Es ist noch gar nicht lange her, da streiften sonderbare Pferde durch die Graslandschaften Südafrikas. Auf Hals, Schultern und vorderem Rumpf trugen die Tiere zwar die typischen Streifen eines Zebras. Aber der Rest ihres Fells war bräunlich gefärbt - als hätte sie jemand zur Hälfte falsch angemalt. Einheimische nannten die Sonderlinge Quaggas. Noch zu Beginn des 19. Jahrhunderts konnte man die exotischen Huftiere auf vielen Feldern sehen. Zumindest so lange, bis die große Jagd auf sie begann.
Das letzte Tier starb 1883 im Zoo von Amsterdam. Das Quagga ist deshalb bis heute als tragisches Beispiel einer Spezies bekannt, die rücksichts- und gedankenlos ausgerottet wurde. Nur weil sie dort lebte, wo der Mensch sich ausbreiten wollte. Weniger bekannt ist, dass ein paar 140 Jahre alte, erhaltene Fleischreste dieser Tiere in den 1980er-Jahren eine Revolution auslösten. Eine Revolution, die inzwischen nicht nur die biologische Ahnenforschung komplett umgekrempelt hat. Die sogenannte Paläogenetik beginnt allmählich auch, die kulturwissenschaftlich orientierte Archäologie grundlegend zu verändern. In ihrem Mittelpunkt steht das Erbgut ausgestorbener Arten und menschlicher Vorfahren. Es erlaubt völlig neue Einblicke in Evolution und Geschichte.
Mithilfe von DNA-Analysen können Forscher heute herausfinden, wie sich Kulturen, Pflanzen, Tiere und Krankheiten entwickelt haben.
Einer der jungen Vertreter dieser neuen Disziplin sitzt an einem unwirtlichen Novembervormittag in seinem Büro an der Universität Potsdam. Der Raum hat eine Glastür und kein Vorzimmer. Man kann vom Flur aus zuschauen, wie der Mann mit T-Shirt und zum Zopf gebundenen Haaren lacht und mit Studenten diskutiert. Der Mann heißt Michael Hofreiter und ist seit fünf Jahren Professor für Evolutionäre Adaptive Genomik in Potsdam. Seine Forschungsobjekte stehen in Miniaturformat auf dem Schreibtisch. Es sind Tiere, die es schon lange nicht mehr gibt: Das Mammut, die ersten Hühnerrassen, Urzeitpferde, das vor 11 000 Jahren ausgestorbene langhalsige Lama, dessen Fossilien Charles Darwin noch selbst aus dem lateinamerikanischen Boden schabte. Lauter Schicksalsgenossen des Quagga, von denen außer Knochen nicht mehr viel übrig ist. Doch das reicht für Hofreiter, denn meistens steckt in den Überresten genug von dem, was er braucht: ancient DNA, altes Erbgut. Es ist die Zeitmaschine, die Forscher immer weiter zurück in die Vergangenheit reisen lässt.
Der Mann, mit dem der Kult um die alte DNA vor 34 Jahren eigentlich begann, hieß Allan C. Wilson. Der Biochemiker an der University of California in Berkeley ließ sich getrocknete Muskel- und Bindegewebsfetzen des Quagga aus dem Mainzer Naturkundemuseum schicken. Er wollte versuchen, genetisches Material aus dem noch relativ jungen Gewebe zu isolieren. Im November 1984 veröffentlichte Wilson dann im angesehenen Wissenschaftsjournal Nature, wie sein Team erstmalig Erbsubstanz einer ausgestorbenen Art gewonnen und analysiert hatte. Zwar handelte es sich um sogenannte mitochondriale DNA, die außerhalb des Zellkerns liegt und nur gut drei Dutzend Gene umfasst. Dennoch war der knappe Beitrag der erste dokumentierte Beleg, dass DNA in totem Material überdauern kann - in diesem Fall immerhin 140 Jahre lang.
