Was ein Fingerknochen verrät

Berlin. Der winzige Knochen aus dem kleinen Finger eines Mädchens ist nicht einmal so groß wie der Fingernagel einer Frau. Und doch entpuppt sich das Fossil aus der Denisova-Höhle im Altai-Gebirge weit im Süden Sibiriens für Matthias Meyer und Svante Pääbo vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie (Eva) in Leipzig als Glückstreffer.

"Wir können das viele Jahrtausende alte Erbgut darin so genau wie die DNA heute lebender Menschen analysieren", erklärt Meyer begeistert. "Erstmals können wir einzelne Bereiche und Erbeigenschaften direkt miteinander vergleichen", berichtet er weiter. Eine Reihe von Eva-Forschern sind gemeinsam mit Kollegen aus den USA, der Türkei, China und Russland den Unterschieden zwischen dem modernen Menschen und seinen nächsten Verwandten vom Neandertaler bis zum Denisova-Menschen auf der Spur.

Fund war großer Glücksfall

Bisher waren Analysen von altem Erbgut viel weniger präzise, berichten die Wissenschafter in der Online-Ausgabe des Fachjournals "Science". Immerhin aber zeigte der Vergleich des gesamten Erbguts mit heutigen Menschen den Forschern bereits 2010, dass sie den Fingerknochen einer bisher unbekannten Menschenlinie untersuchten. Diese Denisova-Menschen lebten etwa zur gleichen Zeit wie Neandertaler, moderne Menschen und die kleinwüchsigen Flores-Menschen von der gleichnamigen Insel Indonesiens. Sie sind die bisher einzige Gruppe längst ausgestorbener Menschen, die ausschließlich durch die Untersuchung ihres Erbguts entdeckt wurde.

Die Forscher staunten schon 2010 darüber, wie sauber das aus dem Fingerknochen isolierte Erbgut war. Auf solchen Überresten siedeln sich nämlich normalerweise rasch Bakterien an. "Meist stammen 99 Prozent der isolierten DNA von solchen Mikroorganismen, dazu kommt oft noch Erbgut aus anderen Quellen", sagt Matthias Meyer. "Der Fingerknochen des Denisova-Menschen enthielt dagegen ungefähr 70 Prozent DNA des verstorbenen Individuums", beschreibt er die Reinheit des Fundes.

Um diesen Glücksfall möglichst gut zu nutzen, entwickelten er und seine Kollegen eine neue Methode, mit der sie alte DNA genauer als bisher untersuchen können. Für diese Analysen vermehren die Forscher zunächst das wenige aus einem Knochen erhaltene Erbgut. DNA liegt normalerweise in Form von zwei Strängen vor, von denen einer das Spiegelbild des anderen ist. Während bisherige Methoden bei der Vermehrung von einem solchen Doppelstrang ausgingen, trennten die Leipziger Forscher die DNA zunächst in die einzelnen Stränge und vermehrten dann diese. Damit aber hatten wir theoretisch doppelte Chancen", erklärt Meyer.

Tatsächlich entpuppte sich die Methode aus noch nicht genau geklärten Gründen als noch erheblich besser. Während bei der ersten Analyse mit der herkömmlichen Methode im Jahr 2010 jede Stelle im untersuchten Denisova-Erbgut laut Statistik 1,9 Mal analysiert wurde, nahm die neue Methode jetzt jedes DNA-Stück gleich 31 Mal unter die Lupe. Da jede einzelne DNA-Analyse kleine Fehler enthalten kann, ist die neue Methode erheblich genauer und nahezu fehlerfrei.

Rechnen mit dem Erbgut

Das so erhaltene Erbgut zeigt im Vergleich mit der DNA heute lebender Menschen rund 100.000 Veränderungen. Solche Mutationen ereignen sich im Laufe der Zeit im Erbgut lebender Menschen zufällig. Aus der Zahl dieser Änderungen können die Forscher berechnen, dass die Besitzerin des Knochens vor 74.000 bis 82.000 Jahren lebte. Diese erste Altersbestimmung eines Fossils aus dessen Erbgut passt zu den Ergebnissen russischer Archäologen, nach denen die Denisova-Höhle in den letzten 125.000 Jahren immer wieder von Frühmenschen bewohnt wurde.

Das Erbgut zeigt den Forschern auch, dass Denisova-Menschen und andere Linien gemeinsame Kinder hatten. Im Erbgut der Menschen in Papua-Neuguinea finden sich jedenfalls rund drei Prozent von ihnen. Da sich die Spuren der Denisova-Menschen in der DNA von Europäern kaum nachweisen lassen, vermutet Matthias Meyer: "Wahrscheinlich haben die Denisova-Menschen nicht nur in Sibirien, sondern auch weiter im Süden von Asien, aber nicht in Europa gelebt".

Aus dem Denisova-Erbgut können die Forscher auch ausrechnen, dass ähnlich wie bei den Neandertalern lange Zeit nur wenige Menschen dieser Linie auf der Erde lebten. Möglicherweise wanderten Denisova-Menschen in wärmeren Epochen der damaligen Eiszeit nach Norden bis zur Denisova-Höhle, zogen sich aber weit nach Süden zurück, sobald die Kälte zurückkam. Um das Schicksal der verschiedenen Menschenlinien noch genauer zu untersuchen, hoffen Meyer, Pääbo und ihre Kollegen jetzt auf weitere Glückstreffer-Fossilien.

Erbgut-Änderung
(rhk) Nur 1,5 bis zwei Prozent des Erbguts eines Menschen liefern Vorlagen für die Grundbausteine seines Organismus, die Proteine. Daher fanden die Leipziger Forscher im Erbgut des Denisova-Menschen bei insgesamt 100.000 Veränderungen im Vergleich mit der DNA moderner Menschen nur 260 in für Proteine zuständigen Abschnitten. Vier davon betreffen die Haut, sechs weitere die Augen, acht stehen zur Entwicklung des Gehirns in Beziehung. Genau diese Bereiche könnten sich bis zum Menschen von heute langsam verändert haben: Die Haut musste den Verlust des haarigen Fells kompensieren, und das Gehirn entwickelte sich so weit, dass Forscher heute mithilfe eines Fingerknochens die Entwicklung der Menschheit analysieren können.