer Technik dem Urmenschen-Genom auf der Spur

Mit neuen hochempfindlichen Techniken haben die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut in Leipzig das Genom genau unter die Lupe genommen. 30 Mal wurde dafür jede Base im Genom gelesen. Laut Matthias Meyer, der die Technologie entwickelte, wurden damit so viele Male die nicht-repetitiven Bereiche des Genoms abgedeckt, dass das Genom weniger Fehler enthält, als die meisten bislang sequenzierten Genome heute lebender Menschen. Das genaue Genom soll nun Forschern ermöglichen, zu überprüfen, wie sich Teile des Genoms verändert haben - bis zu den Unterschieden der vererbten Genkopien von Vater und Mutter.

Auf der Spur des Denisova-Menschen

Fundort Denisova-Höhle

Die Denisova-Höhle in Sibirien | Bild: picture-alliance/dpa, Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie

Die Denisova-Höhle im Altai-Gebirge in Zentralasien macht öfter von sich reden, wenn es um die Frühgeschichte des Menschen geht. Schon vor rund 125.000 Jahren war sie als Wohnstatt beliebt. Kein Wunder: Eine dreißig Quadratmeter große Behausung mit Blick über den Annui-Fluss stand vermutlich auch bei unseren Urahnen nicht lange leer. Bei Paläontologen ist sie noch aus einem anderen Grund beliebt: Ihr kühles Klima konservierte das gefundene 7 Millimeter große Knochenstück aus einem Finger - sogar so gut, dass ihm Erbinformationen entnommen werden konnten.

Außer Knochen auch ein Zahn

Backenzahn des Denisova-Menschen | Bild: picture-alliance/dpa, Viola Bence/Max-Planck-Institut"

2008 wurde der Knochen bei einer Ausgrabung der Russischen Akademie der Wissenschaften gefunden. Hinterlassen hat der Denisova-Mensch aber nicht nur Knochen, sondern auch einen Backenzahn. Auch der unterscheidet sich deutlich von den Zähnen des Neandertalers und des modernen Menschen: Laut Forschern des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie ähnelt der Zahn viel älteren Menschenformen. Weiblich soll die Person auf jeden Fall gewesen sein.

Probleme bei der Analyse

Knochenfunde unserer Vorfahren und Verwandten sind selten - von intakten Erbinformationen ganz zu schweigen. Wie weit der analysierte Knochenfund etwa dem Homo erectus ähnelt, werden wir wohl nie erfahren: Von diesem so frühen Frühmenschen wird es wahrscheinlich niemals eine Gen-Analyse geben. Vom Neandertaler gibt es dagegen schon ein entziffertes Genom.

Weder Neandertaler noch moderner Mensch

Ausgrabungen in der Denisova-Höhle

Schon seit 2010 sorgen das Fingerknochenteil und seine Geheimnisse für Aufregung. Damals stand nach einer ersten, ungenaueren Analyse des Kerngenoms für die Forscher fest: Der Denisova-Mensch ist eine eigene Urmenschenform. Sie wurde benannt nach der Höhle in Südsibirien, in der der Fingerknochenteil gefunden wurde. Der Fingerknochen wurde in einer Schicht gefunden, die auf ein Alter von 50.000 bis 30.000 Jahren datiert wurde. Zusammen mit den Neandertalern gehört der Denisova-Mensch nach bisherigen Analysen zu den nächsten Verwandten der heute lebenden Menschen. Bislang wußte man, dass der Neandertaler in der Region gelebt hatte. Er wanderte schon vor rund 300.000 bis 500.000 Jahren von Afrika aus nach Asien und Europa. Auch der moderne Mensch, der Homo sapiens, gelangte von Afrika aus vor etwa 40.000 Jahren nach Vorderasien. Lange vorher war schon ein anderer Frühmensch im Altai-Gebirge unterwegs: Der Homo erectus brach vor 1,9 Millionen Jahren von Afrika auf.

Wie der Mensch zum Menschen wurde

"Ardi" ist unser ältester Vorfahr

Zeichnung von "Ardi" | Bild: picture-alliance/dpa J.H. Matternes

Der Ardipithecus, kurz "Ardi", ist rund 4,4 Millionen Jahre alt und gilt jetzt als ältester direkter Vorgänger des Menschen. Seine Knochen zeigen: Unsere frühen Vorfahren waren weniger affenähnlich als bisher vermutet. "Ardi" war etwa 1,20 Meter groß und wog rund 50 Kilogramm. Hände, Füße und Becken deuten darauf hin, dass er auf Bäume kletterte, aber auch auf zwei Beinen auf dem Boden lief. Sein Gehirn war noch klein wie das eines heutigen Schimpansen, die Schädelbasis ähnelte jedoch bereits der von späteren Vormenschen.

