Svante Paabo: DNA-Hinweise auf unseren inneren Neanderthaler

Ich möchte heute darüber sprechen, was wir davon lernen können, die Genome heute lebender Völker und ausgestorbener Völker zu erforschen. Doch davor möchte ich Sie an das erinnern, was Sie schon wissen: unser Genom, unser Genmaterial ist in fast allen Zellen unseres Körpers in Chromosomen gespeichert, in der Form von DNA, dem bekannten doppelhelikalen Molekül. Und die genetische Information befindet sich in einer Sequenz von vier Basen, die mit den Buchstaben A, T, C und G abgekürzt werden. Und die Information ist doppelt vorhanden -- einmal auf jedem Strang -- das ist wichtig, denn wenn neue Zellen gebildet werden, teilen sich die Stränge und neue Stränge werden in einem fast perfekten Prozess den alten Strängen nachgebildet.

Doch natürlich ist in der Natur nichts ganz perfekt. Manchmal passiert ein Fehler und ein falscher Buchstabe wird eingebaut. Und wir können die Folgen solcher Mutationen sehen, wenn wir DNA Sequenzen vergleichen, unsere hier im Raum zum Beispiel. Wenn wir mein Genom mit Ihrem vergleichen, gibt es ungefähr alle 1.200 bis 1.300 Buchstaben einen Unterschied. Und diese Mutationen sammeln sich proportional zur Zeit in einem gewissen Außmaß an. Wenn wir uns also einen Schimpansen ansehen, gibt es da mehr Unterschiede. Ungefähr ein Buchstabe von hundert ist anders als beim Schimpansen.

Und wenn Sie sich für die Geschichte eines Stücks DNA oder des ganzen Genoms interessieren, können Sie die Geschichte der DNA anhand der Unterschiede rekonstruieren. Normalerweise stellen wir unsere Ideen zu dieser Geschichte in Form von Bäumen wie diesem dar. In diesem Fall ist es sehr einfach. Die beiden menschlichen DNA Sequenzen gehen auf einem gemeinsamen Vorfahren zurück, und zwar vor nicht langer Zeit. Weiter hinten ist eine Sequenz die auch beim Schimpansen vorkommt. Und weil die Mutationen mit der Zeit proportional zunehmen, kann man die Unterschiede auf Zeiteinschätzungen übertragen. Zwei Menschen hatten normalerweise vor einer halben Million Jahren einen gemeinsamen Vorfahren, mit dem Schimpansen sind es ungefähr fünf Millionen Jahre.

Seit einigen Jahren gibt es die Technologie, um sehr viele DNA-Stücke in kurzer Zeit sehen zu können. Wir können also innerhalb von Stunden ein ganzes menschliches Genom bestimmen. Wir alle haben natürlich zwei Genome -- eins von unseren Müttern und eins von den Vätern. Und sie sind ungefähr drei Milliarden Buchstaben lang. Und wir werden sehen, dass meine beiden Genome, oder das eine Genom von mir, das wir uns ansehen, ungefähr drei Millionen Unterschiede hat. Ja ungefähr so viele. Und dann kann man damit anfangen, festzustellen, wie sich diese genetischen Unterschiede auf der Welt verteilt haben. Und wenn man das tut, findet man eine gewisse Menge genetischer Variationen in Afrika. Außerhalb von Afrika findet man weniger genetische Variation. Das ist natürlich überraschend, denn es leben sechs- bis achtmal weniger Menschen in Afrika als außerhalb Afrikas. Trotzdem haben die Mennschen in Afrika mehr genetische Variation.

Außerdem haben fast alle genetischen Variationen, die wir außerhalb Afrikas finden, DNA Sequenzen, die eng mit denen zusammenhängen, die man in Afrika findet. In Afrika gibt es jedoch eine Komponente der genetischen Variation, die keine nahen Verwandten außerhalb hat. Ein Modell, um das zu erklären ist, dass ein Teil der afrikanischen Variation, jedoch nicht die ganze, den Rest der Welt kolonialisiert hat. Zusammen mit Methoden zur Datierun genetischer Unterschiede hat das zur Entdeckung geführt, dass moderne Menschen -- -- Menschen die man nicht von Ihnen oder mir unterscheiden kann -- erst vor kurzem in Afrika entstanden sind, vor etwa 100.000 bis 200.000 Jahren. Und später, vor etwa 100.000 bis 50.000 Jahren, verließen sie Afrika, um den Rest der Welt zu kolonialisieren.

