Rolf W. Meyer

Spurensuche zur
Entwicklungsgeschichte
des Menschen

oder

Der lange Weg zur Menschwerdung

Impressum

Rolf W. Meyer

Spurensuche zur Entwicklungsgeschichte des Menschen

Copyright: © 2018 Rolf W. Meyer

Konvertierung: sabine abels | e-book-erstellung.de

Umschlagfotos:

- Höhlengrabung (Bildquelle: Neanderthal Museum, Mettmann)

- Fährtenleser aus Namibia vor den eiszeitlichen Fußabdrücken in der Höhle Tuc d’Audoubert in der Ariège, Frankreich (Bildquelle: Tracking in Caves 2013)

- Untersuchung alter DNA (Bildquelle: J. Burger, Institut für Anthropologie, Johannes Gutenberg-Universität, Mainz)

published by: epubli GmbH, Berlin
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»Knochen, Werkzeuge und Gen-Analysen verraten viel – der Rest ist Spekulation.«

Gerd-Christian Weniger, Archäologe

Vorwort

Seit Mitte des 19. Jahrhunderts haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine bedeutende Anzahl fossiler Funde von Homininen (Vormenschen- und Menschenformen) entdecken können. Derartige fossile Funde, auf die man durch aufwendige Grabungen auf allen Kontinenten der Erde aber oft auch zufällig stößt, erregen seit der Entdeckung des Neanderthaler-Skeletts im Jahre 1856 immer wieder Aufsehen. Ständig entwickelt man aufgrund neuer Erkenntnisse und mit Hilfe erweiterten Fachwissens neue Theorien. Bestehende Theorien werden korrigiert, ergänzt oder verworfen, neue Überlegungen kritisch hinterfragt. Schon lange beschränken sich Paläoanthropologen nicht mehr nur darauf, fossile Funde zu datieren, zu vermessen und in Stammbäume (phylogenetische Bäume; alternativ verwendet man in der biologischen Systematik die Bezeichnung „Stammbusch“) einzuordnen. Vielmehr setzt man Arbeits- und Untersuchungsmethoden aus verschiedenen Fachbereichen ein und bemüht sich um eine möglichst umfassende Rekonstruktion des Erscheinungsbildes und der Lebensweise der menschlichen Vorfahren. Dabei untersucht man Zusammenhänge zwischen ökologischen Bedingungen, Sozialsystemen sowie anatomischen und physiologischen Merkmalen mit Blick auf die Eignung bzw. dem Fortpflanzungserfolg (Fitness) der Individuen. Manche Faktoren der Hominisation („Menschwerdung“), wie z.B. Körpergröße, Geschlechtsdimorphismus, Gehirnvolumen, Gebiss, Werkzeugherstellung, können aus fossilen Funden und Artefakten direkt erschlossen werden. Andere Faktoren, wie etwa Lebensgeschichte und Kommunikation, lassen sich oft nur indirekt erschließen. Da die Hominisation nach wissenschaftlichen Erkenntnissen den Prinzipien der Selektion unterlag, sind die Entwicklungen der Homininen im Laufe der Evolution als stammesgeschichtlich erworbene, genetisch verankerte adaptive Veränderungen zu verstehen.

Mit den Fragen „Woher kommen wir?“, „Wer sind wir?“, „Wohin gehen wir?“ haben sich Menschen schon immer auseinandergesetzt. Neue fossile Funde und deren Auswertung auf der Grundlage von fächerübergreifender und interdisziplinärer Zusammenarbeit tragen immer wieder mit dazu bei, konkretere Antworten auf die Frage „Woher kommen wir?“ geben zu können. Sie führen aber auch zwangsläufig zu Paradigmenwechsel. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind sich weitgehend darüber einig, dass Afrika die Wiege der Menschheit ist („Wir sind vom genetischen Ursprung her alle Afrikaner.“). Hier spielten sich die vier entscheidenden Phasen der Evolution der Homininen ab: die Enstehung der Vormenschen (zu denen beispielsweise die Australopithecinen zählen), der Urmenschen (Homo rudolfensis, Homo habilis), der Frühzeitmenschen (Homo ergaster, Homo erectus) und der anatomisch modernen Menschen (Homo sapiens sapiens). In den tropischen Regenwäldern, die noch vor 20 Millionen Jahren den afrikanischen Kontinent weiträumig bedeckten, lebten die ursprünglichen Populationen der afrikanischen Menschenaffen und später die ersten Homininen.

Nicht nur Anthropologen bemühen sich, auf die Frage „Wer sind wir?“ Antworten zu geben. Auch in anderen Wissenschaftsbereichen, wie z.B. Ethnologie (Völkerkunde), Ethologie (Verhaltensforschung), Philosophie, Religionswissenschaft, Sozialwissenschaften versucht man im Hinblick auf diese Fragestellung Erkenntnisse zu gewinnen. Auch die moderne Primatenforschung liefert uns wertvolle Erkenntnisse, die mit dazu beitragen, das Wesen des Menschen zu charakterisieren: Es ist die „Affennatur“, die eine der Besonderheiten des Menschen ausmacht. Paläogenetisch lässt sich durch die Analyse alter DNA („ancient DNA“) aus gut erhaltenen Homininen-Fossilien und aus dem Vergleich mit der DNA heutiger Menschen belegen, dass der anatomisch moderne Mensch von seiner Entwicklungsgeschichte her ein genetisches und anatomisches Mosaik aufweist. Unsere „moderne Identität“ spiegelt das Ergebnis von zwei Millionen Jahren Migration wider.

Hervorzuheben ist, dass der Mensch sowohl Natur- als auch Kulturwesen ist. Die Evolution des Kulturwesens Mensch ist nicht zuletzt eine Geschichte der technischen Innovationen. Für den heutigen Menschen, der von seiner Entwicklungsgeschichte her Jäger und Sammler ist, ergeben sich in den modernen Gesellschaftsformen immer mehr Probleme. Daher ist die Frage „Wohin gehen wir?“ von besonderer Aktualität.

1. Die Meinungen der Gelehrten gehen auseinander

Als im Jahre 1856 bei Steinbrucharbeiten im Neanderthal bei Düsseldorf 16 Knochen in der Feldhofer Grotte entdeckt wurden, hielt man sie zunächst für die Knochen eines Höhlenbären. Der Elberfelder Lehrer Johann Carl Fuhlrott (1803–1877) jedoch erkannte, dass es sich um Überreste eines eiszeitlichen Menschen handelte. In Anlehnung an den Fundort wurde der Name Neanderthaler gewählt. [1] Der Anatom und Prähistoriker Rudolf Virchow (1821–1902), der die Zellularpathologie begründet hatte, hielt hingegen die Funde für Reste eines anatomisch modernen Menschen, dessen Knochen krankhaft verändert waren. Durch seine Autorität verhinderte Virchow über Jahrzehnte eine allgemeine Akzeptanz des Fundes in Deutschland. Fuhlrott starb 1877 verbittert und ohne Anerkennung gefunden zu haben. Virchow beharrte auf seiner Meinung und starb 1902 ohne von der Existenz des Neanderthalers überzeugt zu sein. Neben wissenschaftlichen waren auch politische Gründe für die Missdeutung der Fossilien aus dem Neandertal verantwortlich. Dieser Knochenfund war der Auslöser für international gegensätzlich geführte Diskussionen und zugleich der Beginn der Erforschung der Menschwerdung. Der Fund aus dem Neanderthal, der ein zentrales Beweisstück für die Abstammung des Menschen darstellt, brachte im 19. Jahrhundert ein jahrtausendealtes kirchliches Weltbild ins Wanken und schließlich zum Einsturz. Seine Berühmtheit verdankte der Knochenfund dem zeitlichen Zusammentreffen mit der Veröffentlichung von Charles Darwins Hauptwerk „Die Entstehung der Arten durch natürliche Zuchtwahl“, das im Jahre 1859 erschien. Erst 1871 veröffentlichte Darwin sein Werk über die Abstammung des Menschen. [2]

