Die Analyse uralter DNA aus versteinerten Knochen und Zähnen hat unser Verständnis der menschlichen Evolution revolutioniert. In den letzten zwei Jahrzehnten haben genetische Untersuchungen nicht nur neue Menschenarten aufgedeckt, sondern Archäologen auch ermöglicht, das Aussehen unserer Vorfahren Tausende Jahre nach ihrem Aussterben rekonzuzieren.
DNA ist jedoch empfindlich und zerfällt mit der Zeit, sodass viele alte Funde nicht mehr analysierbar sind. Große Teile unseres Stammbaums bleiben so verborgen.
In jüngster Zeit gewinnen Forscher neue Einsichten aus Proteinen, die in Fossilien erhalten bleiben. Proteine sind stabiler als DNA, und Fortschritte in Techniken wie der Massenspektrometrie erlauben es, selbst winzige Mengen zu identifizieren und zu charakterisieren.
Die vielversprechendste Methode ist die „Schrotflinten-Proteomik“, die ein vollständiges Proteinprofil aus Knochen oder Zähnen erstellt. Diese „Protein-Fingerabdrücke“ ermöglichen die Artbestimmung fossiler Überreste – auch ohne DNA.
Wir stehen damit vor einer Revolution der Paläoproteomik, die tiefe Einblicke in die Identität und Lebensweise unserer Vorfahren verspricht.
Tiefer in die Welt der Denisovaner
Anthropologen wollen mehr über die Denisovaner wissen, eine mysteriöse Menschengruppe, die vor 200.000 bis 50.000 Jahren lebte. Bisher stammt ihr genetisches Material nur aus der Denisova-Höhle im sibirischen Altai-Gebirge.
Hinweise deuten auf eine weite Verbreitung hin: Viele heutige Bewohner Asiens, Australiens und Papua-Neuguineas tragen Denisova-DNA.
„Fast jede Frage zu den Denisovanern ist offen“, erklärt Dr. Frido Welker von der Universität Kopenhagen, ein Pionier der Paläoproteomik. „Wir wissen nicht, wo sie lebten, welche Werkzeuge sie nutzten oder wie sie jagten.“
Der vollständigste Fund ist ein halber Unterkiefer mit Zähnen aus der Baishiya-Karsthöhle auf dem tibetischen Plateau in China.
Die DNA war zu degradiert, doch 2019 analysierte ein Team mit Welker das Kollagen in den Zähnen – es passte zu Denisovanern aus der Denisova-Höhle. Erstmals wurde ein Homininer allein durch Proteine identifiziert.
Heute durchsuchen Forscher Tausende Fragmente aus Europa und Asien, um menschliche von Tierknochen (wie Hyänen oder Mammuts) zu trennen. Das FINDER-Projekt am Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte in Jena steigert die Zahl bekannter homininer Fossilien erheblich.
Ernährung und mehr aus der Vergangenheit rekonstruieren
Neben DNA halfen Knochenformen bei der Artbestimmung. Viele Funde sind jedoch winzige Splitter.
„Früher warfen Archäologen sie weg“, sagt Dr. Katerina Douka, Leiterin von FINDER.
Douka nutzt Zooarchaeology by Mass Spectrometry (ZooMS): Kollagen wird extrahiert, mit Trypsin in Peptide zerlegt und im Massenspektrometer analysiert. Menschliche Peptide unterscheiden sich von tierischen.
In der Denisova-Höhle wurden aus 11.000 Fragmenten 10 menschliche identifiziert – einige 250.000 Jahre alt, jenseits der DNA-Analyse.
Welker erlebte DNAs Grenzen als Student bei versuchter Sequenzierung aus Dung einer ausgestorbenen Ziege. „Proteine waren die nächste Option.“
Seit Dezember 2020 sequenziert er Proteine aus Homininen-Fossilien der letzten Million Jahre aus Afrika, Europa und Asien – finanziert mit 1,5 Millionen Euro vom Europäischen Forschungsrat.
„Die Periode 700.000 bis 200.000 Jahre ist entscheidend für unsere Herkunft“, betont Welker. Damals entstand Homo heidelbergensis, Vorfahre von Homo sapiens und Homo erectus-Abkömmling.
Umstrittene Arten wie Homo heidelbergensis könnten Proteine klären.
Bei Schrotflinten-Proteomik bohrt man Pulver aus Knochen/Zähnen, löst Proteine mit Salzsäure, zerlegt sie mit Trypsin und sequenziert Peptide. Im Gegensatz zu ZooMS ermöglicht dies Art- und Verwandtschaftsbestimmung.
Sequenzvariationen offenbaren evolutionäre Beziehungen.
Die Zukunft der Proteomik
Schrotflinten-Proteomik wird Arten an Stätten identifizieren und Lebensweisen via Artefakte beleuchten – Jagd, Feuer etc.
Herausforderungen: Wenig Protein in Splittern, evolutionäre Konservierung. Doch Proteine reichen weiter zurück als DNA.
„Es ist spannend, Grenzen zu erweitern“, sagt Welker. „Wir wissen noch nicht, wie weit.“
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 358 des BBC Science Focus Magazine.