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Die Entdeckung im Jahr 2010, dass sich frühe Menschen und Neandertaler vermischten, war eine wissenschaftliche Bombe – die Enthüllung eines genetischen Erbes, das seitdem eine Rolle im Leben moderner Menschen spielt und den Tagesrhythmus, die Funktion des Immunsystems und die Art und Weise, wie manche Schmerzen empfinden, beeinflusst.
Wissenschaftler hatten jedoch Schwierigkeiten, den umgekehrten Genfluss zu verstehen: Wie die Vermischung der beiden Gruppen die Neandertaler geprägt haben könnte, die vor etwa 40.000 Jahren ausstarben. Mithilfe neuer Techniken zeichnet eine neue Studie ein klareres Bild.
Die am 12. Juli in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichte Analyse zeigte, dass die beiden Gruppen in den letzten 250.000 Jahren mehrmals DNA ausgetauscht haben, was Aufschluss über das Aussterben der Neandertaler gab und möglicherweise die Geschichte darüber, wie und wann unsere Vorfahren des Homo sapiens Afrika verließen, neu schrieb.
„Bisher deuten die meisten genetischen Daten darauf hin, dass sich der moderne Mensch vor 250.000 Jahren in Afrika entwickelt hat, dort die nächsten 200.000 Jahre blieb und sich dann vor etwa 250.000 Jahren dazu entschloss, Afrika zu verlassen und den Rest der Welt zu besiedeln. “, sagte Joshua Akey, Professor am Lewis-Sigler-Institut der Princeton University und Hauptautor der Studie.
„Aber die Genetik berücksichtigt nicht alles, was in aktuellen Populationen keine Spuren hinterlässt. Was ich an dieser Arbeit interessant finde, ist, dass sie uns genetische Informationen über diese Ausbreitungen aus Afrika liefert, die wir vorher nicht sehen konnten“, sagte Akey.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die frühe Menschheitsgeschichte komplex war und dass der moderne Mensch seit seiner Entstehung als Spezies vor etwa 250.000 bis 300.000 Jahren wahrscheinlich viel häufiger mit Neandertalern – und anderen Arten archaischer Menschen, einschließlich der rätselhaften Denisova-Menschen – interagierte .
Mehrere Paarungsepisoden
Durch den Vergleich von DNA-Sequenzen in Datenbanken können Wissenschaftler die Beziehungen zwischen verschiedenen Populationen oder Arten rekonstruieren, und da genetische Veränderungen im Laufe einer Generation mit konstanter Geschwindigkeit auftreten, können Genetiker die Zeit berechnen, die zwischen dem DNA-Austausch zweier Gruppen vergeht die Ticken einer molekularen Uhr.
Die Studie ergab, dass Menschen Afrika in drei Wellen verließen und Neandertaler trafen und sich mit ihnen vermischten: die erste vor etwa 200.000 bis 250.000 Jahren, kurz nachdem die allerersten Neandertaler-Fossilien in Afrika auftauchten; der zweite vor 100.000 Jahren; und der letzte vor etwa 50.000 bis 60.000 Jahren.
Die jüngste Episode ist weithin anerkannt und wurde erstmals 2010 identifiziert, als der Nobelpreisträger Svante Pääbo das erste Neandertaler-Genom sequenzierte. Die neue Forschung zeigte jedoch, dass sich die ersten beiden Wellen deutlich von der dritten unterschieden, einer groß angelegten Migration, die letztendlich zur Präsenz moderner Menschen in allen Teilen der Welt führte.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Anteil der DNA des Homo sapiens im Neandertaler-Genom vor mehr als 200.000 Jahren 10 % erreichen und mit der Zeit abnehmen könnte; im Durchschnitt lag sie bei 2,5 % bis 3,7 %.
Eine ähnliche Studie, die letztes Jahr veröffentlicht wurde, identifizierte genetische Spuren einer Begegnung zwischen den beiden Gruppen vor etwa 250.000 Jahren, aber der Beitrag der DNA des Homo sapiens zu den Neandertalern vor etwa 100.000 Jahren sei ein neuartiger Befund, sagte Laurits Skov, Genetiker und Postdoktorand an der Neandertaler-Universität University of California, Berkeley, die nicht an der Studie beteiligt war.
„Was sicher scheint, ist, dass die Geschichte der Menschen und der Neandertaler viel enger miteinander verbunden ist, als wir bisher dachten“, sagte er per E-Mail.
Genetische Detektivarbeit
Laut der neuen Studie absorbierte die Neandertaler-Population während der beiden vorangegangenen Kreuzungswellen menschliche Gene und die Nachkommen blieben innerhalb der Neandertaler-Gruppen.
Diese ersten Paarungsepisoden, das Ergebnis der Abwanderung kleiner Gruppen von Pionieren des Homo sapiens aus Afrika, ohne jedoch eine solide Basis aufzubauen, hinterließen kaum Spuren im genetischen Erbe moderner menschlicher Populationen, hatten aber einen wichtigen Einfluss auf das Neandertaler-Genom, sagte Akey .
