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Medizin-Nobelpreis für Pionier der Paläogenetik

Svante Pääbo entschlüsselte das Genom des Neandertalers und anderer Menschenvorfahren

Pääbo
Der Neandertaler und wir: Svante Pääbo erhält den Medizin-Nobelpreis für seine Pionierarbeiten auf dem Gebiet der Paläogenetik. © Karsten Möbius

Den Nobelpreis für Medizin 2022 erhält Svante Pääbo für seine Leistungen als Pionier und Begründer der Paläogenetik. Ihm und seinem Team gelang es als erstem, das Erbgut des Neandertalers und des Denisova-Menschen zu entschlüsseln und so wertvolle Erkenntnisse über diese Frühmenschen und ihre Verwandtschaftsbeziehungen zu uns zu gewinnen. Erst durch ihn wissen wir, dass auch wir noch wenige Prozent Neandertaler-DNA in uns tragen.

Die Menschheitsgeschichte gleicht weniger einem ordentlichen Stammbaum als einem verworrenen Gestrüpp. Denn bis heute ist für viele Vor- und Frühmenschen nicht eindeutig geklärt, in welchem Verhältnis sie zu unseren direkten Vorfahren standen. Dies galt lange Zeit auch für den Neandertaler und noch mehr für den rätselhaften Denisova-Menschen, von dem nicht viel mehr als ein winziger Fingerknochen gefunden wurde.

Scheinbar unmögliche Aufgabe

Dem Medizin-Nobelpreisträger Svante Pääbo verdanken wir ganz neue Einsichten in unseren Stammbaum und die Beziehungen unserer Vorfahren zu ihren Zeitgenossen. Durch seine Pionierleistungen auf dem Gebiet der Paläogenetik ist es ihm gemeinsam mit seinem Team als erstem gelungen, das Erbgut ausgestorbener Menschenarten zu isolieren und zu entschlüsseln – etwas, das lange als unmöglich galt.

Der Grund: Die Knochen von Neandertalern sind nach Jahrtausenden im Boden von Bakterien und Pilzen derart stark besiedelt, dass bis zu 99,9 Prozent der darin gefundenen DNA von Mikroben stammt. Zudem liegen die winzigen Mengen noch verbliebener Neandertaler-DNA nur in kurzen Bruchstücken vor, die erst wie ein gigantisches Puzzle zusammengesetzt werden müssen. Viele Wissenschaftler glaubten, diese Aufgabe sei unlösbar.

Von ägyptischen Mumien zum Neandertaler

Doch Pääbo und sein Team ersannen neue Lösungen. Der Forscher hatte bereits als Doktorand an der schwedischen Universität von Uppsala nachgewiesen, dass DNA in altägyptischen Mumien überdauern kann. Damit wurde er zum Begründer des Forschungsgebietes der Paläogenetik. Mitte der 1990er-Jahre gelang es dem Forscher und seinem Team erstmals, einen kurzen Bestandteil der Mitochondrien-DNA eines Neandertalers entschlüsseln – des Erbgutanteils, der nicht im Zellkern, sondern in den Kraftwerken der Zelle liegt.

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Dabei zeigte sich: Die mitochondriale Neandertaler-DNA unterschied sich deutlich von der unsrigen. Damit war bewiesen, dass der Neandertaler nicht unser direkter Vorfahr gewesen sein kann. Doch wie passte der Neandertaler dann in unseren Stammbaum? Um das herauszufinden, musste man die Zellkern-DNA des Neandertalers entschlüsseln – doch diese wird noch schlechter konserviert als die mitochondriale DNA und ist zudem weit umfangreicher – ein Puzzle mit noch mehr Teilen.

1997 wechselte Pääbo als einer von fünf Direktoren an das neu gegründete Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig, wo er und sein Team nach Methoden suchten, um die bruchstückhafte, stark kontaminierte DNA des Frühmenschen isolieren und sequenzieren zu können. Dafür entwickelten sie unter anderem effizientere Extraktionsmethoden, die die Ausbeute der Neandertaler-DNA verbesserten, und nutzten komplexe Computerprogramme, um die DNA-Schnipsel zusammenzufügen und mit Referenz-Genomen von Schimpansen und Menschen zu vergleichen.