Im Jahre 1908 wurde in einer kleinen Höhle bei La Chapelle-aux-Saints in Mittelfrankreich ein Neanderthaler-Skelett gefunden, von dem mehr erhalten war als von jedem anderen bis zu diesem Zeitpunkt. Die von dem französischen Anthropologen Marcellin Boule (1861–1942) ausgearbeitete Studie über diesen Fund („Der Alte von La Chapelle-aux-Saints“) sollte das Bild des Neanderthalers nachhaltiger beeinflussen als alle bisherigen Veröffentlichungen. Dieses Bild wies die Neanderthaler als äußerst primitive und „äffische“ Wesen aus. Moderne Untersuchungsmethoden und in Verbindung damit neue wissenschaftliche Erkenntnisse belegen jedoch, dass der Neanderthaler ein intelligenter Mensch auf einer relativ hohen Kulturstufe gewesen war.

Die Aussage der Evolutionslehre von Charles Darwin (1809–1882), dass der Mensch sich aus tierlichen Vorfahren nach allgemeinen Regeln der Evolution entwickelt hat, schockierte viele religiöse Menschen, da für sie die Aussagen der biblischen Schöpfungsgeschichte ausschlaggebend waren. [3] Im Jahr 1925 fand ein Prozess vor einem Gericht in Dayton, Tennessee statt, bei dem es um ein im selben Jahr verabschiedetes Gesetz ging, welches untersagte, „Theorien zu lehren, die der Bibel in Bezug auf die Entstehungsgeschichte der Menschheit widersprechen.“ [4] Da der Lehrer John Thomas Scopes die Evolutionstheorie von Charles Darwin an öffentlichen Schulen gelehrt hatte, wurde er in diesem Prozess zu 100 Dollar Bußgeld verurteilt. Der Scopes-Prozess ging unter dem Namen „Scopes Monkey Trial“ („Scopes Affenprozess“) in die Geschichte ein. [5] Auch heute noch beziehen sich viele Menschen als Anhänger des Kreationismus ausschließlich auf die biblische Schöpfungsgeschichte. Die Anhänger der Theorie des Intelligent Design berufen sich auf einen „intelligenten Schöpfer“, der ihrer Meinung nach das Wunder der Schöpfung steuerte.  [6]

Im Dezember 1912 wurde während eines Treffens der Geologischen Gesellschaft in London den Wissenschaftlern ein außergewöhnlicher „fossiler“ Schädel vorgestellt. Er ähnelte im Wesentlichen demjenigen eines modernen Menschen, jedoch hatte er einen Unterkiefer, der äffische Merkmale aufwies. Gefunden hatte ihn der Amateur-Archäologe Charles Dawson (1864–1916) in einer Kiesgrube bei dem Dorf Piltdown in der englischen Grafschaft Sussex. Die damaligen britischen Gelehrten waren davon überzeugt, dass es sich bei diesen Fragmenten um die Überreste einer bisher unbekannten Form der Vorfahren des Menschen handelte. Sie gaben dem Fund zu Ehren seines Entdeckers Charles Dawson den wissenschaftlichen Namen „Eoanthropus dawsoni“ („Dawsons Mensch der Morgenröte“). Erst 1953 entlarvten drei Wissenschaftler der Universität Oxford den „Piltdown-Menschen“ als Fälschung. Sie konnten nachweisen, dass das „Fossil“ aus einem künstlich gealterten modernen Menschenschädel und einem neuzeitlichen Orang-Utan-Unterkiefer bestand. Aus dem Fall „Piltdown-Mensch“ haben die Anthropologen gelernt, dass zu hoch gesteckte Erwartungen in die Irre führen können. [7]

1917 prägte der Nervenarzt Sigmund Freud (1856–1939) den Begriff „Kränkungen der Menschheit“ für „umstürzende wissenschaftliche Entdeckungen, die, so Freuds These, das Selbstverständnis der Menschen in Form einer narzisstischen Kränkung in Frage gestellt haben“. [8] Freud nennt dazu drei große Einschnitte, „die der naive Narzissmus des menschlichen Bewusstseins durch den historischen Fortschritt wissenschaftlicher Erkenntnis erlitten habe.“ [9] Es handelt sich dabei um:

Die kosmologische Kränkung: Die Aussage des Astronomen Nikolaus Kopernikus (1473–1543), dass die Erde nicht der Mittelpunkt des Weltalls ist (Kopernikanische Wende). [10]

Die biologische Kränkung: Die Erkenntnis von Charles Darwin, dass der Mensch aus der Tierreihe hervorgegangen ist und damit ein Produkt der Primatenevolution ist. [11]

Die psychologische Kränkung: Die von Sigmund Freud entwickelte „Libidotheorie des Unbewussten“, die besagt, dass sich ein beträchtlicher Teil des Seelenlebens der Kenntnis und der Herrschaft des bewussten Willens entzieht. [12]

An ausgewählten Beispielen aus der Homininenforschung soll aufgezeigt werden, wie Lehrmeinungen von Wissenschaftlern [13] widerlegt wurden:

In der Shanidar-Höhle, die sich im Norden des Iraks in der Provinz Arbil befindet, wurden in der Zeit von 1953 bis 1960 die Skelettreste von sieben Neanderthalern geborgen. Die Ausgrabungen leitete der amerikanische Anthropologe Ralph S. Solecki. Eines der 1960 freigelegten Skelette (Shanidar IV) erregte besondere Aufmerksamkeit. [14] Die Mitglieder des Sozialverbandes des erwachsenen Neanderthalers hatten den Toten vor etwa 60.000 Jahren bestattet und, darauf deuteten Pflanzenreste hin, auch Blumen in das Grab gelegt (Ralph S. Solecki: „Shanidar. Die ersten Blumenmenschen“). Später schrieb Solecki: „Dieser Mann starb vor ungefähr 60.000 Jahren […] und doch bringt uns die Entdeckung, daß er mit Blumen bestattet wurde, die Neandertaler geistig näher, als wir je gedacht hätten. […] Daß die Neandertaler mit Blumen in Verbindung gebracht werden, fügt unserem Wissen um ihre Menschlichkeit eine neue Dimension hinzu. Es deutet darauf hin, daß sie eine >Seele< hatten.“ [15] In seiner Veröffentlichung von 1999 wies der amerikanische Zoologe Jeffrey D. Sommer jedoch nach, dass das Pflanzenmaterial nicht durch Menschenhand in das Grab gelangt war sondern durch persische Wüstenmäuse (Meriones persicus).  [16] Diese Nagetiere verwenden Blüten, um damit ihre Erdhöhlen auszupolstern. Somit sind wahrscheinlich diese Nager für die große Zahl von Blütenpollen in dem Neanderthaler-Grab Shanidar IV verantwortlich.