Deshalb sage ich oft, dass wir von der Perspektive des Genoms aus alle Afrikaner sind. Entweder leben wir heute in Afrika, oder erst seit kurzem im Exil. Eine weitere Folge der Entstehung des modernen Menschen vor nicht langer Zeit ist, dass genetische Variationen weit auf der Welt verbreitet sind und viele Orte erreichen. Und zumindest aus der Vogelperspektive unterscheiden sie sich als Gradienten. Da es viele genetische Variationen gibt, haben sie unterschiedliche Gradienten. Das heißt, dass wir, wenn wir eine DNA Sequenz bestimmen -- das Genom einer Person -- sehr genau einschätzen können, woher diese Person kommt, vorausgesetzt ihre Eltern und Großeltern sind nicht oft umgezogen.

Heißt das aber, und das glauben viele Menschen, dass es große genetische Unterschiede zwischen verschiedenen Gruppen, wie Menschen von verschiedenen Kontinenten z.B., gibt? Nun, diese Frage können wir uns auch stellen. Es gibt hierzu ein laufendes Projekt, bei dem das Genom von 1000 Menschen aus verschiedenen Teilen der Welt bestimmt wird. Sie haben 185 Afrikaner aus zwei afrikanischen Völkern bestimmt. Und auch ungefähr so viele Menschen aus Europa und China. Und dann können wir damit beginnen, festzustellen, wie viele Variationen es gibt, wie viele Buchstaben sich in zumindest einer der Sequenzen unerscheiden. Und da gibt es viele: 38 Millionen variable Positionen.

Wir können dann fragen: Gibt es generelle Unterschiede zwischen Afrikanern und Nichtafrikanern? Die meisten von uns denken wahrscheinlich, dass es so einen Unterschied gibt. Und mit absolutem Unterschied meine ich, dass alle Menschen in Afrika, 100%, an einer bestimmten Stelle einen Buchstaben haben, und alle Menschen außerhalb Afrikas einen anderen. Die Antwort ist jedoch, dass es in den Millionen Unterschieden keinen einzigen solchen gibt. Das scheint überraschend. Vielleicht ist ein einziger Mensch falsch klassifiziert. Wir können also dieses Kriterium etwas lockerer nehmen und sagen: Wieviele Positionen finden wir, an der 95 Prozent der Menschen in Afrika eine Variation haben, 95 Prozent mit derselben Variation? Die Antwort darauf ist 12.

Das ist sehr überraschend. Das bedeutet also, dass wir, wenn wir jemanden aus Afrika sehen und jemanden aus Europa oder Asien, nicht mit hundertprozentiger Sicherheit voraussagen können, welcher Buchstabe im Genom dieser Person an einer bestimmten Stelle auftritt. Und bei nur 12 Positionen haben wir eine 95prozentige Chance, es richtig vorherzusagen. Das ist überraschend, denn wir können natürlich, wenn wir die Menschen ansehen, sehr einfach bestimmen, woher sie oder ihre Vorfahren kamen. Das bedeutet also, dass die Eigenschaften, die wir uns ansehen -- Gesichtszüge, Hautfarbe, Haarstruktur -- nicht von einzelnen Genen mit großer Tragweite bestimmt werden, sondern von vielen verschiedenen Variationen, die in verschiedenen Teilen der Welt in unterschiedlicher Häufigkeit auftreten.

Und da ist noch etwas an diesen Eigenschaften, die wir aneinander beobachten, das man, wie ich denke, berücksichtigen sollte. Und zwar, dass sie eigentlich nur an der Oberfläche unseres Körpers zu finden sind. Und das sind, wie schon erwähnt -- Gesichtszüge, Haarstruktur, Hautfarbe. Es gibt auch einige Merkmale, die sich zwischen den Kontinenten unterscheiden, die damit zu tun haben, wie unser Stoffwechsel funktioniert, oder damit, wie unser Immunsystem mit Mikroben umgeht, die versuchen unseren Körper einzunehmen. Das alles sind Körperteile, durch die wir direkt mit unserer Umwelt interagieren, eine direkte Konfrontation, wenn man so will. Man kann sich leicht vorstellen, wie gerade die Teile unseres Körpers durch Selektion von der Umwelt beeinflusst wurden und wie die Häufigkeit der betroffenen Gene sich verschoben hat. Wenn wir uns aber andere Teile unseres Körpers ansehen, mit denen wir nicht direkt mit der Umwelt interagieren -- Nieren, Leber, Herz -- wenn man sich nur diese Organe ansieht, kann man nicht feststellen, von wo auf der Welt sie stammen.