Australopithecus - der "Affenmensch"

Modell des Australopithecus Boisei  | Bild: picture-alliance/dpa, Wissenschaftliche Rekonstruktionen: W.Schnaubelt/N.Kieser (Wildlife Art) für Hessisches Landesmuseum Darmstadt)

Nach dem Ardipithecus kam der Australopithecus. Die Australopithecen waren etwa 1,20 Meter groß, fellbedeckt und anfangs reine Vegetarier. Ihr Gehirn war etwa so groß wie das heutiger Schimpansen. Als sich das Klima in Ostafrika änderte, entwickelte sich ein Zweig der grazilen Australopithecen zu robusten Nussknackern. Doch die einseitig auf hartfaserige Pflanzen ausgerichtete Speisekarte war eine Sackgasse: Als vor 1,2 Millionen Jahren das Klima erneut umschlug, starb dieser Zweig aus. Krisenfest waren nur diejenigen, die sich rechtzeitig zu Allesfressern gemausert hatten. Aus ihnen ging später die Gattung Homo hervor.

Australopithecus sediba - der Zwischenmensch

Schädel von Australopithecus sediba | Bild: picture-alliance/dpa

2008 wurden in Südafrika die knapp zwei Millionen Jahre alten Überreste von einer Frau und einem Jungen gefunden - dem Australopithecus ähnlich, aber doch schon weiterentwickelt. Arme und Hände sind noch lang und kräftig, um in den Bäumen unterwegs zu sein. Doch der Gang ist aufrecht.

Homo habilis - der geschickte Ostafrikaner

Rekonstruktion eines Homo habilis | Bild: picture-alliance/dpa, Wissenschaftliche Rekonstruktionen: W.Schnaubelt/N.Kieser (Wildlife Art) für Hessisches Landesmuseum Darmstadt)

Er lebte vor 1,8 bis 1,4 Millionen Jahren in Afrikas Osten. Mit 650 Kubikzentimetern Volumen erreicht sein Hirn schon fast die halbe Größe unseres Gehirns. Seine Finger ähneln noch denen eines Schimpansen, doch sein Daumen ist dem modernen Menschen vergleichbar. Ob er aber wirklich schon zu den Hominiden zu zählen ist oder eigentlich noch ein Australopithecus ist, ist bis heute umstritten.

Homo rudolfensis

Kopfrekonstruktion von Homo rudolfensis | Bild: picture-alliance/dpa, Wissenschaftliche Rekonstruktionen: W.Schnaubelt/N.Kieser (Wildlife Art) für Hessisches Landesmuseum Darmstadt)

Der etwa 1,50 Meter große Homo rudolfensis gilt als das älteste eindeutig menschliche Wesen. Belegt ist, dass er von vor 2,5 bis vor 1,8 Millionen Jahren gelebt und Werkzeuge hergestellt hat. Mit den scharfkantigen Steinen schlitzte er anfangs wohl nur harte Schalen auf. Später nutzte er sie aber auch, um sich verendete Tiere in mundgerechte Happen zu säbeln.

Homo erectus

Eine Besucherin betrachtet die Nachbildung eines Homo erectus | Bild: picture-alliance/dpa

Der Homo erectus ist vor etwa zwei Millionen Jahren aufgetreten. Gekühlt von Schweißdrüsen war er bereits ein ausdauernder Läufer. Weil er keinen Pelz mehr hatte, war er wahrscheinlich dunkel pigmentiert, um vor der Sonne geschützt zu sein.

Erster Großwildjäger

Mitarbeiter des Naturkundemuseums Görlitz verrücken ein Modell von einem Säbelzahntiger | Bild: picture-alliance/dpa

Der Homo erectus gilt außerdem als erster Großwildjäger. Spätestens seit 1,2 Millionen Jahren jagen Menschen in Gruppen und brauchten schon allein deshalb keine Gegner mehr fürchten. Weil ihn seine Schweißdrüsen kühlten, konnte er auch in der Tageshitze aktiv sein. Damit schlug er den großen Pelztieren ein Schnippchen, die um diese Zeit ruhten - und dann entweder selbst zum Opfer oder zumindest um ihre Beutetiere beraubt wurden.

Gehirnschmalz

2009 fanden Forscher um Matthew Bennet die ältesten Fußabdrücke in Kenia, die den modernen Gang belegen.  | Bild: picture-alliance/dpa; Prof. Matthew Bennett, Bournemouth University,

Der Homo erectus brachte es auf ein Gehirnvolumen von 950 Kubikzentimetern - doppelt so viel wie die Australopithecinen. Mit pflanzlicher Nahrung allein hätte das Gehirn gar nicht so schnell wachsen können. Auf das energiereiche Fleisch hatte sich auch der Verdauungsapparat des Homo erectus eingestellt: Er besaß bereits den kleinen, kurzen Dickdarm des heutigen Menschen.

Homo heidelbergensis

Kiefer des Homo heidelbergensis | Bild: picture-alliance/dpa, Uli Deck

Aus dem Homo erectus ging vor etwa 600.000 bis 200.000 Jahren der Homo heidelbergensis hervor. Benannt wurde dieser Typus nach seinem Fundort: Mauer bei Heidelberg. Dort wurde der fossile Unterkiefer 1907 entdeckt. Vor etwa 300.000 bis 150.000 Jahren war das Klima in Europa geprägt von einem Wechsel zwischen kurzen Warm- und langen Eiszeiten. Vor allem in den Kaltphasen war der Homo heidelbergensis von seinen Artgenossen in Asien und Afrika abgetrennt. In Europa entwickelte er sich um diese Zeit zu einer eigenen Menschenform: dem Neandertaler.