Bislang galt Australopithecus („Südaffe“) als älteste, gut erforschte Vormenschenform. Ihr berühmtester Vertreter war Australopithecus afarensis („Südaffe aus Afar“, auch „Lucy“ genannt). Das zeitliche Vorkommen der Australopithecinen war vor 4 bis 1 Millionen Jahren in Afrika. In Verbindung damit wurde Jahrzehntelang die Savannentheorie vertreten, der zufolge spätestens bei Australopithecus „das Herabsteigen von den Bäumen bzw. das Verlassen des Waldes zum aufrechten Gang geführt haben soll. In der offenen Fläche [der Savanne] soll der Gang auf zwei Beinen gemäß der Darwinschen Evolutionstheorie zu Vorteilen geführt haben, da [z.B.] der aufrechte Gang einen besseren Überblick über den hohen Bewuchs der Savannenlandschaft geführt haben soll.“ [17] Eine neue Vormenschenform, von der man im Zeitraum von 1992 bis 2008 Skelettreste und Zähne von insgesamt 35 Individuen mit einem archäologischen Alter von 4,4 Millionen Jahre in Äthiopien gefunden hatte, widerlegt nun die Savannentheorie. Bei dieser Vormenschenform handelt es sich um Ardipithecus ramidus („Wurzel der Bodenaffen“), der eine Mischung aus Homininen- und menschenaffenähnlichen Merkmalen zeigt. Rekonstruktionen haben ergeben, dass sein Körperbau deutlich an den aufrechten Gang angepasst war. Das bedeutet: Die Entwicklungstendenz zum aufrechten Gang erfolgte bereits in den ostafrikanischen Waldbereichen und nicht erst in der Savanne.  [18]

Seit 1991 hatte man unter der Leitung des Paläoanthropologen David Lordkipanidze bei Dmanisi in Georgien hominine Fossilien ausgegraben, die auf 1,75 bis 1,8 Millionen Jahre datiert wurden. Man deutete sie als Angehörige der Gattung Homo. Sie gelten als mögliches Bindeglied zwischen den frühesten Vertretern der Gattung Homo aus Afrika und den späteren, aus Afrika bekannten Fossilien des Homo erectus. Bisher vertrat man in der Paläoanthropologie folgende, aus afrikanischen Vormenschen-Funden abgeleitete Ansicht: Die ersten aus Afrika ausgewanderten Menschen besaßen ein Hirnvolumen von mindestens 1000 ccm, sie waren etwa 170 cm groß und verfügten über fortgeschrittene kulturelle Techniken. Die homininen Fossilien von Dmanisi widerlegen nun diese Aussage. Da bei den Grabungen auf einer Fläche von knapp 20 x 20 Metern etwa sieben Individuen unterschiedlichen Alters aus der gleichen Zeitepoche (1,8 Millionen Jahre) gefunden wurden, ergibt sich nun für die Wissenschaftler die Möglichkeit, Aussagen über die Variationsbreite der anatomischen Merkmale in dieser Homo-Population zu treffen. Dies könnte zu einer Neubewertung der Abgrenzung von Arten führen.

Nach Winfried Henke et al. ist „die Rekonstruktion von Stammbäumen gleichsam phylogenetische [stammesgeschichtliche] Geschichtsschreibung. Das Kriterium Verwandtschaft ist das natürliche biologische Ordnungssystem eines Stammbaumes“. [19] Die Grundidee des Stammbaumes ist eine Zuordnung nach dem Ähnlichkeitsprinzip: Organismen, die gleiche Merkmale aufweisen, müssen auch nahe verwandt sein und in einem Stammbaum benachbart eingeordnet werden, da sie die Merkmale von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt haben. Die Zuordnung nach dem Ähnlichkeitsprinzip wird aber dadurch erschwert, dass gleiche Merkmale nicht in jedem Fall homolog sind, sondern auch konvergent durch Anpassung an vergleichbar ähnliche Lebensbedingungen entstanden sein könnten. [20] Für eine Interpretation von verwandtschaftlichen Verhältnissen sind aber nur die homologen Merkmale hilfreich. Eine große Bedeutung zur Klärung verwandtschaftlicher Beziehungen im Hinblick auf die Homininen-Forschung kommt der Genetik zu. So lässt sich molekulargenetisch nachweisen, dass die Abspaltung der Entwicklungslinie von Schimpanse und Bonobo von der Entwicklungslinie der Homininen vor etwa 7 Millionen Jahren erfolgte. Die bisherigen Forschungsergebnisse der Paläogenetik, deren Begründer der schwedische Mediziner und Biologe Svante Pääbo ist, und die zahlreichen afrikanischen Neufunde aus den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts und zu Beginn des 21. Jahrhunderts zwingen die Wissenschaftler das Konzept der Homininenevolution neu zu überdenken. [21] Daher ist es angebracht den Begriff „Stammbaum“ durch den Begriff „Stammbusch“ zu ersetzen, da sich eine lineare Höherentwicklung zum anatomisch modernen Menschen nicht mehr überzeugend begründen lässt.

2008 veröffentlichte der Molekular- und Neurobiologe Joachim Bauer sein Buch „Das kooperative Gen – Abschied vom Darwinismus“. Darin stellt er die jüngeren Ergebnisse der Genforschung dar und erläutert eine neue Sichtweise im Hinblick auf die Wechselwirkung zwischen den Genen eines Genoms  [22] und deren Bedeutung für die Evolution von Organismen. Im Gegensatz zu Charles Darwin und Vertretern der Synthetischen Evolutionstheorie [23] sind für Bauer genetische Mutationen keine zufälligen Veränderungen. Seiner Ansicht nach „steuerten die Gene selbst als kreative Akteure die Evolution eines Organismus mit, indem sie sich entsprechender molekularer Werkzeuge (sog. Transposable Elemente  [24]) bedienten, die […] normalerweise unter strikter Kontrolle gehalten werden“. [25] Im Gegensatz zu der von Richard Dawkins vertretenen These vom „egoistischen Gen“ postuliert Joachim Bauer im Hinblick auf die Funktionsweise der Gene ein Prinzip der molekularen Kooperation und Kommunikation. [26] Für ihn sind demnach Gene kommunikative Moleküle und das Genom ist für ihn ein System, das zur Wahrnehmung von äußeren Signalen befähigt ist. Umweltfaktoren können also über sog. epigenetische Mechanismen die Ablesbarkeit von Genen langfristig beeinflussen. [27]

Nachgefragt

1. Welche grundlegenden Aussagen gibt die Evolutionstheorie („Selektionstheorie“) von Charles Darwin wieder?

Jeder Organismus produziert weit mehr Nachkommen, als für die Erhaltung der Art erforderlich ist (Überproduktion) und aufgrund des Nahrungsangebotes schließlich auch überleben.

Die Angehörigen einer Art sind niemals völlig gleich, sondern sie unterscheiden sich voneinander in zahlreichen Merkmalen (Variabilität).

Die variierenden Merkmale sind erblich und treten auch bei den Nachkommen auf (Vererbung).

Innerhalb einer Population kommt es zwischen den verschiedenen Individuen zum Kampf ums Dasein („struggle for life“). Träger vorteilhafter Merkmale überleben mit höherer Wahrscheinlichkeit („survival of the fittest“) und können damit ihre Anlagen an die nächste Generation weitergeben (natürliche Auslese oder Selektion).

2. Was ist Evolution?

Als Evolution bezeichnet man die Entstehung und Veränderung der vielfältigen Organismen auf unserer Erde. Sie ist eine stammesgeschichtliche (phylogenetische) Entwicklung, die Lebewesen fortwährend verändert hat und auch zukünftig verändern wird.

3. Was versteht man unter Fitness?

Die Fitness ist das Maß der Fortpflanzungs-Konkurrenz und in Verbindung damit der Durchsetzungsfähigkeit der Individuen in der Population der Artgenossen. Fitness ist somit ein Maß für die selektive Eignung eines Individuums und damit letztendlich ein Maß der relativen Häufigkeit der identischen Gene in der nächsten Generation.

4. Was spricht für eine Abstammung des Menschen von affenähnlichen Vorfahren?

Zunehmende Affenähnlichkeit der fossilen Funde mit ansteigendem zeitlichen Abstand von uns im Hinblick auf Körpergröße, Gehirnvolumen, Schädelformen, Körperhaltung und Verbreitung in warmen Klimazonen.

