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Neandertaler: Brüchige Botschaften aus alten Genen

Auf den ersten Blick scheint die Idee der Erbgutanalyse bestechend objektiv: Man entnehme DNS aus einem versteinerten Neandertaler-Knochen, analysiere sie - und alle verwandtschaftlichen Fragen sollten geklärt sein. In der Realität muss aber auch die "Paläogenetik" eine Vielzahl methodischer Probleme überwinden.

Einer ihrer Pioniere ist Svante Pääbo. Seinem Münchner Team wurde 1996 eine besonders kostbare Probe anvertraut: ein Stückchen aus dem Oberarmknochen des Typusexemplars vom Neandertaler, also von dem namengebenden Fund bei Düsseldorf. Aus den gewonnenen DNS-Resten aus jeweils 0,4 Gramm schweren Knochenportionen konnte die DNS-Sequenz, die Abfolge der vier Basen-Bausteine, ermittelt werden. Der Vergleich mit der Sequenz heute lebender Menschen ergab im Durchschnitt einen Unterschied in 27 der 379 betrachteten Genbuchstaben. Die Abweichung war so gross, dass für viele nun endgültig festzustehen scheint: Der Neandertaler gehört nicht in die Vorfahren-Linie des anatomisch modernen Menschen - unserer eigenen Subspezies.

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Fossile Knochen sind das Basismaterial für DNA-Analysen. Bei der Probenentnahme ist penible Sauberkeit oberstes Gebot: Kleinste Verunreinigungen machen sonst die Messergebnisse unbrauchbar

Der Gendaten-Vergleich stützt ausserdem die "Out of Africa"-Theorie, nach der sich der moderne Mensch nicht mehrfach ("multiregional") aus den archaischen Formen entwickelt hat, sondern von einer einzigen afrikanischen Population abstammt, die sich über die Welt verbreitet und dort bereits lebende Menschenformen verdrängt hat.

Gestützt wurde diese Aussage von einer Arbeitsgruppe aus Oslo und Tübingen. Sie konnte das Erbmaterial von Neandertaler-Fossilien aus Warendorf und der kroatischen Fundstätte Krapina sowie von einem modernen Menschen aus der Vogelherd-Höhle in einer Art Schnelltest unterscheiden.

Dazu kamen noch Gendaten eines Neandertaler-Fossils aus dem Kaukasus und die Veröffentlichung eines über 42000 Jahre alten Neandertaler-Fundes aus der kroatischen Vindija-Höhle: Die Analyse-Daten bestätigten sich gegenseitig. "Von den DNS-Sequenzen, die wir bisher angeschaut haben", kommentiert Pääbo die Ergebnisse seiner Arbeitsgruppe, "hat der Neandertaler keine zu unserem Genpool beigetragen."

Die Suche nach unseren Vorfahren

Für andere archaische Menschenformen lässt sich das offenbar nicht so kategorisch sagen: Mit ganz ähnlichen Methoden wie Pääbo und Ovchinnikov haben in Australien Forscher um James Peacock und Alan Thorne zehn australische Menschenfossilien untersucht, die als anatomisch modern gelten. Das älteste Exemplar -der Lake Mungo 3-Fund -ist 62 000 Jahre alt. Die im Januar 2001 veröffentlichte Analyse legt für Peacock und Thorne genau das Gegenteil der aus den bisherigen Erbgutforschungen gezogenen Schlüsse nahe: Die Out of Africa-Theorie sei unzutreffend, die anatomisch modernen Menschen hätten sich eben doch in unterschiedlichen Teilen der Welt unabhängig voneinander entwickelt. Für den fünften Kontinent sei dies nun belegt, für Europa gleichfalls anzunehmen.

Mit der uralten Probe aus Lake Mungo 3 war das australische Team schon nahe an der Grenze des Möglichen. "DNS ist nicht für die Ewigkeit gemacht", sagt Svante Pääbo, der heute Direktor am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig ist. Als Haltbarkeitsschwelle gelten 100 000 Jahre.

Frühere wissenschaftliche Artikel hatten zwar die Analyse weit älterer DNS behauptet. Doch Versuche, die Ergebnisse in anderen Labors zu reproduzieren, scheiterten regelmässig. Wahrscheinlicher Grund: Das in den Original-Studien verwendete DNS-Material stammt nicht aus den Fossilien, sondern von viel jüngeren Organismen: Zum Beispiel Bodenbakterien aus den Lagerstätten der Fund.