DNA-Spuren stecken überall. Auch in den Knochen eines 700 000 Jahre alten Urpferds
Bis heute feiern Vertreter der Paläogenetik das Datum der Veröffentlichung in Nature als die Geburtsstunde der Paläogenetik. Eine fast gleichzeitig in der DDR veröffentlichte Arbeit über DNA aus Tausende Jahre alten Mumien blieb zunächst unbeachtet. Ein Ägyptologe aus Skandinavien hatte sich das Material besorgt und neben seiner Dissertation an der Universität Uppsala meist nachts und an Wochenenden daran geforscht. Sein Name: Svante Pääbo. Der Schwede, der heute zu den Großmeistern der Paläogenetik zählt, war damals noch jung und unbekannt. Doch als er seine Ergebnisse 1985 erneut publizierte, dieses Mal in Nature, erregte der Wissenschaftler große Aufmerksamkeit und ging zu Wilson nach Berkeley. Weitere Forscher begannen, in verschiedenen alten Geweben und Knochen nach DNA zu suchen. Einige versuchten sogar, seit Jahrmillionen in Bernstein eingeschlossenes Insektenerbgut zu analysieren. Wilsons Quagga und Pääbos Mumien hatten enorme Begehrlichkeiten geweckt, sie lösten einen Hype um alte DNA aus. Nur über die Haltbarkeit des Erbmoleküls wusste man wenig. Erst recht fehlten die nötigen Techniken, um alte DNA wirklich lesbar zu machen.
Männer sind heldenhafte Jäger, Frauen kümmern sich um Heim und Kind - soweit die gängige Vorstellung von der Steinzeit. Es gibt nur ein kleines Problem: Das stimmt nicht.
"Alte DNA bringt eine Reihe von Problemen mit sich, die es in der Analyse von moderner DNA nicht gibt", erklärt Hofreiter, der bei Pääbo studiert hat. Da ist zunächst die Kontamination. Selbst gute Proben bestehen zu einem großen Teil aus bakterieller DNA, von der die gesuchten Erbgutfragmente unterschieden werden müssen. In Proben aus menschlichen Knochen haben sich Verunreinigungen durch die DNA der Experimentatoren als problematisch erwiesen. Werden Forscher in diesem Erbgutsalat dennoch fündig, haben sie es mit Bruchwerk zu tun, das bis 2005 schwer zu analysieren war. Erst das sogenannte Next Generation Sequencing ermöglichte es, auch sehr kurze Stücke DNA auszuwerten.
"Die meisten Fragmente alter DNA sind etwa 30 bis 50 Basenpaare lang ", sagt Hofreiter. Licht, Luft, Wärme, Feuchtigkeit, Bakterien und kosmische Strahlung zerstückeln, verdauen und verändern die DNA ab dem Zeitpunkt des Todes. Wie lange es dauert, bis die DNA völlig verschwunden ist, hängt laut Hofreiter von Umweltfaktoren, aber auch von der Quelle der Proben ab. So steckt selbst in Jahrhunderttausende alten Knochen aus dem Permafrost meist noch brauchbare DNA, während das Erbgut in weichem Gewebe unter tropischen Bedingungen bisweilen nur wenige Jahre überdauert. Die älteste DNA, die bislang geborgen und vollständig sequenziert werden konnte, stammt daher von einem Tier, dessen Knochen im dauerhaft gefrorenen Boden Kanadas entdeckt wurde. Vor fünf Jahren veröffentlichte ein internationales Team um den dänischen Paläogenetiker Eske Willerslev das Erbgut dieses 700 000 Jahre alten Urpferdes. Auf Grundlage seines Genoms konnte das Alter der heutigen Gattung Pferd, zu der auch Zebras und Esel gehören, auf vier Millionen Jahre datiert werden - zwei Millionen Jahre mehr, als man angenommen hatte. Auch Michael Hofreiter war an der Studie beteiligt.
Überhaupt, Pferde. Es gibt abgesehen vom Menschen und seinen Vorfahren kaum Tiere, deren Evolution und Verbreitung inzwischen so intensiv paläogenetisch untersucht worden ist. Das liegt nicht zuletzt an der Möglichkeit, die alte DNA fossiler Pferdeknochen mit den Genomen vieler noch lebender Vertreter der Gattung zu vergleichen. So konnten Michael Hofreiter und ein Team internationaler Kollegen das Rätsel einer legendären Zeichnung in der steinzeitlichen Höhle von Pech-Merle in Frankreich lösen. Die Höhlenporträts aus jener Zeit zeigen nämlich gepunktete Tiere, obwohl es damals mutmaßlich nur braune und schwarze Fellfärbungen gab. Waren die Zeichnungen also ein Werk der Fantasie? Anhand von Pferdeknochen und -zähnen konnten die Genetiker beweisen, dass es sogenannte Tigerschecken in der Steinzeit tatsächlich gegeben hat. Die Steinzeitmalereien waren also keine Träumerei, sondern ein Abbild der Realität.