5. Was spricht dafür, den Schimpansen zu den menschenartigen Lebewesen zu stellen? Was spricht dagegen?

Pro: Übereinstimmung im Körperbau, große Zahl gemeinsamer Verhaltensweisen, Ansätze von Werkzeuggebrauch und Mitteilungsvermögen, verhältnismäßig großes Gehirnvolumen.

Contra: Seit Jahrmillionen getrennte Entwicklung, die zur Anpassung in Körperbau und Verhaltensweisen an seinen heutigen Lebensraum führte.

6. Worin besteht die besondere Bedeutung der nichtmenschlichen Primaten für die Anthropologie?

Primaten liefern Modelle für die Rekonstruktion vormenschlicher Evolutionsphasen. Durch den Vergleich mit nichtmenschlichen Primaten als unabhängiges Bezugssystem lässt sich das spezifisch Menschliche bestimmen.

7. Wie lässt sich der Begriff Fossil definieren?

Fossilien (fodere, lat.: ausgraben) stellen überlieferte Reste und Spuren vorzeitlicher Lebewesen der Tier- und Pflanzenwelt dar. Durch Fossilien kann die Entwicklung des Lebens auf der Erde belegt werden.

8. Wie bilden sich Fossilien in der Natur?

Am Beispiel eines Homininen-Fossils soll dieser Prozess verdeutlicht werden: Nach dem Tod des Frühmenschen fällt sein Leichnam entweder Aasfressern zum Opfer, so dass nur noch das Skelett oder Teile davon zurückbleiben, oder der gesamte Leichnam wird der Verwesung preisgegeben. Fällt der Leichnam in einen See, werden die Knochen von Schlick oder Sand bedeckt und so vor dem Zerfall geschützt. Am Rande eines Sees wird das Skelett ebenfalls von Schlamm und Schwemmgut im Laufe der Zeit tief unter die Erdoberfläche vergraben. Durch die Sedimentschichten, die das Skelett bedecken, gelangen Mineralien in die Knochen und festigen diese. Durch natürliche Erdkräfte können sie zwar zerbrochen werden, bleiben aber – durch die umliegenden Ablagerungsschichten zusammengehalten – beisammen. Durch Erosionsereignisse, die quer zur Lage der angehäuften Ablagerungsschichten verlaufen, kann eine Schlucht entstehen, die im Laufe der Zeit tiefer wird, so dass schließlich ganze Erdstücke abbrechen. Unterstützt durch Wind und Regen wird das Erdreich weiter abgetragen, bis schließlich die Fossilien wieder an die Oberfläche gelangen.

9. Wie erfolgt die Umsetzung der genetischen Information in Eiweißmoleküle?

Unter Vererbung versteht man die Weitergabe der genetischen Information. Als Träger dieser Information identifizierte man die DNA (Desoxyribonucleic acid). In seiner chemischen Struktur setzt sich dieses lineare und kettenförmige Molekül aus 4 Grundbausteinen zusammen: Jeder dieser Bausteine (Nukleotid) besteht aus einem Phosphorsäure- und einem Zuckermolekül (Desoxyribose), das mit je einer charakteristischen organischen Base (Cytosin, Thymin, Adenin, Guanin) verbunden ist. Nach einem von den beiden Biochemikern James D. Watson und Francis H. C. Crick entwickelten Modell stellt die DNA in ihrer räumlichen Struktur ein mit einer Wendeltreppe vergleichbares Molekül dar. Die zwei stets rechts gewundenen Holme bestehen aus den Phosphorsäure- und Zuckermolekülen. Die Stufen werden von den organischen Basen gebildet, die sich zu bestimmten Basenpaaren finden. Durch die Reihenfolge dieser Basen (Basensequenz) ist die Erbinformation als genetischer Code verschlüsselt: Drei Basen (Basentriplett) codieren jeweils eine Aminosäure.

Chemische Untersuchungen von Ribosomen (diese sind Bildungsstätten von Eiweiß) ergaben, dass sie etwa zu 65% aus Ribonukleinsäuren (RNA = Ribonucleic acid) bestehen. Anstelle der Desoxyribose besitzt die RNA die Ribose als Zucker und die Base Thymin ist durch die Base Uracil ersetzt. Im Gegensatz zur Doppelhelix der DNA tritt die RNA nur als Einzelstrang auf. Weitere RNA-Typen sind die transfer-RNA (Übertragungs-RNA, tRNA) und die messenger-RNA (Boten-RNA, mRNA). Alle drei RNA-Moleküle spielen bei der Bildung der Proteine (Proteinbiosynthese) in allen Lebewesen eine entscheidende Rolle.

Im ersten Schritt erfolgt nach dem Prinzip der Basenpaarung im Zellkern durch Bildung der mRNA die Übertragung der genetischen Information (Transkription). In einem zweiten Schritt wird am Ribosom die Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz umgesetzt (Translation). Dazu bringt die tRNA aus dem Cytoplasma die für den Proteinaufbau notwendigen Aminosäuren an das Ribosom. Für jede Aminosäure gibt es spezielle tRNA-Moleküle, die sich durch das Anticodon unterscheiden. Das Anticodon wird aus drei Basen gebildet. Sie sind dem Codon der mRNA komplementär.

10. Wissenswert

Hominoidea (Die Zugehörigkeit bezeichnet man als hominoid.)

Die Menschenartigen oder Menschenaffen im weiteren Sinn sind eine Überfamilie innerhalb der Primaten. Sie umfasst die Gibbons (die Kleinen Menschenaffen = Hylobatidae), die Großen Menschenaffen (Hominidae) und den Menschen einschließlich aller ausgestorbener Vorfahren.

Hominidae (Die Zugehörigkeit bezeichnet man als hominid.)

Dazu zählen die Großen Menschenaffen (Orang-Utan, Gorilla, Schimpanse, Bonobo) und Mensch einschließlich aller ausgestorbener Vorfahren.

Hominini (Die Zugehörigkeit bezeichnet man als hominin.)

Gegenwärtig zählt man dazu neben den Arten der Gattung Homo die folgenden Gattungen: Sahelanthropus, Orrorin, Ardipithecus, Australopithecus/Kenyanthropus, Paranthropus.

Aufgrund molekulargenetischer Vergleiche innerhalb der Primaten wurde, entgegen der Taxonomie von Carl von Linné (1707–1778), nachgewiesen, dass Schimpansen (der Gemeine Schimpanse und der Bonobo) und Gorillas näher mit dem Menschen verwandt sind als mit den Orang-Utans. Daher fasste man Menschen, Schimpansen und Gorillas einschließlich ihrer fossilen Vorfahren zu einem gemeinsamen Taxon zusammen (Homininae) und stellte dies neben das Taxon der Orang-Utans (Ponginae).

2. Arbeitsmethoden in der Paläoanthropologie sind Hilfsmittel zur Erkenntnisgewinnung

Die Paläoanthropologie ist eine multidisziplinäre Wissenschaft von der Evolution des Menschen (Hominisation). Sie stützt sich unter anderem auf die fossilen Überreste der Homininen. [28] Diese werden im Zusammenhang mit Untersuchungsergebnissen aus verschiedenen benachbarten Forschungsdisziplinen auf der Grundlage der Theorie der biologischen Evolution interpretiert. Beispiele von benachbarten Forschungsgebieten sind: Paläoökologie, Paläogenetik, Paläogeographie und Paläoklimatologie. Welche Arbeitsmethoden stehen den Wissenschaftlern zur Verfügung?  [29]

Höhlen, die eine natürliche Sedimentfalle darstellen, gehören zu den bevorzugten Ausgrabungsstätten, da man sie leicht findet und Funde sich im kalkhaltigen Höhlenlehm (basisches Milieu!) gut erhalten. In einem Sediment können mehrere Fundschichten in Form unregelmäßig horizontal verlaufender Besiedlungsschichten vorkommen. Es gibt aber auch Fälle, bei denen sich eine Fundschicht auf mehrere Sedimente verteilt.

