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Veröffentlicht 1. Dezember 2022 von Hanna Kurlanda-Witek

Der Nobelpreis in Physiologie/Medizin 2022: Die Höhlenmenschen in unserer DNA

DNA-Sequenzierung, allerdings von Neandertaler-Knochen, steht im Fokus des diesjährigen Nobelpreises für Physiologie oder Medizin. Photo/Credit: KariHoglund/iStockphoto

Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2022 wurde an Svante Pääbo, schwedischer Genetiker und Professor am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig, verliehen. Pääbos Forschung begründete ein völlig neues Feld in der Evolutionsbiologie – die Paläogenetik, sprich die Analyse und Rekonstruktion uralter Genome. Bisherige Meilensteine in Pääbos Karriere waren die Sequenzierung von DNA aus einem Neandertalerknochen im Jahr 1997 und die Veröffentlichung der ersten Version des Neandertaler-Genoms 2010.

DNA aus Mumien

Bereits im Kindesalter begeisterte sich Pääbo für Archäologie und durchstreifte daher häufig die Wälder rund um seine Heimatstadt Stockholm auf der Suche nach Tonscherben aus der Steinzeit. Seine Mutter förderte seine Interessen, weshalb sie beide dreimal nach Ägypten reisten, wo sie Pyramiden besuchten und antike Schätze bestaunten. Das Studium der Ägyptologie lag für Pääbo auf der Hand, doch schon bald stellte sich Ernüchterung ein, als er sich vorwiegend mit der Entschlüsselung von Hieroglyphen befasste. Auf Anraten seines Vaters, Nobelpreisträger Sune Bergström, wechselte Pääbo dann zur Medizin.

Jedoch vergaß Pääbo die Archäologie nie ganz. Während seiner Doktorarbeit über Adenoviren bat er, ohne seinen Doktorvater in Kenntnis zu setzen, seinen ehemaligen Ägyptologie-Professor um Hilfe, für Experimente zur Isolierung von DNA aus ägyptischem Mumiengewebe. Die Experimente waren erfolgreich und brachten ihm 1985 eine Reportage im Wissenschaftsmagazin nature ein.

Uralte Tiere

Nur wenige Zeit später erhielt Pääbo einen Brief von Allan Wilson, Molekularbiologe im Bereich der Evolutionsforschung an der University of California in Berkley, mit der Frage, ob er ein Sabbatical in Pääbos Labor machen könne. Damals, in der Zeit vor Google, wusste Wilson nicht, dass Pääbo noch ein Doktorand war. Auf Pääbos Erklärung wurde ihm eine Postdoc-Stelle in Berkley angeboten. Dort angekommen versuchte er, die Probe eines 7.000 Jahre alten menschlichen Gehirns zu analysieren. Doch schon bald stellte er fest, dass die Kontamination von altem Gewebe mit DNA von modernen Menschen oder Bakterien einen schweren Rückschlag darstellte und peinlich genaue Kontrollen erforderte. Pääbo isolierte daraufhin die DNA von ausgestorbenen Tieren wie dem Mammut und verfeinerte damit die Techniken, die er später anwenden würde.

Ein Schnipsel genetisches Material

„Mr N“ heißt die lebensgroße Nachbildung eines Neandertalers, dessen Gestaltung auf den aus Knochenfunden gezogenen Informationen basiert. Photo/Credit: 2021 Neanderthal Museum · Holger Neumann

Nach seiner Rückkehr nach Europa im Jahr 1990 wurde Pääbo Professor an der Universität München. Das Rheinische Landesmuseum in Bonn, in dessen Besitz sich die ersten jemals identifizierten Neandertalerknochen befinden, fragte ihn, ob er versuchen könne, aus den Fossilien DNA zu extrahieren. Und so begann der lange Prozess der Isolierung von Neandertaler-DNA aus einem Schädelstück, das 1856 in einem deutschen Steinbruch gefunden worden war. Anfang der 1990er Jahre war Humangenomprojekt bereits in Gange. Aber es war eine Aufgabe, die DNA von lebenden Organismen zu entschlüsseln und eine ganz andere, die DNA von einem 40.000 Jahre alten Knochenstück zu sequenzieren. Pääbo schätzte die Erfolgschancen des Projekts auf fünf Prozent ein.

