Seit seiner Entdeckung im Jahr 1990 hat La Sima de los Huesos, eine unterirdische Höhle im nordspanischen Atapuerca-Gebirge, mehr als 6.000 Fossilien von 28 einzelnen antiken menschlichen Vorfahren hervorgebracht und ist damit Europas bedeutendster Ort für die Erforschung antiker Menschen. Aber trotz jahrelanger Analyse war das genaue Alter und sogar die Art, zu der diese Individuen gehörten, zweifelhaft.
Jetzt hat eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern zum ersten Mal DNA aus dem fossilen Oberschenkelknochen eines dieser Individuen extrahiert und sequenziert. Die resultierenden Daten, die das älteste genetische Material darstellen, das jemals von einem Hominin oder einem alten menschlichen Vorfahren sequenziert wurde, geben uns schließlich eine Vorstellung vom Alter und der Abstammungslinie dieser mysteriösen Individuen, und es ist nicht das, was viele Wissenschaftler erwartet haben.
Der fossilisierte Knochen, ein Femur, ist ungefähr 400.000 Jahre alt. Aber die große Überraschung ist, dass, obwohl Wissenschaftler vorher angenommen hatten, dass die Fossilien aufgrund ihres anatomischen Erscheinungsbildes Neandertaler sind, die DNA-Analyse tatsächlich zeigt, dass sie enger mit Denisovans verwandt sind, einer kürzlich entdeckten dritten Linie menschlicher Vorfahren, die nur aus der DNA bekannt ist isoliert von ein paar Fossilien, die 2010 in Sibirien gefunden wurden. Die heute in Nature veröffentlichten Ergebnisse werden Anthropologen dazu zwingen, die Zusammenhänge zwischen Denisovanern, Neandertalern und den direkten Vorfahren der heutigen Menschen in einem komplizierten Stammbaum noch einmal zu überdenken.
Der Oberschenkelknochen, aus dem DNA zur Analyse extrahiert wurde. Foto von Javier Trueba, Madrid Scientific Films
Die Analyse wurde durch die jüngsten Fortschritte bei den Methoden zur Gewinnung antiker DNA-Fragmente ermöglicht, die am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Deutschland entwickelt wurden und zuvor zur Analyse der DNA eines in derselben Höhle gefundenen Höhlenbärenfossils verwendet wurden. "Das wäre noch vor zwei Jahren nicht möglich gewesen", sagt Juan Luis Arsuaga, Paläontologe an der Universität Madrid, der die ersten Ausgrabungen der Höhle leitete und an der neuen Studie mitarbeitete. "Und selbst mit diesen neuen Methoden haben wir nicht erwartet, dass diese Knochen DNA bewahren, weil sie so alt sind - zehnmal älter als einige der ältesten Neandertaler, denen wir DNA entnommen haben."
Nachdem eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Matthias Meyer zwei Gramm zerkleinerten Knochens aus dem Oberschenkelknochen extrahiert hatte, isolierte sie die mitochondriale DNA (mtDNA), einen Pool von genetischem Material, das sich von der DNA in den Chromosomen in den Kernen unserer Zellen unterscheidet. Stattdessen lebt diese mtDNA in den Mitochondrien unserer Zellen - mikroskopisch kleinen Organellen, die für die Zellatmung verantwortlich sind - und ist viel kürzer als die Kern-DNA.
Es gibt eine weitere Besonderheit von mtDNA, die es besonders wertvoll macht, um die Evolution der alten Menschen zu untersuchen: Im Gegensatz zu Ihrer nuklearen DNA, die eine Mischung aus DNA beider Eltern ist, stammt Ihre mtDNA ausschließlich von Ihrer Mutter, da die meisten Spermien vorhanden sind In seinem Schwanz befinden sich Mitochondrien, die er nach der Befruchtung abwirft. Infolgedessen ist mtDNA von Generation zu Generation nahezu identisch, und eine begrenzte Anzahl unterschiedlicher Sequenzen von mtDNA (Haplogruppen genannt) wurde sowohl bei modernen Menschen als auch bei alten menschlichen Vorfahren beobachtet. Im Gegensatz zu anatomischen Merkmalen und nuklearer DNA, die innerhalb einer Gruppe variieren können und eine sichere Unterscheidung erschweren, ist mtDNA im Allgemeinen konsistent, was die Verknüpfung einer bestimmten Probe mit einer Linie erleichtert.