Und da ist noch etwas Interessantes, das damit zu tun hat, dass die Menschen eine gemeinsame Herkunft in Afrika haben: als diese Menschen vor zirka 100.000 Jahren entstanden, waren sie nicht alleine auf der Erde. Es gab noch andere Menschenformen, die bekannteste ist wohl der Neanderthaler -- diese robuste Menschenform sehen Sie hier links, verglichen mit einem menschlichen Skelett rechts, wie es in Westasien und Europa seit mehreren hunderttausend Jahren existiert. Eine interessante Frage ist also, was passierte, als wir zusammentrafen? Was passierte mit den Neanderthalern?

Um solche Fragen beantworten zu können, arbeitet meine Forschungsgruppe jetzt seit über 25 Jahren daran, Methoden zu finden, um DNA aus Überresten von Neanderthalern und ausgestorbenen Tierarten zu gewinnen, die mehrere zehntausend Jahre alt sind. Da gibt es natürlich viele technische Probleme: wie gewinnt man die DNA, wie konvertiert man sie in eine sequenzierbare Form, etc. Man muss sehr sorgfältig sein, um zu vermeiden, dass die eigene DNA die Probe kontaminiert. All dies und Methoden, mit denen man sehr viele DNA Moleküle sehr schnell sequenzieren kann, haben es uns ermöglicht, im letzten Jahr die erste Version des Neanderthaler Genoms zu präsentieren. Jetzt können Sie alle im Internet das Neanderthaler Genom aufrufen, oder zumindest die 55 Prozent, die wir bis jetzt rekonstruieren konnten. Und dann können Sie es mit dem Genom von heute lebenden Menschen vergleichen.

Und eine Frage, die Sie sich vielleicht stellen, ist was passierte, als wir zusammentrafen? Haben wir uns vermischt, oder nicht? Um das zu beantworten, sieht man sich den südeuropäischen Neanderthaler an und vergleicht ihn mit Genomen von heute lebenden Menschen. Dann sehen wir uns Individuenpaare an, angefangen mit zwei Afrkanern. Wir sehen uns zwei afrikanische Genome an und suchen Unterschiede. Dann fragen wir in jedem Fall: Wie sieht das beim Neanderthaler aus? Mit welchem Afrikaner stimmt er überein? Man sollte da keine Unterschiede erwarten, da die Neanderthaler nie in Afrika waren. Es sollte gleich sein, es gibt keinen Grund, warum sie mit dem einen oder anderen Afrikaner übereinstimmen sollten. Und das stimmt auch. Statistisch gesehen gibt es keinen Unterschied, wie oft der Neanderthaler mit dem einen oder dem anderen Afrikaner übereinstimmt. Das ist jedoch anders, wenn wir mit einem europäisch-afrikanischem Paar vergleichen. Da ist es öfter so, dass der Neanderthaler mit dem Europäer übereinstimmt und nicht mit dem Afrikaner. Das Gleiche trifft auf ein chinesisch-afrikanisches Vergleichspaar zu. Der Neanderthaler stimmt öfter mit dem Chinesen überein. Das ist auch überraschend, weil die Neanderthaler nie in China waren.

Unser Erklärungsmodell ist folgendes: Als der moderne Mensch vor zirka 100.000 Jahren aus Afrika kam, traf er auf Neanderthaler. Das war wahrscheinlich zuerst im Nahen Osten so, wo Neanderthaler lebten. Wenn sie sich dort also vermischten, dann trugen die Menschen, die die Vorfahren von allen außerhalb Afrikas sind, Neanderthaler Komponenten in ihrem Genom in den Rest der Welt. Deshalb haben heute Menschen außerhalb Afrikas ungefähr 2,5 Prozent ihrer DNA von den Neanderthalern.

