DNA aus Steinzeit-Kaugummi erzählt „Lolas“ Geschichte

Aus einem Klumpen Birkenpech gewannen Forscher das komplette Genom einer steinzeitlichen Jägerin und Sammlerin – und der Mikroben, die in ihr lebten.

Monday, December 23, 2019,
Von Kristin Romey

Sie lebte um etwa 3.700 v. Chr. herum auf einer Insel in der Ostsee. Sie war laktoseintolerant, litt an einer Zahnfleischerkrankung und hatte kürzlich eine Mahlzeit zu sich genommen, die Entenfleisch und Haselnüsse beinhaltete. Wie viele alte Jäger und Sammler in Europa hatte sie vermutlich dunkle Haut und Haare, aber blaue Augen.

Was wir über das Individuum, das die Forscher Lola getauft haben, nicht wissen, ist das Alter, in dem sie verstarb – und an welchem Ort es geschah. Denn alles, was uns über Lola bekannt ist, stammt aus DNA, die aus einem kleinen Klumpen Birkenpech extrahiert wurde, den Lola vor etwa 5.700 Jahren gekaut und ausgespuckt hat.

Diese einzigartige genetische Momentaufnahme wurde in einer Studie dokumentiert, die in „Nature Communications“ erschien. Es ist das erste Mal, dass Forscher ein vollständiges menschliches Genom aus ferner Vergangenheit aus „nicht menschlichem Material“ rekonstruieren konnten.

Der Birkenpechklumpen, der um 3.700 v. Chr. herum von Lola gekaut und ausgespuckt wurde.
Bild Theis Jensen

Neben Lolas genetischer Geschichte konnte das internationale Forscherteam auch DNA der Pflanzen und Tiere identifizieren, die sie wahrscheinlich kurz vorher gegessen hatte. Außerdem entdeckten sie DNA der zahllosen Mikroben, die in Lolas Mund lebten und gemeinsam ihr orales Mikrobiom bildeten.

„Das ist das erste Mal, dass wir ein vollständiges altes Genom eines Menschen aus etwas anderem als menschlichen Knochen rekonstruiert haben. Und das ist an sich schon bemerkenswert“, erklärt Hannes Schroeder, ein Professor für Evolutionsgenomik am Globe Institute der Universität Kopenhagen. Er hat an der aktuellen mitgeschrieben. „Das Spannende an diesem Material ist, dass man daraus auch DNA der Mikroben gewinnen kann.“

Die Wissenschaft steht gerade noch am Anfang der Erforschung des Mikrobioms, aber schon jetzt ist klar, was für eine bedeutende Rolle es für die menschliche Gesundheit spielt. Variationen in unserem Mikrobiom können sich auf alles Mögliche auswirken, von dem Risiko für Infektionen und Herzkrankheiten bis zu unserem Verhalten.

Die Sequenzierung alter DNA zusammen mit dem Mikrobiom des betreffenden Individuums ermöglicht es Forschern, zu verstehen, wie sich das menschliche Mikrobiom im Laufe der Zeit verändert hat. So lässt sich eventuell auch sagen, wie der Wechsel der Jäger und Sammler zu einer Ackerbauerngesellschaft vor Jahrtausenden die Mikrobengemeinschaft in ihren Körpern verändert hat.

Steinzeitlicher Kaugummi

Birkenpech ist eine kleberartige Substanz, die durch das Erhitzen von Birkenrinde gewonnen wird. Mindestens seit dem Mittelpleistozän (vor etwa 781.000 Jahren) wurde es in Europa genutzt, um Steinklingen an Griffen zu befestigen. Birkenpechklumpen mit menschlichen Zahnabdrücken wurden an alten Stätten der Werkzeugherstellung gefunden. Archäologen vermuten, dass die Werkzeugmacher das Pech kauten, um es vor der Verwendung weicher zu machen. Da das Material auch eine antiseptische Wirkung hat, ist eine medizinische Nutzung ebenfalls nicht auszuschließen.

Das gekaute Pech ist mitunter der einzige Beleg für die Anwesenheit von Menschen, wenn an den Fundstätten keine Knochen verblieben sind. Archäologen vermuten schon seit Längerem, dass die unscheinbaren Pechklumpen eine gute Quelle für alte DNA sein könnten. Die nötigen Werkzeuge zur Extraktion solcher DNA gibt es aber erst seit Kurzem.

In der ersten Jahreshälfte 2019 wurde bereits ein fast vollständiges menschliches Genom aus DNA von einem 10.000 Jahre alten Birkenpechklumpen rekonstruiert. Der Klumpen wurde vor etwa 30 Jahren in der Fundstätte Huseby Klev in Schweden ausgegraben. „Solche Fundstücke kennen wir schon seit einer ganzen Weile“, sagt Natalija Kashuba, eine Doktorandin am Institut für Archäologie und Alte Geschichte an der Universität Uppsala. Sie ist die Hauptautorin der Studie zu dem Fund von Huseby Klev. „Sie standen früher eben nur nicht im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit.“

Lolas Birkenpechklumpen stammt aus der Fundstätte Syltholm auf der dänischen Insel Lolland (daher rührt auch Lolas Spitzname). Archäologen fanden dort Belege für Werkzeugherstellung und Tierschlachtungen, aber keinerlei menschliche Überreste.

