Die Paläogenetik in der Urmenschenforschung – was sie so bedeutsam macht

Warum die Genetik in der Biologie einen immer wichtigeren Stellenwert einnimmt

Die Vererbungslehre ist innerhalb der letzten Jahrzehnte zu einer bedeutsamen Teildisziplin der Biologie herangewachsen. Ihre neuen Verfahren ermöglichen es beispielsweise, bisher unheilbare Krankheiten wie AIDS oder Krebs besser zu verstehen. Das DNA-verändernde Verfahren CRISPR macht es darüber hinaus möglich, bei Pflanzen und Tieren gezielt in einzelne Genom-Sequenzen einzugreifen und diese zu ändern. Anders als bei der ebenfalls weiterentwickelten Gentechnik verringert das Verfahren das Risiko, dass ungezielt und unpräzise fremdeingebaute Gene eine Funktionsstörung im Organismus hervorrufen.

DNA-Proben zur Amplifikation
DNA-Genotypisierung und Sequenzierung. Eine Auswahl von DNA-Proben zur Amplifikation.

Solche modifizierten Gentherapien könnten zukünftig etwa dann zum Einsatz kommen, wenn konventionelle medizinische Methoden nicht mehr greifen. So ließen sich etwa Erbkrankheiten „reparieren“ oder durch veränderte Immunzellen das HI-Virus im Körper zurückdrängen. Dennoch stecken diese neuartigen Methoden noch in den Kinderschuhen. Anders als die Paläogenetik, die es den Wissenschaftlern in den letzten Jahrzehnten ermöglichte, die genetischen Geheimnisse der heutigen menschlichen Vorfahren zu entschlüsseln.

Die wachsende Bedeutung der Paläogenetik in der Urmenschenforschung

Als wissenschaftliches Teilgebiet der Genetik nimmt die Paläogenetik in der Urmenschenforschung einen steigenden Stellenwert ein. Die Paläogenetik als wissenschaftliche Disziplin als solche existiert wiederum erst seit den 1960er Jahren. Sie untersucht insgesamt das Erbgut ausgestorbener Tierarten und menschlicher Vorfahren anhand von genetischen Proben aus fossilen und subfossilen Überresten. Anfangs beschränkte sich die Paläogenetik darauf, menschliche Stammbäume anhand statistischer Daten zu rekonstruieren. Im späteren Verlauf gelang es den Wissenschaftlern erstmals, die nDNA und mtDNA zu isolieren sowie das Genom pleistozäner Vorfahren zu rekonstruieren. Innerhalb kürzester Zeit erwuchs die Paläogenetik somit zu einem bedeutsamen Wissenschaftsfeld zur Interpretation historischer Evolutionsprozesse.

Diese Erfolge verzeichnete die Paläogenetik bisher

Einen der größten Erfolge auf dem Gebiet der Paläogenetik feierte der renommierte Biochemiker Allan C. Wilson in den 1980er Jahren. Er gewann Binde- und Muskelgewebe eines Quaggas aus vorhandenen Proben und es gelang ihm und seinem Team, die Erbsubstanz in Form von mitochondrialer DNA (mtDNA) zu isolieren und zu analysieren. Für Experten gilt sein in Nature veröffentlichter Beitrag bis heute als Geburtsstunde der Paläogenetik.


Die Paläogenetik und die Urmenschenforschung


Die Paläogenetik-Gruppe der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) verwendet genomische Informationen aus archäologischen Skeletten, um Fragen zur menschlichen Evolution und Vorgeschichte zu lösen. Unter der Leitung von Joachim Burger untersucht die Gruppe mithilfe biostatistischer Methoden die prähistorische Populationsgenetik von Menschen und domestizierten Tieren. Die Forschung der Gruppe hat gezeigt, dass sowohl Menschen als auch ihre domestizierten Tiere zu Beginn der Jungsteinzeit vor etwa 7.500 Jahren nach Mitteleuropa einwanderten. In Europa vermischten sich diese prähistorischen Bauern mit den Menschen der seit langem etablierten Jäger-Sammler-Kultur, mit denen sie seit Tausenden von Jahren zusammenlebten. Dr. Karola Kirsanow lädt alle Interessierten zu einem Rundgang durch das JGU Institute of Anthropology ein.

Die bedeutsame Arbeit eines jungen Schweden namens Svante Pääbo blieb zunächst unbekannt. Er forschte an DNA-Material Jahrtausende alter Mumien, ehe 1985 die Wissenschaft auf ihn aufmerksam wurde. Beinahe zwei Jahrzehnte später legte der Forscher einen Meilenstein in diesem Feld, indem er als erster Wissenschaftler das vollständige Erbgut eines Neandertalers aus dessen Knochen entschlüsselte.


Svante Pääbo
Svante Pääbo (Foto undatiert) vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig fand anhand von DNA-Proben heraus, dass sich Neandertaler und moderner Mensch zwar genetisch stark unterscheiden, sich aber während ihrer Koexistenz in der Eiszeit vermischten.