Mit einem Neanderthaler Genom als Bezugspunkt und der Technologie, um uns alte Überreste anzusehen und daraus DNA zu gewinnen, können wir das auch anderswo auf der Welt anwenden. Und wir haben in Südsibirien damit begonnen. Im Altai-Gebirge an einem Ort namens Denisova, einer Höhlenlandschaft in diesem Berg hier. Dort fanden Archäologen im Jahr 2008 ein winziges Knochenstück -- das hier ist eine Kopie -- und stellten fest, dass es vom letzten Glied eines menschlichen kleinen Fingers stammte. Und es war gut genug erhalten, um die DNA dieses Individuums zu bestimmen. Sogar noch genauer, als die DNA der Neanderthaler. Und wir konnten sie dem Neanderthaler Genom und dem Genom von modernen Menschen gegenüberstellen. Wir haben entdeckt, dass die DNA Sequenzen dieses Menschen vor 640.000 Jahren Gemeinsamkeiten mit Neanderthalern aufwies. Und noch weiter zurück, vor 800.000 Jahren gibt es Gemeinsamkeiten mit dem modernen Menschen.

Dieses Individuum kam also aus einem Volk, das eine gemeinsame Herkunft mit Neanderthalern hat. Das liegt aber lange zurück und sie hatten dann eine lange unabhängige Geschichte. Wir nannten diese Gruppe Menschen, die wir zum ersten Mal aufgrund dieses winzigkleinen Knochenstücks beschreiben konnten, Denisova-Mensch, nach dem Fundort. Wir können uns dann für den Denisova-Mensch das Gleiche fragen, wie für Neanderthaler: Haben sie sich mit Vorfahren der heutigen Menschen vermischt? Wenn wir das fragen, und das Genom des Denisova-Mensch mit Menschen auf der ganzen Welt vergleichen, sehen wir überraschenderweise, dass die Menschen, die heute in Sibirien leben, keine DNA des Denisova-Menschen haben. Menschen in Papua-Neuguinea und anderen pazifischen und melanesischen Inseln haben sie aber. Das heißt also vermutlich, dass der Denisova-Mensch weiter verbreitet war, als angenommen, da wir nicht denken, dass die Vorfahren der Melanesier jemals in Sibirien waren.

Wenn man also das Genom ausgestorbener Menschenarten erforscht, kann man sich ein Bild davon machen, wie die Welt aussah, als der moderne Mensch aus Afrika kam. Im Westen gab es Neanderthaler; im Osten den Denisova-Mensch -- und vielleicht auch andere Menschformen, die bisher noch nicht entdeckt wurden. Wir wissen nicht, wo genau die Grenzen zwischen den Völkern verliefen, aber wir wissen, dass es in Südsibirien an einem Punkt in der Vergangenheit sowohl Neanderthaler, als auch Denisova-Menschen gab. Der moderne Mensch entstand irgendwo in Afrika, verließ Afrika und gelangte wahrscheinlich in den Nahen Osten. Er traf auf Neanderthaler, vermischte sich und verbreitete sich weiter auf der Welt. Irgendwo in Südostasien traf er auf den Denisova-Menschen, vermischte sich und breitete sich weiter in den Pazifikraum aus. Die früheren Menschenformen verschwanden, aber sie leben heute noch ein bisschen weiter in manchen von uns -- in den Menschen außerhalb Afrikas, die 2,5% ihrer DNA mit Neanderthalern gemeinsam haben, und Menschen in Melanesien haben sogar fünf Prozent ihrer DNA mit dem Denisova-Mensch gemeinsam.

Heißt das also, dass es doch einen absoluten Unterschied zwischen Menschen außerhalb und innerhalb Afrikas gibt? Und zwar den, dass Menschen außerhalb Afrikas diese alte Komponente von ausgestorbenen Menschenformen in ihrem Genom haben, die Afrikaner nicht haben? Ich denke nicht, dass das der Fall ist. Man kann annehmen, dass der moderne Mensch irgendwo in Afrika entstand. Dann breitete er sich in Afrika aus, wo es natürlich auch frühere Menschenformen gab. Und da wir uns anderswo vermischten, bin ich ziemlich sicher, dass wir eines Tages ein Genom haben werden, dass diese Formen ebenfalls beinhaltet. Wir werden herausfinden, dass sie sich auch mit frühen modernen Menschen in Afrika vermischt haben.

Zusammenfassend: was haben wir daraus gelernt, die Genome moderner Menschen und ausgestorbener Menschen zu erforschen? Man kann daraus viele Dinge lernen, doch ich finde, es ist wichtig zu erwähnen, dass wir uns immer vermischt haben. Immer wenn wir auf sie getroffen sind, haben wir uns mit früheren Menschenformen vermischt. Und seitdem haben wir uns untereinander vermischt.

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

(Applaus)