Die Höhlengrabung: Nach der Installation eines Quadratmeterrasters an den Höhlenwänden beginnt man mit der Einmessung der Funde. Die innerhalb eines Quadratmeters freigelegten Werkzeuge und Knochen werden gezeichnet oder elektronisch eingemessen. Aus den Daten lässt sich direkt ein 3D-Modell der Fundverteilung erstellen. Die Funde werden fortlaufend nummeriert und einzeln verpackt, um sie im Labor weiter untersuchen zu können. Viertelquadratweise wird das abgetragene Sediment über einem Sieb ausgewaschen (Schlämmverfahren) und auf weitere Funde untersucht.

Bei Geländearbeiten untersuchen Sedimentologen Beschaffenheit und Bildung von fossilführenden Schichtlagen. Tektoniker untersuchen die großräumige strukturelle Geologie eines Gebietes. Paläontologen führen Grabungen durch, wenn die oberflächliche Funddichte sehr hoch ist oder wenn weitere Teile eines Fossils zu erwarten sind. Von der Fossilienfundstelle wird eine Dokumentation unter geographischen, zeitlichen und geologischen Aspekten angefertigt. Wenn Artefakten gefunden werden, führt man archäologische Grabungen durch. Für das Schlämmverfahren benutzt man mehrere Siebgrößen. Vorläufige Konservierungen eines Fossils erfolgen mit Hilfe einer Gipsmanschette. Alle geborgenen fossilen Fundstücke werden mit Fundnummern versehen. Die Katalogbezeichnungen geben in der Regel die sammlungsverwaltende Institution und die Fundregion wieder.

Im Labor werden die Fossilienfunde präpariert und davon Abgüsse hergestellt. Die Computertomographie ermöglicht die Darstellung von Strukturen, die im Knochen liegen. Bei der Untersuchung der Mikroanatomie des Zahnschmelzes und anderer Objekte arbeitet man mit einem Rasterelektronenmikroskop.

Dokumentation der Funde im 3D-Labor: Mithilfe eines Oberflächenscanners oder mithilfe von Photographien wird ein Fundobjekt erfasst und anschließend das 3D-Modell errechnet. Am 3D-Modell lassen sich beispielsweise Löcher im Objekt ergänzen oder Verzerrungen des Fossils, die z.B. durch lange Lagerung im Boden entstanden sind, ausgleichen. Computertomographie-Scanner ermöglichen Innenstrukturen sichtbar zu machen. Die Daten und das Modell können in Internet-Datenbanken weltweit zugänglich gemacht werden. Aus den 3D-Modellen lassen sich im 3D-Drucker genaue Kopien des Originals anfertigen.

Aus den Resten menschlicher Skelette können Anthropologen das Sterbealter, das Geschlecht oder die Körpergröße des Individuums bestimmen. Es lassen sich aber auch Krankheiten oder die Ursachen von Knochenveränderungen ermitteln.

Die Archäozoologie beschäftigt sich mit den Überresten von Tieren aus den archäologischen Grabungen. In erster Linie handelt es sich um die Analyse von Knochen und Zähnen.

Die Archäobotanik versucht die Vegetations- und Agrargeschichte mit Hilfe von Funden pflanzlichen Ursprungs zu rekonstruieren.

Zur Datierung der Fundstücke wendet man absolute Altersbestimmungen an, wie zum Beispiel die Radiokarbonmethode (C-14-Methode) [30] oder die Kalium-Argon-Datierung. [31] Relative Datierungsmethoden (Leitfossilien) vergleichen und bestimmen „älter oder jünger als“.

Altersbestimmung von Knochen mit Hilfe der ¹⁴C-Methode: Für die Photosynthese nehmen Pflanzen  [14]C aus der Luft auf. Über den Verzehr pflanzlicher Nahrung nehmen es Menschen und Tiere auf. Stirbt der Organismus, wird kein neues ¹⁴C mehr aufgenommen. Stattdessen nimmt die Zahl der ¹⁴C-Isotope durch den radioaktiven Zerfall ab. Über die Halbwertszeit lässt sich zurückrechnen, wann der Stoffwechsel ausgesetzt hat. Das ist bis zu einem Alter von 50.000 bis 60.000 Jahren möglich. Zur Altersbestimmung wird die aus dem Knochen gesägte Probe chemisch vorbehandelt, um Verunreinigungen durch „modernen“ Kohlenstoff zu entfernen. Die eigentliche Datierung erfolgt mit Hilfe eines ultrasensitiven Massenspektrometers, die sog. AMS-Anlage (Accelerator Mass Spectrometry = Beschleuniger – Massenspektrometrie). Je älter das Objekt ist, desto weniger radioaktiver Kohlenstoff ist nachweisbar.

Isotopenanalyse im Labor: Die Bioelemente Wasserstoff (H), Sauerstoff (0), Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Schwefel (S) treten in Form stabiler Isotope auf. Isotope sind Atome eines chemischen Elements, die sich in der Neutronenzahl und damit in der Masse unterscheiden. Stabile Isotope sind nicht radioaktiv, d.h. sie zerfallen nicht. Alle Lebewesen bestehen aus Isotopen. Die isotope Zusammensetzung der Bioelemente hängt von der jeweiligen Umgebung ab. Jedes Lebewesen verfügt damit über einen „isotopen Fingerabdruck“, der Hinweise auf seine Herkunft oder seinen Lebensbereich gibt. So wird beispielsweise Strontium (Sr) abhängig vom geographischen Ort in unterschiedlichen Isotopenverhältnissen mit der Nahrung aufgenommen und anschließend in Knochen und Zähnen eingelagert. Mit Hilfe eines Massenspektrometers ermittelt man die Isotopenzusammensetzung in den Knochen- und Zahnproben und kann dadurch Aussagen zu Wanderungsbewegungen von frühzeitlichen Menschen und Tieren treffen.

Durch den Vergleich der Messergebnisse von Knochen und Zähnen ist man in der Lage zu sagen, um welche Homininenart es sich jeweils handelt. Knochen geben außer dem archäologischen und individuellen Alter (z.B. nachgewiesen an der Schädelkalotte des Neanderthaler-Fundes von 1856 und an dem Skelett des afrikanischen Homo ergaster, dem sog. „Turkana Boy“) auch Auskünfte über den Ernährungszustand, Erkrankungen, Verletzungen, religiös motivierte Handlungen wie das sekundäre Bestattungsritual, Anpassungen an klimatische Verhältnisse und körperliches Leistungsvermögen.

Nach Winfried Henke lauten die Kernfragen der Paläoanthropologie:  [32]

Wer sind unsere nächsten lebenden Verwandten in der Primatenordnung?

Wann und wo, d.h. an welcher Stelle im Primatenstammbaum, zweigte die zum Menschen führende Stammlinie ab?

Welche speziellen evolutionsökologischen Rahmenbedingungen ermöglichten den Prozess der Menschwerdung?

Wie viele fossile hominine Vorläuferformen gab es?

Wie verlief die evolutive Entstehung unseres spezifisch menschlichen Merkmalgefüges?