Mithilfe der mitochondrialen DNS gelang es ihm, alte Neandertaler-Knochen zu analysieren und daraus die genetischen Unterschiede zum heutigen Menschen abzulesen. Er gelangte hierbei zu der spektakulären Erkenntnis, dass sich rund 1,5 bis 2,1 Prozent des Neandertaler-Erbgutes bei heutigen Menschen (mit Ausnahme der Afrikaner) nachweisen lässt. Pääbo vermutet, dass die DNA des Neandertalers dazu beitrug, den frühen, aus Afrika einwandernden Gruppen des Homo sapiens das Überleben in der neuen, eiszeitlichen Umwelt zu ermöglichen.


Menschen außerhalb Afrikas
Einen kleinen Prozentsatz von Neandertaler-Genen findet man bei allen Menschen außerhalb Afrikas.

Dank Pääbos Forschungsergebnissen haben wir wertvolle Einblicke in die Evolution der pleistozänen Menschen gewonnen. Nicht zuletzt dank genetischer Analysen von Proben aus der Denisova-Höhle, 500 Kilometer vom sibirischen Novosibirsk entfernt, gelang es seinem Team einmal mehr nachzuweisen, dass sich das Neandertaler-Erbgut mit dem von anderen Frühmenschen vermischt hatte. Im Zuge ihrer Forschungen entdecken die Wissenschaftler um Pääbo eine bis dato unbekannte Menschengruppe, die mit den Neandertalern verwandten Denisova-Menschen.

Im Jahre 2012 gelang es Pääbo schlussendlich, ein komplettes Genom zu entschlüsseln. Anhand seiner Analysen ließ sich wissenschaftlich die Gemeinsamkeit des Erbgutes der Denisova-Menschen mit dem der heutigen ostasiatischen Bevölkerung nachweisen, die einander in bis zu fünf Prozent ähneln. Auch die genetischen Gemeinsamkeiten zwischen dem Neandertaler und dem der Denisova-Menschen vermochte Pääbo festzustellen. Seine Analysen ergaben eine 0,5-prozentige Gemeinsamkeit zwischen beiden Genomen. Wie weitere Untersuchungen belegten, waren die Populationsgrößen der Denisova-Menschen und Neandertaler sehr klein, infolgedessen es häufig zur Inzucht kam.


Touristen vor der Denisova-Höhle
Die Höhle, in der man den Splitter eines menschlichen Fingerknochens fand, der bisher unbekannte mtDNA enthielt, ist so berühmt geworden, dass sich auch Touristen dafür interessieren.

In jüngster Vergangenheit stellte das in Leipzig am Max-Planck-Institut ansässige Forscherteam einen umfangreichen Katalog mitsamt allen wichtigen Änderungen im Genom der Neandertaler zusammen.

Welche speziellen Anforderungen die Paläogenetik mit sich bringt

Eine detaillierte DNA-Analyse bringt neben all ihrer Aussicht auf Erfolg auch ihre Tücken mit. Kontaminierte Proben, die letztendlich gar nicht vom Erbgut, sondern etwa aus einer eigenen Hautschuppe stammen, sind keine Seltenheit. Um verunreinigte Proben zu verhindern, herrschen in der Forschung deshalb mittlerweile strenge Ausgangsbedingungen vor: Von Ganzkörper-Anzügen über Handschuhe bis Mundschutz. Schon bei der Entnahme stichhaltiger Gewebe- und Knochenproben besteht die Herausforderung für Wissenschaftler darin, jederzeit mit sterilen Arbeitsmaterialien zu Werke zu gehen. Nach jedem PCR-Einsatz stehen anschließend entsprechende Leerexperimente, bei denen keinerlei der gewonnenen DNA-Sequenzen eingesetzt wird, an.


Im Labor der Paläogenetiker muß unbedingt darauf geachtet werden, alte DNA nicht mit junger zu verunreinigen.
Forscherin in Schutzkleidung

Zudem bedienen sich die Wissenschaftler mittlerweile verlässlicher Methoden, um alte und neue DNA-Sequenzen voneinander abzugrenzen. Bis 2005 war es äußerst schwierig, diese Bruchstücke aus alten DNA-Sequenzen überhaupt analysieren zu können. Erst mit der Entwicklung des sogenannten Next Generation Sequencing wurde es ermöglicht, mehrere DNA-Fragmente anzureichern und zu vervielfältigen.

Fazit

Wenngleich die Paläogenetik methodisch begrenzt bleibt, leistet sie insgesamt einen wichtigen Beitrag in der Biologie, um die Evolutionsgeschichte von Pflanzen, Tieren und des Menschen präziser nachzuzeichnen. Ausgereizt sind die innovativen Methoden bis heute nicht; weshalb zu erwarten bleibt, dass diese genetische Teildisziplin in den kommenden Jahren und Jahrzehnten wissenschaftlich weiter voranschreitet.

Ein Artikel von Kerstin Schmidt - Content Managerin und erfahrene Ghostwriterin bei Hausarbeit-Agentur


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