Der Pechklumpen wurde mit der Radiokarbonmethode auf ein Alter von etwa 5.700 Jahren datiert. Damals brach in Dänemark gerade das Neolithikum an. Zu jener Zeit wurde der Lebensstil der mesolithischen Jäger und Sammler durch das Aufkommen des Ackerbaus im Süden und Osten beeinflusst.

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Spurensuche im Speichel

Lolas DNA weist keine der genetischen Marker auf, die mit den neuen Ackerbauern im Zusammenhang stehen, welche sich Richtung Nordeuropa ausbreiteten. Dieser Umstand untermauert die Theorie, dass genetisch eigenständige Populationen von Jägern und Sammlern länger als zuvor vermutet dort lebten. Lolas Genom offenbart zudem, dass sie laktoseintolerant war – ein weiterer Beleg dafür, dass Europäer die Fähigkeit zur Verdauung von Laktose entwickelten, als sie begann, Milchprodukte ihrer domestizierten Tiere zu verzehren.

Die meisten der identifizierten Bakterien in Lolas Mikrobiom gelten als gewöhnliche Bewohner der Mundflora und der oberen Atemwege. Einige deuten jedoch auf eine schwere Zahnfleischerkrankung hin. In ihrem Mikrobiom fanden sich zudem Spuren von Streptococcus pneumonia, auch wenn sich anhand der Probe nicht sagen lässt, ob Lola zu dem Zeitpunkt, als sie den Pechklumpen kaute, an einer Lungenentzündung litt. Das Gleiche gilt für das Epstein-Barr-Virus, mit dem mehr als 90 Prozent der Weltbevölkerung infiziert sind, das aber nur selten Symptome auslöst (sofern es nicht gerade zum Ausbruch des Pfeifferschen Drüsenfiebers führt).

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Aus dem durchgekauten Pechklumpen konnten die Forscher auch die DNA von Stockenten und Haselnüssen extrahieren. Das deutet daraufhin, dass Lola beides gegessen hatte, kurz bevor sie das Pech kaute. Da Archäologen mittlerweile spezifische DNA von Tieren und Pflanzen aus menschlichem Speichel isolieren können, der in solchen Klumpen steckt, werden Ernährungsgewohnheiten sichtbar, die im archäologischen Befund ansonsten keine Spuren hinterlassen – beispielsweise der Verzehr von Insekten, erklärt Steven LeBlanc. Der Archäologe ist der ehemalige Direktor des Peabody Museum of Archaeology and Ethnology der Harvard University.

LeBlanc half dabei, eine neue Ära der DNA-Extraktion aus nicht menschlichem Material einzuläuten: 2007 veröffentlichte er eine bahnbrechende Studie über zerkaute Yucca-Fasern aus archäologischen Fundstätten im Südwesten Amerikas. Den Wissenschaftlern stehen mittlerweile Werkzeuge zur Verfügung, mit denen sie nicht nur vollständige menschliche Genome, sondern auch Mikrobiome und Informationen über Ernährungsgewohnheiten aus nicht menschlichem Material gewinnen können. LeBlanc glaubt, dass diese Techniken dabei helfen werden, den neuen Goldstandard für die Erforschung prähistorischer Populationen zu setzen: wie sie sich verändert haben, wie gesund sie waren und von was sie sich ernährten.

„Es ist absolut unglaublich, wie schnell sich dieses Feld weiterentwickelt hat“, sagt er. „Der Unterschied zwischen dem, was wir damals konnten und heute können, ist einfach schockierend groß.“

Bloß nichts wegwerfen!

Die neue Studie ist außerdem ein ausgezeichnetes Beispiel dafür, dass auch die unscheinbarsten Fundstücke erhalten und erforscht werden sollten, sagt LeBlanc. Er erinnert sich noch gut daran, wie er Besuchern des Peabody Museums früher die vertrockneten, zerkauten Yuccastückchen gezeigt hat, die er untersuchte.

„Die haben diese jämmerlichen kleinen Faserstücke gesehen und ich habe ihnen erzählt, dass das Museum sie seit mehr als 100 Jahren kuratiert. Und niemand konnte sich vorstellen, warum wir diese kleinen Teile aufgehoben hatten. Dann sagte ich, dass wir daraus menschliche DNA gewonnen haben, da haben sie richtig große Augen gemacht.“

LeBlanc kann sich vorstellen, dass die Kuratoren des europäischen „Steinzeit-Kaugummis“ vor ähnlichen Herausforderungen standen. Und nun stellt sich heraus, dass die durchgekauten Birkenpechklumpen unbezahlbare Informationen enthalten, die unser Verständnis für die ferne Vergangenheit fast schon revolutionieren.

„Es muss eine Menge Minister gegeben haben, die hinterfragt haben, warum Geld und Platz für diese kleinen schwarzen Klumpen verschwendet wird. Aber genau aus diesem Grund kuratieren Museen solche Dinge – weil wir manchmal noch nicht wissen, was wir damit anfangen sollen.“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

 

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