Über die Schwierigkeiten der Theoriebildung auf dem Gebiet der Paläoanthropologie äußert sich der amerikanische Wissenschaftler David Pilbeam [33] folgendermaßen: „Ich bin zu der Überzeugung gelangt, dass viele Aussagen, die wir über das Wie und Warum der Evolution des Menschen machen, genau so viel aussagen über uns als Paläoanthropologen und die Gesellschaft, in der wir leben, wie über all das, was ‚wirklich‘ passiert ist“. [34]

Dass Klimaveränderungen das Schicksal von Vormenschen- und Frühmenschenarten entscheidend beeinflusst haben, konnten Forscher des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und der Universität Potsdam in einer neuen Studie von 2011 belegen. [35] Anhand von Bohrkernen aus dem Untergrund des indischen und atlantischen Ozeans sowie des Mittelmeeres haben die Potsdamer Wissenschaftler Klimaschwankungen berechnet. Dadurch konnten sie ein mathematisches Modell des Weltklimas über einen Zeitraum von fünf Millionen Jahren entwickeln. Dazu äußert sich Jonathan Donges vom PIK: „Wir können erstmals zeigen, dass das Zusammentreffen von Veränderungen der Schwankungsneigung des Klimas und solchen in der frühmenschlichen Evolution mit hoher Wahrscheinlichkeit kein Zufall war“, […] Entscheidend sei der Wechsel von Zeiten geringer Klimaschwankungen zu solchen starker Klimaschwankungen – ‚also gleichsam die Änderungen der Änderungen‘. Diese erhöhten offenbar den Selektionsdruck. […] Dies hatte wiederum Auswirkungen auf die örtliche [afrikanische] Pflanzenwelt und damit den Tierbestand sowie Vormenschen wie den Australopithecus, der vor etwa einer Million Jahren ausstarb. Andere Vorläufer des Menschen hingegen konnten sich unter den geänderten Bedingungen plötzlich besser durchsetzen, weil sie anpassungsfähiger waren. ‚Der Generalist Homo hatte im stärker schwankenden Klima bessere Chancen als spezialisierte Vormenschen‘, so Donges“. [36]

Eine ungewöhnliche Methode der Höhlenforschung haben der Archäologe Tilmann Lenssen-Erz und der Prähistoriker Andreas Pastoors 2014 mit Hilfe von drei Fährtenlesern der San aus Namibia angewandt. Diese Bewohner der Kalahari sollten 17.000 Jahre alte versteinerte Fußabdrücke frühzeitlicher Menschen in der Höhle Tuc d’Audoubert in den Pyrenäen neu auswerten. Das Ergebnis dieses Forschungsprogrammes: „Die Buschmänner konnten aus den Spuren lesen, dass sich in den Höhlen die Menschen der Steinzeit ‚ganz normal‘ aufgehalten hatten. Auch Kinder- und Frauenspuren konnten sie entdecken und so die These entkräften, nur Männer hätten die Höhlen zu kultischen oder rituellen Zwecken betreten dürfen“.  [37]

Nachgefragt

1. Welche Bedeutung haben Zähne für die Paläoanthropologie?

Da Zähne vom Zahnschmelz bedeckt sind (der härtesten Substanz des menschlichen Körpers) und ihr Inneres ebenfalls aus sehr hartem, mineralisierten Zahnbein besteht, stellen sie die Mehrzahl aller Homininenfossilien. Zähne liefern sehr viele Aufschlüsse über Alter, Geschlecht, Ernährung, Gesundheit und systematische Stellung früherer Homininen. Erwachsene Homininen besitzen wie alle Altweltaffen (Catarrhini) 32 Zähne (je 16 im Ober- und Unterkiefer). Die Krone jedes Homininenzahns hat ihre eigene Anatomie, so dass man ihre Stellung im Gebiss genau feststellen kann.

Als Dryopithecus-Muster bezeichnet man die nach den Dryopithecinae benannte fünfhöckrige Kronenstruktur der unteren Backen- oder Mahlzähne (Molaren). Die zwischen den Höckern liegenden Furchen bilden ein fünffaches Y-Muster.

Einblicke in die Ernährung der ersten Homininen liefert die Untersuchung der Vorsprünge bei den Molaren, die Größenverhältnisse der Zähne, die Dicke des Zahnschmelzes und makroskopisch und mikroskopisch sichtbare Abnutzung der Zähne. Dicker Zahnschmelz, wie man ihn bei Homininen findet, verlängert die Lebensdauer des Zahns. Vermutung: Der Zahnschmelz ist eine Anpassung an das starke Kauen der Nahrung.

Die Australopithecinen, die vermutlich von grober, minderwertiger pflanzlicher Nahrung lebten, hatten von allen Primaten den dicksten Zahnschmelz.

Wie alt ein Hominine bei seinem Tod war, ist am Zustand der durchgebrochenen Zähne sowie an ihrer Abnutzung zu erkennen. Im Unterkiefer von „Lucy“ (Australopithecus afarensis) ist der dritte Molar, der Weisheitszahn, durchgebrochen und zeigt gerade die ersten Abnutzungserscheinungen. Folgerung: Lucy war bereits erwachsen, als sie starb.

Manchmal ist an den Zähnen auch der Gesundheitszustand zu erkennen. So können Krankheiten oder schlechte Ernährung zu Zahnentwicklungsstörungen führen, die sich als Löcher oder Furchen im Zahnschmelz zeigen. Selbst eine Abszess-Bildung lässt sich erkennen: Liegt unter einem abgebrochenen Zahn der Wurzelkanal frei, kann sich ein Abszess bilden, den man an resorbiertem Knochen rund um die Zahnwurzel erkennt.

2. Warum werden so häufig Zähne zur Beurteilung der Verwandtschaftsbeziehungen von Schädelfunden herangezogen?

Zähne sind sehr haltbar. Ihre Form macht weitgehende Rückschlüsse möglich, unter anderem auch auf die Ernährung und damit auf die Lebensweise. Bei Menschen, Menschenaffen und ihren gemeinsamen Vorfahren weisen die Zähne das gleiche Oberflächenmuster auf.

3. Durch den Vergleich der Messergebnisse von Knochen und Zähnen fossiler Funde ist man in der Lage zu sagen, um welche Homininenart es sich handelt. Die Anatomie gibt gleichzeitig Hinweise auf das körperliche Leistungsvermögen und die Lebensgewohnheiten. Welche Aussagen zu den Lebensgewohnheiten von Homininen lassen sich aufgrund folgender fossiler Fundobjekte machen: Schultergürtel, Daumen- und Fingerknochen, Hüftknochen, Schenkelknochen, Zehenknochen, Schädel, Kiefer und Zähne?

Fundobjekt

Lebensgewohnheiten

Schultergürtel

Hinweise auf Boden- und Baumbewohner

Daumen- und Fingerknochen

Hinweise auf Greifvermögen

Hüftknochen, Schenkelknochen, Zehenknochen

Hinweis auf Fortbewegungsart (z. B. vierfüßiger Kletterer, Zweifüßer, aufrechter Gang)

Schädel

Hinweise auf Gehirnvolumen und die Fähigkeit zu sehen und zu riechen

Kiefer und Zähne

Hinweise auf Nahrungsgewohnheiten

4. Welche Arbeitsmethoden werden bei Geländearbeiten und bei Laborarbeiten angewandt?

Welche Verfahren wendet man bei Datierungsmethoden an?

Geländearbeiten: Untersuchung durch Sedimentologen und Tektoniker; Paläontologen führen Grabungen durch; Dokumentation einer Fossilienfundstelle; archäologische Grabungen; Schlämmen durch mehrere Siebgrößen; vorläufige Konservierung eines Fossils; Katalogisierung der Funde

Laborarbeiten

Präparation der Fossilienfunde und Herstellung von Abgüssen

Computertomographische Darstellung von im Knochen befindlichen Strukturen

Dokumentation der Funde im 3D-Labor

Computertomographie-Scanner ermöglichen Innenstrukturen sichtbar zu machen.

Mit Hilfe eines Massenspektrometers ermittelt man die Isotopenzusammensetzung in Knochen- und Zahnproben.