„Ich denke, die einfachste Erklärung ist, dass es Veränderungen der Bevölkerungsgröße im Laufe der Zeit widerspiegelt“, fügte er hinzu.
„Schon früh verließen frühneuzeitliche Menschen langsam Afrika, und die Neandertaler-Populationen waren groß genug, dass sie diese anfängliche Ausbreitung von Menschen und ihren Genen im Wesentlichen in die Neandertaler-Population absorbieren konnten“, sagte Akey.
Als der Homo sapiens jedoch vor etwa 60.000 Jahren Afrika verließ und auf einer anhaltenden Wanderung rund um die Welt begann, wuchsen die Nachkommen, die aus Begegnungen zwischen Homo sapiens und Neandertalern hervorgingen, in modernen menschlichen Populationen auf und ihre genetische Signatur blieb im genetischen Erbe des Menschen erhalten und beeinflusste unser Leben heute, fügte er hinzu.
Im Rahmen dieser Studie nutzte das Team Techniken des maschinellen Lernens, um die Genome der Überreste von drei Neandertalern zu entschlüsseln und zu sequenzieren, die vor 50.000 bis 80.000 Jahren entstanden und an drei verschiedenen Orten entdeckt wurden: Vindija in Kroatien und in den Denisova- und Chagyrskaya-Höhlen im Altai-Gebirge. Anschließend verglichen die Forscher diese Daten mit den Genomen von 2.000 heutigen Menschen.
„Wir haben ein Rahmenwerk entwickelt, um festzustellen, ob ein Genfluss vom Menschen zum Neandertaler stattgefunden hat, um die Menge moderner menschlicher Sequenzen abzuschätzen, die in Neandertaler-Genomen vorhanden sind, und um bestimmte Stellen im Neandertaler-Genom zu identifizieren, die … modernes menschliches Filmmaterial enthalten“, sagte Akey.
Das Geheimnis des Verschwindens der Neandertaler
Es gibt eine Handvoll Fossilien des Homo sapiens, die möglicherweise die frühen, weniger erfolgreichen Reisen der Art von Afrika in den Nahen Osten und nach Europa widerspiegeln, sagte Chris Stringer, Leiter der Forschung zur menschlichen Evolution am Natural History Museum in London war nicht an der Studie beteiligt.
Zu diesen Relikten gehören ein in der Apidima-Höhle in Südgriechenland entdecktes Homo sapiens-Fossil aus der Zeit vor 210.000 Jahren sowie Überreste, die an den israelischen Stätten Skhūl und Qafzeh entdeckt wurden. In Israel entdeckte Fossilien zeigten „primitive Merkmale“ wie breitere Augenbrauen, einen flacheren Schädel und ein unterschiedliches Kinn.
„Ich habe diese Merkmale so interpretiert, dass sie von primitiveren Nicht-Neandertaler-Vorfahren übernommen wurden, sie könnten aber auch Anzeichen eines Genflusses von Neandertalern sein, und vielleicht sollten solche Merkmale jetzt angesichts dieser neuen Aufgabe noch einmal untersucht werden“, sagte Stringer.
Die in dieser Studie identifizierte Populationsdynamik könnte einer der Hauptgründe dafür sein, dass Neandertaler vor 40.000 Jahren verschwanden, bemerkte Akey. Die Analyse der Forscher legt nahe, dass die Größe der Neandertaler-Population zu dieser Zeit 20 % kleiner war als bisher angenommen.
„Menschenpopulationen waren größer und haben, wie die Wellen, die an den Strand schlugen, schließlich die Neandertaler erodiert“, wobei der Neandertaler-Genpool wahrscheinlich während der letzten Kreuzungswelle in die menschliche Population aufgenommen worden sei, sagte Akey.
„Das Aussterben ist kompliziert, daher würde ich zögern zu sagen, dass es die einzige Erklärung ist … aber ich denke, dass die Aufnahme der Neandertaler in die menschliche Bevölkerung wahrscheinlich einen Großteil der Gründe für das Aussterben der Neandertaler erklärt“, sagte er.
Stringer sagte, er stimme zu, dass die letzte Phase der Kreuzung zum Aussterben der Neandertaler beigetragen haben könnte, da die Neandertaler-Population noch kleiner und weniger vielfältig geworden sei, als die Neandertaler-DNA in die breitere menschliche Genetik gelangt sei.
„Ich denke, das ist ein wichtiger Punkt“, sagte Stringer. „Wenn man die Zunahme der genetischen Vielfalt der Neandertaler aufgrund der Kreuzung mit Sapiens außer Acht lässt, verringert sich auch ihre effektive Populationsgröße erheblich, was ein weiterer Beweis dafür ist, dass die späten Neandertaler bereits eine gefährdete Art gewesen sein könnten, auch ohne Konkurrenz durch eine wachsende Population von Homo sapiens.“ »
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