Neandertaler-Kultur

So könnte der Neandertal ausgesehen haben | Bild: picture-alliance/dpa

Untersuchungen der fossilen Neandertalerknochen und -zähne lassen spannende Schlüsse zu: Unter dem Mikroskop wiesen einige Knochen Löcher in der Knochensubstanz auf. Diese bilden sich, wenn ein verletzter Knochen nicht mehr richtig belastet wird, aber noch lebt. Ein Hinweis darauf, dass Neandertaler ihre Verwundeten gepflegt haben - viele scheinen sogar schwere Knochenbrüche überlebt zu haben. Aus den Knochen wurde auch Kollagen isoliert: Das Eiweiß leimt den Knochen zusammen und verrät etwas über die Ernährung. Die bestand demnach hauptsächlich aus Fleisch - große Tiere wie Mammuts oder Wollnashörner standen häufig auf dem Speiseplan. Auch die Art, wie die entdeckten Knochen angeordnet waren, verrät etwas über die Neandertaler-Kultur: 1908 wurde in Frankreich ein fast vollständig erhaltenes Skelett mit angewinkelten Beinen entdeckt. Forscher vermuten, dass der Tote bestattet wurde. Das legt nahe, dass die Urmenschen bereits Emotionen wie Trauer kannten und eine Vorstellung vom Jenseits hatten. Vor rund 25.000 Jahren verlor sich die Spur des Neandertalers.

Denisova-Mensch

Bei einer ersten Untersuchung vom Denisova-Mensch analysierten die Forscher 2010 nur die Erbinformation der Mitochondrien in den Knochenzellen eines Fingerknochens aus der Denisova-Höhle. Diese lässt sich leichter isolieren und entziffern, da sie nur aus 16.500 Bausteinen besteht, nicht aus drei Milliarden wie die eigentliche menschliche DNS. Zudem gibt es in jeder Zelle 8.000 Mitochondrien - zahlreiche Kopien also, die Lesefehler verringern helfen. Die DNS der untersuchten Mitochondrien wich an 385 Stellen von der beim modernen Menschen ab. Neandertaler-Mitochondrien unterscheiden sich dagegen von unseren nur an rund 200 Stellen. Die von Schimpansen an knapp 1.500. Eine genauere DNS-Analyse ließ die Forscher schließen: Der Denisova-Mensch ist eine eigene Urmenschenform, neben dem Neandertaler aber der nächste Verwandte des Menschens. Da das Fundstück in einer Schicht gefunden wurde, die auf ein Alter von 30.000 bis 50.000 Jahre geschätzt wird, muss der Mensch damals gelebt haben. Weitere Forschungsergebnisse lassen vermuten, dass er in einem Gebiet zwischen Südostasien und Sibirien verbreitet war. Ein Ahnenporträt gibt es von ihm noch nicht.

Homo sapiens

Eine Museumsbesucherin betrachtet den 30.000 Jahre alten Schädel eines Homo Sapiens | Bild: picture-alliance/dpa, Jörg Carstensen

Älteste Funde des Homo sapiens sind rund 160.000 Jahre alt. Er eroberte von Afrika aus die übrigen Kontinente: Vor rund 100.000 Jahren war er im Nahen Osten angelangt, vor 50.000 Jahren in Ostasien und vor 40.000 in Europa. Mit dem Erscheinen des europäischen Homo sapiens - nach seinem Fundort in Frankreich auch Cro-Magnon-Mensch genannt - werden die Werkzeuge auffallend hoch entwickelt. Auch die Sprechfähigkeit könnte in diese Zeit fallen. Das Gehirn ist deutlich größer, das Skelett graziler geworden: Der Schädel ist abgerundeter, die Stirn höher, das Kinn prägnanter, es gibt keine Überaugenwülste mehr. Mehrere Jahrtausende lebte der Homo sapiens parallel zum Neandertaler. Durchgesetzt hat sich schließlich der Homo sapiens.

Mit den Neandertalern teilt der Denisova-Mensch gemeinsame Vorfahren. Danach führte die Evolution den Denisova-Menschen auf einen anderen Weg. Aber wie passt er in die Evolution? DNA-Spuren führen nach Südostasien und Ozeanien: Denisova-DNA haben Forscher der Havard Medical School zum Beispiel bei australischen Ureinwohnern und bei einer kleinen Ureinwohnergruppe auf den Philippinen gefunden. In Südostasien gibt es aber auch viele Populationen, die ohne Denisova-DNS leben. Die Schlussfolgerung bisher: Vor wenigstens 44.000 Jahren vermischte sich der moderne Mensch und der Denisova-Mensch. Das neue, noch genauere Genom könnte nun noch tiefere Einblicke in den Alltag von Denisova-Menschen und der gemeinsamen Geschichte mit den modernen Menschen geben. Es ist ein weiteres Puzzlestück im großen Puzzle der Evolution.