Bei der Untersuchung der Mikroanatomie von Zahnschmelz arbeitet man mit einem Rasterelektronenmikroskop.

Datierungsmethoden

A) Relative Datierungsmethoden

Stratigraphie: Archäologische Funde sind in geologische und archäologische Horizonte eingebettet. Bei einer Ausgrabung werden diese Schichten dokumentiert, indem z.B. Profile gezeichnet werden.

Typologie: Grundlage der Typologie ist die Beobachtung, dass ein Produkt in einer bestimmten Region und zu einer bestimmten Zeit ein bestimmtes Design (Muster) hat und dass Änderungen dieses Designs in eine Entwicklungsreihe gebracht werden können.

Chronologie des Eiszeitalters (Pleistozän): Das Pleistozän ist gekennzeichnet durch mehrere Eisvorstöße (Glaziale) und Eisrückzüge (Interglaziale), also Perioden kälteren und gemäßigteren Klimas. Zusätzlich zu diesen Hauptperioden sind kleinere Klimaschwankungen bekannt. Die verschiedenen Klimaperioden haben geologische Spuren hinterlassen: z.B. Lössanwehungen und Moränenbildungen während der Glaziale, Bodenbildungen während der Interglaziale. Diese geologischen Befunde können für verschiedene Regionen parallelisiert werden und ergeben eine Chronologie des Eiszeitalters.

Tiefseesedimentkernproben: Als Bohrkerne entnommene Ablagerungen der Ozeanböden stellen eine wichtige Dokumentation der Klimaveränderungen während der letzten 2 Millionen Jahre dar. Aus den Sedimenten lassen sich die Temperaturschwankungen der Ozeane herauslesen. Die Sedimente setzen sich vor allem aus den Gehäusen einzelliger Meerestiere, den Foraminiferen („Kammerlinge“), zusammen.

Eiskerne: Auch Bohrkerne der Eisdecken der Arktis und Antarktis liefern Daten über Klimaschwankungen der letzten Jahrtausende. Die Eisschilde bestehen aus jährlichen Ablagerungen, die abgezählt werden können.

Pollenanalyse: Blütenpollen sind sehr widerstandsfähig. Pollenproben werden mittels Kernbohrern aus Mooren und Seeablagerungen oder aus den Schichten archäologischer Grabungen entnommen. Die Analyse der Proben ergibt eine Rekonstruktion der Vegetation. Pollenprofile geben Rückschlüsse auf Umwelt- und Klimaveränderungen.

Faunendatierung: Säugetiere waren in den letzten Millionen Jahren erheblichen Evolutionsprozessen unterworfen, neue Formen haben sich entwickelt und alte Formen sind ausgestorben. Auf die Faunendatierung wird z.B. an afrikanischen Australopithecinen-Fundstellen zurückgegriffen, wenn keine andere Datierungsmethode angewendet werden kann. Die Faunen einer bestimmten Fundschicht werden mit denen anderer, bereits absolut datierten Faunen verglichen.

B) Absolute Datierungsmethoden

Dendrochronologie (Baumringdatierung): Baumstämme setzen jedes Jahr einen neuen Wachstumsring an. Die Breite dieser Ringe ist von klimatischen Gegebenheiten abhängig: In trockenen Jahren sind die Ringe schmal, in feuchten Jahren mit starkem Baumwachstum dagegen dick. So ergeben sich miteinander vergleichbare Jahresringmuster.

Radiocarbondatierung (C-14-Methode): Kosmische Strahlen erzeugen bei ihrem Eintritt in die Erdatmosphäre Neutronen, die mit dem in der Luft enthaltenen Stickstoff 14 (N-14) das radioaktive Kohlenstoff-Isotop C-14 bilden. Das C-14 gelangt zusammen mit dem nichtradioaktiven, gewöhnlichen Kohlenstoff C-12 durch Photosynthese in den Stoffwechsel der Pflanzen und damit in die Nahrungskette tierlischer Organismen. Ein toter pflanzlicher oder tierlischer Organismus nimmt kein neues C-14 mehr auf, das vorhandene C-14 verstrahlt und zerfällt in den nichtradioaktiven Stickstoff N-14. Ausgehend von einer bestimmten Halbwertszeit des C-14 (5730 Jahre) sowie von einem konstanten Verhältnis der Kohlenstoff-Isotope C-12 und C-14, kann man durch Bestimmung der Anteile beider Isotope in organischem Material dessen Alter feststellen.

Kalium-Argon-Datierung: Diese Methode basiert ebenfalls auf dem Prinzip des radioaktiven Zerfalls. Kalium 40 (K-40) ist ein radioaktives Isotop des in den meisten Mineralien enthaltenen Elementes Kalium. Seine Halbwertszeit beträgt 1,3 Milliarden Jahre. Ein Zerfallsprodukt des K-40 ist das Gas Argon (Ar). Die Altersbestimmung ergibt sich aus der Messung des im Gestein enthaltenen Argon im Vergleich zum noch nicht zerfallenen Kaliumisotop.

Thermolumineszenz-Datierung: Es ist ein Verfahren der Altersbestimmung von Mineralien, die im Laufe der Zeit durch die natürliche radioaktive Strahlung Gitterschäden erleiden. Dadurch nehmen die Valenzelektronen (auf der äußeren Schale des Atoms befindliche Elektronen) ein höheres Energieniveau ein. Durch Erhitzen wird der Vorgang unter Lichtabstrahlung rückgängig gemacht. Die abgegebene Lichtmenge stellt ein Maß für das Alter der Mineralprobe dar.

3. Die Paläogenetik ermöglicht tiefe molekulare Einblicke in die Evolution des Menschen

Der Begriff „Paläogenetik“ geht auf die amerikanischen Wissenschaftler Emile Zuckerkandl und Linus C. Pauling zurück. [38] Schon 1963 wiesen sie auf die Möglichkeit hin, „historische Proteine und DNA-Sequenzen zu rekonstruieren“. [39] Am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie (MPI EVA) wird die Abteilung Evolutionäre Genetik von dem Wissenschaftler Svante Pääbo geleitet. [40] Dort beschäftigt man sich mit der Frage, welche genetischen Veränderungen (Mutationen) im Laufe der Evolution die Entwicklung zum anatomisch modernen Menschen (Homo sapiens sapiens, „besonders verständiger Mensch“) bewirkt haben. [41] Um das zu überprüfen entnimmt man unter sterilen Bedingungen aus gut erhaltenem fossilen Homininenmaterial Proben, aus denen man die Erbinformation in Form der Kern-DNA (nDNA) oder mitochondrialen DNA (mtDNA) bzw. Bruchstücke davon extrahiert, mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion die Erbinformation vervielfältigt und sequenziert. Daraus lässt sich der genetische Code ermitteln. Sodann vergleicht man das Genmaterial des heutigen Menschen sowohl mit anderen Homininenarten der Gattung Homo, wie dem Neanderthaler, als auch mit dem anderer Frühmenschenarten (z.B. dem Homo erectus) und dem von Menschenaffen. [42]

2002 veröffentlichte die Arbeitsgruppe von Svante Pääbo ihre Forschungsergebnisse zum „Sprachgen“ FOXP2, dessen Fehlen oder auftretende mutationsbedingte Veränderungen Sprachunvermögen verursacht. [43] Das FOXP2 (Forkhead-Box-Protein P2) wurde erstmals 1998 bei Untersuchungen einer Londoner Familie entdeckt, bei der zahlreiche Angehörige unter schweren Sprachstörungen litten. Paläogenetisch wurde berechnet, dass die heute beim Menschen verbreitete Genvariante von FOXP2 zwischen 100.000 und maximal 200.000 Jahren alt ist. [44] Dieser berechnete Zeitraum stimmt mit dem von Paläoanthropologen vertretenen Entwicklungszeitraum von Homo sapiens sapiens überein. [45] Als man aus Neanderthaler-Knochen das FOXP2-Gen sequenzieren konnte, fand man keinen Unterschied in der Sequenz des Neanderthalers im Vergleich zum anatomisch modernen Menschen. [46] Somit konnte belegt werden, dass der Neanderthaler auch über Sprachfähigkeit verfügte. [47] Unterstützt wurde dies im Jahr 1983 durch den Fund eines Zungenbeins in Verbindung mit einem 60.000 Jahre alten Neanderthaler-Skeletts, das man in der Höhle von Kebara am westlichen Abhang des Karmelgebirges entdeckte.