Neandertaler-Genom entschlüsselt

2010 gelang es Svante Pääbo und seinem Team, eine erste Version des Genoms der Neandertaler aus Knochen zu rekonstruieren, die zehntausende Jahre alt sind. Die Vergleiche des Neandertaler-Genoms mit den Genomen heutiger Menschen ergaben, dass moderne Menschen in Europa und Asien rund zwei Prozent Neandertaler-DNA in sich tragen. Das wiederum bedeutete, dass sich der Neandertaler und der Homo sapiens nach dessen Auswandern aus Afrika miteinander gekreuzt haben müssen.

Tatsächlich haben Wissenschaftler inzwischen die fossilen Relikte mehrerer urzeitlicher Menschen gefunden, die Nachkommen solcher Paarungen von Neandertalern und unseren direkten Vorfahren waren. Außerdem enthüllte der Vergleich der Neandertaler-Gene mit den unsrigen auch, welche Gene wir von unseren eiszeitlichen Vettern geerbt haben und dass sie heute noch aktiv sind: Sie prägen unser Immunsystem, unsere Haut- und Haarfarbe und unseren Fettabbau. Sogar das Risiko für bestimmte Infektionskrankheiten wie Covid-19 kann durch Neandertalergene beeinflusst werden, wie man heute weiß.

2014 gelang es dem Team um Pääbo am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie dann, das Neandertaler-Genom fast komplett zu entschlüsseln. Dadurch wurde ein genauerer Vergleich mit dem Erbgut heutiger Menschen möglich. „Wir haben zirka 30.000 Positionen gefunden, in denen sich die Genome von fast allen heutigen Menschen von denen der Neandertaler sowie denen der Menschenaffen unterscheiden“, so Pääbo. „Sie beantworten, was anatomisch moderne Menschen auch im genetischen Sinn ‚modern‘ macht.“

Medizin-Nobelpreisträger Svante Pääbo im Porträt.© Max-Planck-Gesellschaft

Das Rätsel des Denisova-Menschen

Bereits zwei Jahre davor war Pääbo und seinem Team ein weiterer Durchbruch gelungen: Sie entschlüsselten das Genom aus einem kleinen Knochen, der in der Denisova-Höhle im westsibirischen Altai-Gebirge gefunden worden war. Wie sich anhand der DNA zeigte, war dieser Denisova-Mensch eine Schwestergruppe der Neandertaler, die sich bereits vor rund 800.000 Jahren von der Stammeslinie des Neandertalers und des modernen Menschen abgespaltete.

Die Analysen des Denisova-Erbguts enthüllten auch, dass die heutigen Einwohner von Papua-Neuguinea, die Aborigines Australiens und andere Gruppen in Ozeanien bis zu fünf Prozent Denisova-Erbgut in sich tragen. Die DNA-Analysen weiterer Fossil-Funde lieferte später auch Belege dafür, dass es auch zwischen Denisova-Menschen und Neandertalern häufiger Kreuzungen gegeben haben muss.

Neue Einblicke in unsere Vorgeschichte

Svante Pääbo und seine Forschungen haben damit nachgewiesen, dass die Evolution des Menschen von zahlreichen Kreuzungen und Seitenästen geprägt war und dass Spuren mehrerer enger Verwandter des Homo sapiens bis heute in unserem Genom erhalten sind. „Seine Arbeiten haben unser Verständnis der Evolutionsgeschichte der modernen Menschen revolutioniert“, sagt Martin Stratmann, Präsident der Max-Planck-Gesellschaft.

Derzeit arbeiten die Forscher an neuen Methoden, DNA-Fragmente zu rekonstruieren, die noch stärker zersetzt und in noch geringeren Mengen vorhanden sind. Ziel ist es, die Erforschung noch älterer DNA zu ermöglichen sowie Erbgut aus Teilen der Welt, in denen das Überdauern der DNA aufgrund von heißem und feuchtem Klima noch seltener ist.

Quelle: Nobelprize.org, Max-Planck-Gesellschaft

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