Ein Zirkelschluss, der angreifbar macht

"Verunreinigungen sind das Hauptproblem", so der Mainzer Anthropologe Kurt Alt, der sich auf die Genanalyse bis zu 5000 Jahre alter Menschenfunde spezialisiert hat. Svante Pääbo, die Forscher Hendrik Poinar und Alan Cooper haben einen Katalog von Kriterien aufgestellt, die vor einer Veröffentlichung erfüllt sein müssen: So sollen zwei Labors unabhängig voneinander an unterschiedlichen Extrakten aus demselben Knochenstück zum selben Ergebnis kommen. Ausserdem werden biochemische Kontrollverfahren gefordert. Zusätzlich wird die DNS-Konservierung an Begleitfunden -etwa Knochen von Höhlenbären -als Vergleich herangezogen: Wird dort keine DNS mehr entdeckt, ist ein positiver Befund für Relikte vom Menschen zumindest zweifelhaft.

Gerade wegen der methodischen Ausschluss-Kriterien haben die Genetiker speziell beim Urmenschen allerdings ein schier unlösbares Problem: Sollte es Neandertaler-DNS geben, die sich von der des modernen Menschen nicht unterscheidet, würden die Forscher sie immer als Kontamination aus heutiger Zeit aussortieren und niemals als Neandertaler-Erbgut ansprechen. Dass dieser Zirkelschluss seine Ergebnisse angreifbar macht, weiss auch Pääbo. Doch er glaubt: "In mehreren zehntausend Jahren Evolutionsgeschichte sollten sich ein paar Mutationen angesammelt haben, die uns unterscheidbar machen." Der Zeitunterschied, mit dem Pääbo argumentiert, ist für Kritiker allerdings Anlass für einen zweiten, fundamentalen Einwand.

Denn bisher sind bei Studien an europäischem Material nur moderne Menschen von heute oder höchstens aus der Zeit vor einigen tausend Jahren mit dem Neandertaler verglichen worden. Natürlich aber haben sich über die Jahrzehntausende auch beim modernen Menschen bestimmte DNS-Sequenzen weiterentwickelt. Darum wäre es wichtig, das Erbmaterial von europäischen Zeitgenossen des Neandertalers zu analysieren -also von mindestens 30 000 bis 40 000 Jahre alten Relikten des modernen Menschen: Das ist bis heute in keinem einzigen Fall gelungen.

Um die Chancen zu erhöhen, überhaupt DNS zu finden, wurde bisher meist nur nach Erbsubstanz aus Mitochondrien (mtDNS) gesucht. Diese Organellen versorgen die Zellen mit Energie und enthalten ihr eigenes Erbgut. Da es pro Zelle zwischen 500 und 1000 Mitochondrien gibt, ist die Wahrscheinlichkeit, deren DNS zu entdecken, weit höher, als das Erbmaterial aus dem nur einmal vorhandenen Zellkern aufzuspüren.

Ausserdem mutiert mtDNS zehnmal schneller als die Kern-DNS. Bei nah verwandten Spezies wie Mensch und Neandertaler ist das hilfreich, weil es die Chance erhöht, dass Unterschiede entstanden und im betrachteten DNS-Abschnitt sichtbar sind. Die Forscher analysierten deshalb auch nicht das gesamte Mitochondrien-Genom mit seinen etwa 16 500 Basenpaaren, sondern nur zwei, mehr als 300 Paare lange, hochvariable Regionen.

Auf mtDNS gestützte Analysen haben gleichwohl auch gravierende Nachteile -allein schon wegen der Qualität der für Vergleiche herangezogenen Publikationen: Fehler im Sequenzieren oder schlampig erstellte Publikations-Manuskripte verfälschen oft die Ergebnisse.

Hatten sie jemals Sex miteinander?

Doch es gibt auch systematische Probleme: So wird Mitochondrien-DNS nur von der Mutter auf die Nachkommen weitergegeben. Es bleibt also theoretisch möglich, dass eine grosse Zahl von Neandertaler-Männern mit Frauen des modernen Menschen Kinder gezeugt hat -im mt-DNS-Genpool würde das nicht sichtbar. Ausserdem sterben mitochondriale DNS-Linien wegen der rein mütterlichen Vererbung in einer Population statistisch gesehen vier mal schneller aus als Zellkern-Linien. Entsprechend räumt Pääbo ein: "Wenn die Frage lautet, ob Neandertaler und moderne Menschen jemals Sex miteinander hatten, dann muss ich sagen: Das wird die Paläogenetik nie beantworten können."

Obendrein kommt mtDNS zwar häufig vor - doch stellt sie als Kopie der immerselben 16 500 Genbuchstaben nur einen Bruchteil der gesamten Erbinformationen dar: Die DNS im Kern besitzt sechs Milliarden solcher Basenpaare. Kritiker halten die Datenlage bei den Neandertalern deshalb für äusserst dünn.

Pääbo wendet ein, dass die Mutationsgeschwindigkeit der Kern-DNS einfach nicht ausreichend ist, um sie in die Analysen einzubeziehen. Erbmaterial aus dem Kern sei nur für die Untersuchung von stammesgeschichtlichen Aufspaltungen richtig, die sich in einer Zeit vor mehr als einer Million Jahre ereignet haben - da aber gab es weder Neandertaler noch anatomisch moderne Menschen.