Im Jahre 2006 gab Svante Pääbo den Anstoß für ein paläogenetisches Projekt, das die Entschlüsselung des Neanderthaler-Genoms (Gesamtheit des genetischen Materials) zum Ziel hatte. Dazu wurde 2010 eine vorläufige Version des Neanderthaler-Genoms veröffentlicht, die belegte, „dass die Neandert[h]aler Gene an alle heute außerhalb Afrikas lebenden Menschen weitergegeben hatten“. [48] Der Genfluss vom Neanderthaler zu den Vorfahren der Nicht-Afrikaner erfolgte, bevor sich die eurasischen Gruppen voneinander trennten. Die genetische Vermischung zwischen Neanderthalern und anatomisch modernen Menschen erfolgte nicht nur vor etwa 80.000 Jahren im Nahen Osten, wo beide Menschengruppen vor 110.000 Jahren bis vor etwa 50.000 Jahren koexistierten, sondern auch in Europa vor über 40.000 Jahren.  [49] Dies belegen DNA-Analysen eines 40.000 Jahre alten Kieferknochens mit der Bezeichnung Oase 1 aus der Karsthöhle Pestera cu Oase („Knochenhöhle“) im Südwesten von Rumänien, der 2002 gefunden wurde. An Hand von Funden lässt sich belegen, dass anatomisch moderne Menschen und Neanderthaler etwa 5.000 Jahre lang gemeinsam in Europa gelebt haben. Nach gegenwärtigen Erkenntnissen sind die letzten Vertreter der Neanderthaler vor etwa 39.000 Jahren ausgestorben. [50]

Bei der DNA-Analyse des 40.000 Jahre alten Kieferknochens Oase 1 durch ein internationales Forschungsteam konnte nachgewiesen werden, dass sich im Genom dieses anatomisch modernen Menschen bis zu 9 Prozent Neanderthaler-DNA befanden. Das ist mehr als bei jedem anderen bisher sequenzierten anatomisch modernen Menschen. Die langen Abschnitte der Chromosomen dieses untersuchten Individuums stammen vom Neanderthaler. Daraus schließt die an der Untersuchung beteiligte Wissenschaftlerin Qiaomei Fu, dass der anatomisch moderne Mann, dessen Unterkiefer untersucht wurde, vor etwa vier bis sechs Generationen einen Neanderthaler-Vorfahren in seinem Stammbaum aufwies. Dies ist ein weiterer Beleg dafür, dass sich anatomisch moderne Menschen nicht nur im Nahen Osten sondern auch in Europa mit Neanderthalern vermischt haben.  [51]

David Reich von der Harvard Medical School, der die populationsgenetischen Untersuchungen koordinierte, geht davon aus, dass der anatomisch moderne Mensch aus der Oase-Höhle keine direkten Nachkommen im heutigen Europa hat. Der Wissenschaftler vermutet, dass dieses Individuum Teil einer frühen Migration anatomisch moderner Menschen aus Afrika nach Europa war, die eng mit Neanderthalern interagierten, aber schließlich ausstarben.

Im Jahre 2008 wurde in Westsibirien am Fluss Irtysch nahe der Ortschaft Ust‘-Ishim ein menschlicher Oberschenkelknochen gefunden, aus dem ein Forscherteam vom MPI EVA aus Leipzig das Erbgut isolierte. Es handelt sich um das Gesamtgenom eines archäologisch 45.000 Jahre alten anatomisch modernen Menschen. Dessen Erbgut wurde mit dem Erbgut von später in Europa und Asien lebenden Menschen verglichen. „Dabei zeigte sich, dass dieser Mann zu einer Zeit lebte, als die Vorfahren heute lebender Europäer und Asiaten gerade begannen, sich getrennt voneinander weiterzuentwickeln. Wie es bei allen heute außerhalb von Afrika lebenden Menschen der Fall ist, enthielt auch das Erbgut des Mannes aus Ust‘-Ishim Anteile von Neandert[h]aler DNA. Diese Segmente waren jedoch viel länger als bei heute lebenden Menschen und belegen, dass die Vermischung von modernen Menschen mit Neandert[h]alern vor etwa 50.000 bis 60.000 Jahren stattfand“.  [52] Bei dem 45.000 Jahre alten Knochen des „Ust‘-Ishim-Mannes“ betrug der Neandert[h]aler-Anteil im Erbgut etwa 2,3 Prozent. „Das ist etwas höher als der Anteil in heutigen Europäern, der nach Angaben der Forscher bei 1,6 bis 1,8 Prozent liegt. Asiaten besitzen 1,7 bis 2,1 Prozent Neandert[h]aler-Gene. Nach weiteren Analysen gehen die Forscher davon aus, dass sich seit der Zeit, in der der Mann in Sibirien lebte, pro Jahr im Schnitt ein bis zwei Mutationen im Erbgut der Europäer und Asiaten angesammelt haben“. [53]

Beispiele von Forschungsschwerpunkten in der Paläogenetik

mtDNA-Haplogruppen: Als Haplogruppe wird eine Gruppe von Haplotypen (von gr.haploos „einfach“ und typos „Abbild, Muster“) bezeichnet, die spezifische Positionen auf einem Chromosom innehaben. So untersucht man in der Humangenetik beispielsweise die Haplogruppe mitochondriale DNA (mtDNA, die entlang der mütterlichen Linie geführt wird) und die Haplogruppe Y-Chromosom (Y-DNA, die ausschließlich entlang der väterlichen Linie geführt wird). Man kann diese Gruppen verwenden, um genetisch verwandte Gruppen innerhalb der Bevölkerung zu definieren.

Projekt „mitochondriale Eva“: Dies bezeichnet eine Frau, aus deren mitochondrialer DNA die mitochondriale DNA aller heute lebenden Menschen durch eine direkte Abstammungslinie hervorgegangen ist.

Laktasepersistenz (auch Laktoseintoleranz genannt): Hierbei wird der mit der Nahrung aufgenommene Milchzucker (Laktose) als Folge fehlender oder verminderter Produktion des Verdauungsenzyms Laktase nicht verdaut.

Neanderthaler-Genom: Eine 2010 veröffentlichte Studie von Richard E. Green et al. ergab, dass das Genom der Neanderthaler eine signifikant größere Ähnlichkeit mit dem Genom von Europäern und Asiaten hat als mit dem Genom von Afrikanern. Zwischen dem Genom des Neanderthalers und dem Genom des modernen Menschen besteht eine Übereinstimmung von 99,7%. Der Unterschied im Hinblick auf die mitochondriale DNA (mtDNA) liegt bei 202 Basenpaaren. Der jüngste gemeinsame Vorfahre (Most Recent Common Ancestor, MRCA) von dem Neanderthaler und dem anatomisch modernen Menschen ist auf 370.000 Jahre BP (Before Present) zurückzuführen. Beide Menschenformen verfügen über gemeinsame Gene im Hinblick auf FOXP2 (das Forkhead-Box-Protein P2 ist ein Transkriptionsfaktor und spielt beim Spracherwerb, einschließlich grammatikalischer