Wie Wissenschaftler DNA-Proben aufbereiten und aus ihnen Erkenntnisse gewinnen.
Eine andere Analyse, an welcher der Potsdamer Forscher Hofreiter mitwirkte, hat vor zwei Jahren sogar die Verbreitung des Tölt genetisch nachgezeichnet. Nicht alle Pferde beherrschen diese weiche, energiesparende und stabile Gangart. Sie ist vor allem im unwegsamen Gelände von Vorteil, weil meist drei der vier Pferdehufe am Boden sind. Nachdem 2012 das Gen identifiziert worden war, das Pferden das Tölten ermöglicht, fahndeten Hofreiter und Kollegen in 90 bis zu 6000 Jahre alten Pferderelikten aus Europa und Asien nach dieser Erbanlage. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die frühen Wikinger töltende Pferde nach Island brachten und die Eigenschaft dort gezielt züchteten.
Die Szene ist klein: Die Forscher arbeiteten lange unbemerkt von den klassischen Fächern
Die größte mediale Aufmerksamkeit haben in der Vergangenheit allerdings jene Studien auf sich gezogen, die sich mit den ausgestorbenen Vorfahren des Homo sapiens befassen. Und Svante Pääbo, der seit 1999 das Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig leitet, dominiert diesen Zweig der Paläogenetik mehr oder weniger unangefochten. Vor allem das vollständige Genom des Neandertalers und des von Pääbo überhaupt erst entdeckten Denisova-Menschen gelten als bahnbrechende Errungenschaften des Feldes.
Neben Pääbo gibt es weltweit nur eine Handvoll Wissenschaftler, die auf ähnlichem Niveau forschen: Eske Willerslev, der im britischen Cambridge und an der Universität von Kopenhagen arbeitet, hat vor allem die Migration menschlicher Vorfahren untersucht und zahlreiche Studien zur frühen Besiedelung Amerikas und anderer Erdteile vorgelegt. David Reich, der in Harvard lehrt, gilt als Spezialist für die Durchmischung von Menschen, Neandertalern und Denisova-Menschen, er konnte zeigen, wie sich die ausgestorbenen Vorfahren vor 30 000 bis 70 000 Jahren nach Eurasien ausbreiteten. Und dann ist da noch der erst 38-jährige Johannes Krause. Er leitet seit 2014 das neue Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte in Jena.
Wie alle Superstars der Paläogenetik entstammt auch Krause dem erstaunlich homogenen akademischen Stammbaum, der letztlich auf den 1991 gestorbenen Allan C. Wilson zurückgeht. Krause selbst schätzte einmal in einem Interview, dass "95 Prozent der Leute im Arbeitsfeld" mehr oder weniger direkt zur Wilson-Familie gehören. Auch Michael Hofreiter, Mark Stoneking vom MPI in Leipzig, die heute in Manoa, Hawaii lehrende Rebecca Cann und andere zählen dazu. Die meisten Mitglieder dieses Forscherclans sind untereinander gut vernetzt. Das mag allerdings auch dazu beigetragen haben, dass die Paläogenetik lange Zeit fast isoliert und teils sogar unbemerkt von den klassischen Fächern der Archäologie und Anthropologie geblieben ist.
Die Wissenschaftshistorikerin Elsbeth Bösl hat diesen Effekt sehr eindrücklich in ihrem Buch "Doing Ancient DNA" (Transcript-Verlag, 2017) beschrieben. Demnach sorgte noch die Gründung des MPI in Jena vor vier Jahren für erhebliche Irritationen in der Archäologenszene. Viele Experten aus der kulturell geprägten Disziplin sahen - und sehen - mit der sich nun rasant entwickelnden Disziplin der Paläogenetik Probleme heraufziehen. Was können genetische Daten, gewonnen aus alten Knochen, tatsächlich über die meist komplexen Migrationsbewegungen und den nicht minder vielschichtigen kulturellen Austausch des Menschen erzählen? Lässt der Fokus auf alte DNA noch Raum für den kulturwissenschaftlichen Kontext? Und zeitigt die Suche in alter DNA nicht allzu voreilige Schlüsse über Ethnien und ihre Herkunft?