Als die Forscher die mtDNA des Femurs mit zuvor sequenzierten Proben von Neandertalern, einem in Sibirien gefundenen Denisovan-Fingerknochen und -Zahn und vielen verschiedenen modernen Menschen verglichen, fanden sie dies so überraschend, dass es den Denisovanern ähnlicher war. "Das war wirklich unerwartet", sagt Arsuaga. "Wir mussten wirklich hart nachdenken, um ein paar Szenarien zu entwickeln, die dies möglicherweise erklären könnten."
Anthropologen hatten bereits gewusst, dass alle drei Abstammungslinien (Menschen, Neandertaler und Denisovaner) einen gemeinsamen Vorfahren hatten, aber es ist alles andere als klar, wie alle drei Gruppen zusammenpassen divergierte. Der Vergleich der mtDNA des Femurs mit den Neandertaler-, Denisovan- und modernen menschlichen Proben ermöglichte es den Forschern, das Alter abzuschätzen - basierend auf bekannten Raten der mtDNA-Mutation, dem zuvor festgelegten Alter der anderen Proben und dem Grad der Differenz zwischen ihnen die 400.000-jährige Zahl.
Um zu erklären, wie ein Neandertaler in diesem Zeitraum an Denisovan mtDNA erkranken könnte, präsentieren die Wissenschaftler verschiedene hypothetische Szenarien. Es ist zum Beispiel möglich, dass das fragliche Fossil zu einer Linie gehört, die sowohl als Vorfahren der Neandertaler als auch der Denisovaner gedient hat, oder eher zu einer, die nach der Trennung der beiden Gruppen (vor schätzungsweise 1 Million Jahren) und war eng mit letzterem verwandt, aber nicht mit ersteren. Es ist auch möglich, dass das Femur zu einer dritten, anderen Gruppe gehört und dass seine Ähnlichkeiten mit Denisovan mtDNA entweder durch die Kreuzung mit den Denisovanern oder durch die Existenz einer weiteren homininen Linie erklärt werden, die sowohl mit Denisovanern als auch mit La Sima de los Huesos gezüchtet wurde Population und führte in beiden Gruppen die gleiche mtDNA ein.
Wenn dies für Sie nach einem komplizierten Stammbaum klingt, sind Sie nicht allein. Diese Analyse fügt zusammen mit früheren Arbeiten einer bereits rätselhaften Situation ein weiteres Rätsel hinzu. Erste Tests mit dem in Sibirien gefundenen Denisovan-Fingerknochen ergaben, dass er die mtDNA mit modernen Menschen in Neuguinea, aber nirgendwo anders, gemeinsam hat. In der Zwischenzeit glaubte man, dass sich Neandertaler in Europa und Denisovans weiter östlich auf der anderen Seite des Uralgebirges niedergelassen hatten. Die neue Analyse kompliziert diese Idee.
Derzeit glauben die Forscher, dass das plausibelste Szenario (siehe Abbildung unten) darin besteht, dass der Oberschenkelknochen einer Linie angehört, die sich von den Denisovanern abspaltete, nachdem sie vom gemeinsamen Vorfahren der Neandertaler und der modernen Menschen abgewichen waren. Aber die vielleicht aufregendste Schlussfolgerung aus dieser Arbeit ist, dass sie beweist, dass genetisches Material mindestens 400.000 Jahre überleben kann und auch nach dieser Verschlechterung analysiert werden kann. Mit diesem Wissen und den neuen Techniken können Anthropologen nun versuchen, viele andere antike Exemplare genetisch zu untersuchen, um unseren Stammbaum besser zu verstehen.
Bild über Natur / Meyer et. al.
