20.000 Jahre alte DNA untersucht Ich weiß, was du in der Steinzeit gemacht hast

Ein durchbohrter Hirschzahn aus der Steinzeit hat offenbart, wer ihn einst bearbeitet oder als Schmuckstück getragen hat. Die DNA-Extraktion von diesem rund 20.000 Jahre alten Fundstück eröffnet eine neue, zerstörungsfreie Untersuchungsmethode zur Isolierung von DNA aus alten Knochen und Zähnen.

Wie haben unsere Vorfahren vor tausenden Jahren gelebt? Was haben sie gegessen und wie haben sie ihre Tage verbracht? Obwohl zwischen uns und den Menschen der Steinzeit Jahrtausende liegen, können Forscher durch die Analyse von Gegenständen aus Stein, Knochen oder Zähnen viele wertvolle Informationen über unsere Vergangenheit ableiten. Bislang war es jedoch schwierig, solche steinzeitlichen Gegenstände bestimmten Personen zuzuordnen, denn Bestattungen und Grabbeigaben kamen in dieser Zeit selten vor. Deshalb konnten Forscher bisher nur eingeschränkt darauf schließen, wie die Menschen damals lebten.

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Um solche alten Gegenstände direkt mit bestimmten Personen in Verbindung zu bringen und so tiefere Einblicke in steinzeitliche Gesellschaften zu gewinnen, hat ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig eine neue, zerstörungsfreie Methode zur DNA-Isolierung aus Knochen und Zähnen entwickelt. Obwohl diese seltener gefunden werden als Steinwerkzeuge, konzentrierten sich die Wissenschaftler speziell auf Artefakte aus Skelettbestandteilen, da sie poröser sind und daher mit größerer Wahrscheinlichkeit Erbgut aus Hautzellen, Schweiß und anderen Körperflüssigkeiten ihrer Besitzer binden können.

Eine Waschmaschine für uralte Artefakte

Bevor die Arbeit an echten Objekten beginnen konnte, musste das Team zunächst sicherstellen, dass die wertvollen Artefakte nicht beschädigt werden. „Die Oberflächenstruktur von steinzeitlichen Kunst- und Nutzgegenständen aus Knochen und Zähnen liefert wichtige Informationen über ihre Herstellung und Verwendung. Deshalb war es für uns von höchster Priorität, diese Objekte in Gänze zu erhalten, einschließlich der Mikrostrukturen auf ihrer Oberfläche“, sagt Marie Soressi, Archäologin an der Universität Leiden, die zusammen mit Matthias Meyer, einem Genetiker am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie, das Projekt leitete.

Das Team testete den Einfluss verschiedener Chemikalien auf die Oberflächenstruktur von archäologischen Knochen- und Zahnfragmenten und entwickelte eine zerstörungsfreie Methode zur DNA-Extraktion auf Phosphatbasis. „Man könnte sagen, wir haben in unserem Reinraumlabor eine Waschmaschine für uralte Artefakte aufgebaut“, erklärt Erstautorin Elena Essel vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie, die die Methode entwickelt hat. „Wenn wir die Artefakte bei Temperaturen von bis zu 90 °C waschen, sind wir in der Lage, DNA aus dem Waschwasser zu extrahieren, während die Artefakte völlig intakt bleiben.“

DNA ist überall – und kann Forensik stören

Das Team wendete die neue Methode zunächst auf eine Reihe von Fundstücken an, die von Ausgrabungsarbeiten in der französischen Quinçay-Höhle in den 1970er bis 1990er Jahren stammen. Obwohl es in einigen Fällen möglich war, das Erbgut der Tiere zu identifizieren, aus deren Knochen oder Zähnen die Artefakte hergestellt wurden, stammte die überwiegende Mehrheit der isolierten DNA von den Menschen, die die Gegenstände während oder nach der Ausgrabung berührt hatten. Das erschwerte die Identifizierung alten menschlichen Erbguts.

Um dem Problem der Probenverunreinigung durch moderne Menschen aus dem Weg zu gehen, konzentrierten sich die Forscher nun auf frisch ausgegrabene Objekte. Mit Handschuhen und Gesichtsmasken ausgerüstet verpackten die Ausgrabenden ihre Fundstücke, an denen noch Sedimente hafteten, in saubere Plastikbeutel. Drei Tierzahn-Anhänger aus der Bacho-Kiro-Höhle in Bulgarien, in der die ältesten sicher datierten modernen Menschen Europas gefunden wurden, wiesen eine deutlich geringere Verunreinigung mit moderner DNA auf; dennoch konnte in diesen Proben kein altes menschliches Erbgut nachgewiesen werden.

Ein Hirschzahn-Anhänger bringt den Erfolg

Den Durchbruch ermöglichten schließlich die Archäologen Maxim Kozlikin und Michael Shunkov, die in der berühmten Denisova-Höhle in Russland arbeiten. Damals noch nicht ahnend, an welcher neuen Analysemethode die Leipziger Forscher gerade arbeiteten, gruben sie 2019 unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen einen aus einem Hirschzahn hergestellten Anhänger aus dem Jungpaläolithikum aus. Aus diesem Fundstück isolierten die Leipziger Wissenschaftler nicht nur das Erbgut des Tieres selbst, sondern auch große Mengen an alter menschlicher DNA. „Die Menge an menschlicher DNA, die wir von der Oberfläche des Anhängers gewinnen konnten, war wirklich außergewöhnlich – fast so als ob wir einen menschlichen Zahn beprobt hätten“, sagt Erstautorin Essel.

Die Forscher analysierten dann die mitochondriale DNA, den kleinen Teil des Genoms, der ausschließlich von der Mutter an ihre Kinder vererbt wird. Sie kamen zu dem Schluss, dass der größte Teil dieses Erbguts wahrscheinlich von einem einzigen Menschen stammt. Anhand der mitochondrialen Genome von Steinzeit-Hirsch und Mensch schätzten sie das Alter des Anhängers auf 19.000 bis 25.000 Jahre, sodass es nicht notwendig war, Teile des kostbaren Materials für eine C14-Datierung zu opfern.

Wem gehörte das steinzeitliche Artefakt?

Neben dem mitochondrialen Erbgut rekonstruierten die Forscher auch einen wesentlichen Teil des Kerngenoms der Person, der der Anhänger einst gehörte. Anhand der Anzahl der X-Chromosomen stellten sie fest, dass der Anhänger von einer Frau hergestellt, benutzt oder getragen wurde. Sie fanden außerdem heraus, dass diese Frau genetisch eng verwandt war mit den so genannten „Ancient North Eurasians“ – Menschen, die zeitgleich in weiter östlich gelegenen Gebieten Sibiriens lebten und deren Skelettüberreste in früheren Studien analysiert worden waren. „Forensiker werden nicht überrascht sein, dass menschliche DNA aus einem Gegenstand isoliert werden kann, der viel benutzt wurde, aber es ist erstaunlich, dass dies nach 20.000 Jahren noch möglich ist“, sagt Projektleiter Meyer.

Das Team hofft nun, seine Methode auf viele andere steinzeitliche Gegenstände aus Knochen und Zähnen anwenden zu können, um mehr über die genetische Abstammung und das Geschlecht der Personen zu erfahren, die diese Objekte hergestellt, benutzt oder getragen haben.

Originalpublikation: Essel, E., Zavala, E.I., Schulz-Kornas, E. et al.: Ancient human DNA recovered from a Palaeolithic pendant, Nature (2023); DOI: 10.1038/s41586-023-06035-2

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