Das Wissenschaftsjournal Nature ist erst im vergangenen März mit einem Leitartikel auf diesen Clash der Kulturen eingegangen. Anlass war eine Studie, die als "Bell Beaker Bombshell", als Glockenbecherbombe, für Aufsehen sorgte und kurz zuvor in der Zeitschrift erschienen war. In der Studie von David Reich ging es unter anderem um eine Kultur, die glockenförmige Tonwaren herstellte. In Großbritannien waren solche Gefäße nördlich von Stonehenge in der Steinzeit an einem nicht mehr genutzten Grabhügel abgelegt worden, obwohl die Ursprünge der Glockenbecherkultur auf dem europäischen Kontinent lagen.
Viele Archäologen und Anthropologen deuteten die Funde als kulturelle Übergänge innerhalb einer sich stetig weiter entwickelnden, stabilen Bevölkerung Großbritanniens zwischen 3600 und 2000 vor Christi Geburt. Doch die paläogenetischen Daten von insgesamt 400 Europäern jener Zeit zeichneten ein völlig anderes Bild. Demnach waren die jungsteinzeitlichen Inselbewohner, die ihre Toten an dem Grabhügel beerdigt hatten, bis 2000 vor Christus längst vollständig verschwunden. Fast die gesamte damalige Bevölkerung der Insel wurde demnach durch Einwanderer vom europäischen Kontinent ersetzt, die ihre Glockenbecherkultur mitbrachten - und die Vorfahren der heutigen Briten wurden.
Es gibt noch immer Archäologen, die dieser Interpretation nicht folgen wollen, für sie passen die genetischen Resultate schlicht nicht zu den archäologischen Funden. Und nicht zuletzt fürchten nicht wenige Forscher, darunter auch Paläogenetiker, völkische Interpretationen, wie es sie schon in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gegeben hat - und das nicht nur, aber vor allem im nationalsozialistischen Deutschland. Auch das Editorial in Nature wirbt deshalb für Verständigung zwischen den Disziplinen und eine überlegte Kommunikation möglicher Schlussfolgerungen, insbesondere was Migration und Ethnizität betrifft. Bis die Paläogenetik sich in die Vergangenheitsforschung des Menschen vollständig eingefügt hat, wird es aber noch einige Zeit dauern.
In Südafrika hat man Quaggas zurückgezüchtet. Aber sind es genau dieselben Tiere?
Für die Tiere, deren alte DNA längst erhellende Einblicke in die Evolution erlaubt, gilt das natürlich nicht. Und so hat Wilsons Quaggastudie bereits 1984 etwas offengelegt, das ohne den Blick ins Erbgut des Tieres nie und nimmer erkannt worden wäre. Der Vergleich mit modernen Vertretern der Gattung Pferd zeigte nämlich, dass das Quagga sehr wahrscheinlich keine eigene Art, sondern lediglich eine Subspezies des heutigen Steppenzebras war, die sich durch räumliche Isolation gebildet hatte. Schon 1987 gründete der deutsche Forscher Reinhold Rau in Südafrika das Quaggaprojekt. Das einst so verbreitete Tier sollte durch Rückzüchtung moderner Zebras wieder zum Leben erweckt werden.
Das erste Fohlen kam 1988 zur Welt, mittlerweile gibt es unter 116 Tieren sechs, die dem ausgestorbenen Quagga tatsächlich zum Verwechseln ähnlich sehen mit ihrem braunen Fell und den auf die vordere Körperhälfte beschränkten Streifen. Ob diese Tiere auch genetisch der ursprünglichen Unterart gleichen, wird man aber wohl nicht mehr feststellen können. Trotz der relativ jungen Skelette aus dem 19. Jahrhundert gelang es nicht, nach der mitochondrialen alten DNA auch altes Erbgut aus dem Zellkern der ausgestorbenen Zebras zu gewinnen. Vielleicht sollte man allerdings besser sagen: noch nicht.