Doch letztlich isolierten der Forscher und sein Team die ersten DNA-Sequenzen aus der mitochondrialen DNA eines Neandertalers. Die Ergebnisse wurden 1997 im Wissenschaftsmagazin Cell publiziert – eine Leistung, auf die Pääbo besonders stolz ist: „Dieses kleine Stück des genetischen Materials dieses Individuums war für uns emotional gesehen eine große Sache.“

Neandertaler lebten vor etwa 400.000 Jahren in Europa und Asien und starben vor etwa 40.000 Jahren aus. Es gab verschiedene Theorien darüber, wo die Neandertaler in der Geschichte des Menschen einzuordnen sind. Waren sie unsere direkten Vorfahren oder eine eigenständige genetische Spezies? Die Cell-Studie belegte, dass Neandertaler und Homo sapiens, also der moderne Mensch, unterschiedliche Hominini-Gruppen sind, die sich vor etwa 500.000 Jahren getrennt hatten. Zu diesem Zeitpunkt war noch unklar, ob Homo sapiens und Neandertaler jemals koexistiert hatten und ob es einen Genfluss zwischen den beiden Hominini-Arten gab.

Erste Hürden: zu wenig Knochenmaterial

2006 initiierte Pääbo das Neandertaler-Genom-Projekt. Zunächst hatte die Forschungsgruppe Schwierigkeiten, genügend Neandertalerknochen zu beschaffen, und selbst wenn dies gelang, war es schwierig, extrahierbares und nicht kontaminiertes genetisches Material zu finden. Rund 80 Prozent der für das Projekt sequenzierten DNA war mikrobiellen Ursprungs. Trotz aller Hindernisse wurde 2010 die erste Sequenz des Neandertaler-Genoms veröffentlicht und damit die verblüffende Entdeckung, dass die heutigen Europäer und Asiaten bis zu vier Prozent ihres Erbguts mit Neandertalern teilen. Außerdem ging man davon aus, dass Menschen und Neandertaler vor etwa 800.000 Jahren einen gemeinsamen Vorfahren hatten.

Nun, da ein Neandertaler-Genom verfügbar war, konnte es mit anderen Erbinformationen verglichen werden. 2008 wurden in einer Höhle im Altai-Gebirge in Sibirien das Fragment eines Fingerknochens und ein Zahn gefunden. Pääbo und sein Team fragten sich, ob es sich dabei um Neandertalerknochen handeln könnte, obwohl diese so weit im Osten noch nie gefunden worden waren. Untersuchungen belegten, dass die Knochen zu einem einzigartigen, bis dahin unbekannten Hominini gehörten, der nach der Höhle, in der die Fossilien gefunden wurden, Denisova genannt wurde. Interessanterweise haben sich die Denisova-Menschen auch mit Homo sapiens gekreuzt; die heutigen Südostasiat*innen haben bis zu sechs Prozent ihrer DNA mit den Denisova-Menschen gemeinsam.

Ein nach der Bekanntgabe des Nobelpreises veröffentlichter Artikel wirft noch mehr Licht auf die Denisova-Funde: Die Höhle wurde sowohl von Neandertalern als auch von Denisova-Menschen bewohnt. Knochen einer Gruppe von elf Neandertalern, von denen einige eng miteinander verwandt sind, wurden in der Chagyrskaya-Höhle gefunden, die etwa 100 Kilometer von der Denisova-Höhle entfernt liegt. Genetische Daten können uns Aufschluss darüber geben, wie wir mit diesen ausgestorbenen Hominini verwandt sind, aber auch darüber, wie ihre sozialen Strukturen aussahen.

Ausgestorbene Vorfahren

In einem Interview mit Adam Smith von Nobel Media nach der Bedeutung dieser Entdeckungen gefragt, antwortete Pääbo, dass sie uns zeigen, wie eng wir wirklich mit den alten Hominini verwandt sind. „Es ist die Erkenntnis, dass es vor nicht allzu langer Zeit, vielleicht vor 1.400 Generationen, eine andere Form von Menschen gab, die sich mit unseren Vorfahren vermischten und und zu unserer heutigen Entwicklung beigetragen haben.“ Pääbo fügte hinzu, dass er sich manchmal frage, wie die Welt aussehen würde, wenn die Neandertaler bis heute überlebt hätten. Würden sie Rassismus erfahren oder würden wir unseren Platz in der lebenden Welt anders sehen, als lediglich eine Gattung des Menschen unter anderen?

Hanna Kurlanda-Witek

Hanna Kurlanda-Witek ist Wissenschaftsautorin und Beraterin zu Umweltthemen in Warschau/Polen. Sie hat einen Doktortitel in Geowissenschaften von der Universität Edinburgh, für den sie viel Zeit im Labor verbrachte. Als Expertin für sowohl Forschung als auch industrielle Anwendung schlägt sie durch die Vereinfachung von Wissenschaftskommunikation eine Brücke zwischen diesen beiden Welten.