Gene auf Wanderschaft


Ein bisschen Spucke erzählt die Geschichte eines ganzen Volkes. Seit Wissenschaftler das Erbgut eines Menschen Buchstabe für Buchstabe identifizieren können, gewinnen sie daraus manchmal mehr Informationen als aus Tonscherben oder vergilbten Schriftstücken.

MaxPlanckForschung, S. 26, 4/2006


MPF1007 - „Das hier ist die extrahierte, hochaufgereinigte DNA aus den Zellen im Speichel. Jedes Röhrchen enthält die Probe einer Person“, sagt Sean Myles. Er steckt es zu den anderen in den Styroporhalter und legt die Sammlung in den Gefrierschrank zurück.

Es sind nur wenige Tropfen klarer, gefrorener Flüssigkeit am Ende eines transparenten, spitz zulaufenden Plastikröhrchens. Doch sie verraten Geheimnisse über ganze Völker, über die Eroberung neuer Landstriche, die Wanderungen in entlegenste Winkel der Erde. Sie erzählen von Liebschaften oder Vergewaltigung, kulturellem Austausch oder Isolation über Jahrhunderte hinweg.

Und der Inhalt dieser Tropfen liefert Hinweise über die Entwicklung der Menschheit. Sean Myles ist Doktorand in der Arbeitsgruppe Molekulare Anthropologie von Mark Stoneking am Max- Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig. Das Team hat sich unter anderem darauf spezialisiert, die Folgen von Migration auf dem Planeten Erde zu untersuchen.

Gene als Fenster in die Vergangenheit

Woher stammen die Vorfahren der Bewohner einer Region? Wie stark haben sich Einwanderer mit Einheimischen vermischt? Oder haben sie diese völlig verdrängt? Völker, die wandern, hinterlassen Spuren. In der Sprache, der Kultur, aber auch in den Genen derjenigen, denen sie begegnen.

Nach diesen genetischen Spuren suchen Mark Stoneking und seine Mitarbeiter. Dabei eignen sich menschliche Gene eigentlich eher schlecht, um die Herkunft einer Bevölkerungsgruppe herauszufinden, weil sie in jeder Generation hoffnungslos durchmischt werden: Väterliche und mütterliche Gene werden nicht nur rein zufällig auf die Nachkommen verteilt – jeder erhält daher einen individuellen Mix an Genen –, die korrespondierenden Chromosomen tauschen darüber hinaus auch ganze genetische Abschnitte aus. Diese Rekombination verwischt die Spuren der Abstammung in jeder Generation aufs Neue.

Mitochondrien-DNA und Y-Chromomosom

Zum Glück für die Molekulargenetiker gibt es aber einen Bereich, der von dieser Rekombination verschont bleibt, und zwar die DNA in bestimmten Zellorganellen, den Mitochondrien: Sie bleibt vom Genaustausch der DNA des Zellkerns unberührt. Denn Mitochondrien vermehren sich (wie Bakterien) durch einfache Teilung. Diese kleinen Kraftwerke in unseren Zellen sind daher alle Abkömmlinge der Mitochondrien aus dem Plasma der mütterlichen Eizelle. Mithilfe der mitochondrialen DNA, kurz mtDNA, lässt sich somit die Abstammung der mütterlichen Linie einer menschlichen Bevölkerungsgruppe zurückverfolgen. Einerseits gut, andererseits auch wieder nicht, denn so erfährt man immer nur die eine Hälfte der Geschichte.

Die andere Hälfte der Geschichte lassen sich die Molekulargenetiker vom Y-Chromosom erzählen, der zweiten genetischen Insel der Ruhe: Das Y-Chromosom im Zellkern macht einen Menschen zum Mann. Weil es keinen entsprechenden Partner für den Austausch von Genen auf Seiten der Mutter hat, bleiben auch seine Gensequenzen zum größten Teil erhalten. Mit ihnen lässt sich die väterliche Linie zurückverfolgen.

Mutationen als Indizien

Zu viel Ruhe in der Gensequenz können die Genforscher aber auch nicht gebrauchen. Wenn sich gar nichts verändert, entstehen auch keine Unterschiede im genetischen Muster zwischen einzelnen Bevölkerungsgruppen. Es braucht eine Quelle für Variation. Und die gibt es: Mutationen. Der zufällige, aber seltene Austausch einzelner Buchstaben der Basensequenz ist die einzige Ursache für Veränderungen in der mtDNA und der DNA des Y-Chromosoms. Selten genug, um nicht zu viel zu verändern – und zugleich häufig genug, um den Forschern das entscheidende Werkzeug an die Hand zu geben, um Abstammung und Herkunft menschlicher Populationen zu bestimmen.

Wenn diese Mutationen von einer Generation zur nächsten vererbt werden, werden sie zu genetischen Markern für eine Bevölkerungsgruppe. Die Forscher fassen mehrere Sequenzen mit ihren typischen Mutationen zu Haplogruppen zusammen, die kennzeichnend für eine Volksgruppe in einer Region sind und nach den Buchstaben des Alphabets benannt werden. Die Haplogruppe L etwa mit ihren Untergruppen L1, L2 und L3 gibt es nur in Afrika. M und N entstanden zwar in Ostafrika, sie existieren aber auch in Eurasien und Amerika. In der Neuen Welt findet man die Haplogruppen A bis D, genau wie in Asien; G, Y und Z vor allem in Sibirien.

Speichelproben für die Wissenschaft

Die typischen Mutationen in der DNA einer Bevölkerungsgruppe verraten Mark Stoneking, wo sie sich auf ihrem Weg von einer Region zur nächsten mit der ansässigen Bevölkerung vermischt hat. „Es genügt das Zellmaterial aus dem Speichel oder der Schleimhaut von 20 bis 50 nicht verwandten Personen einer Gruppe“, sagt der Wissenschaftler.

Mit den genetischen Markern können die Forscher Wanderungswellen über die ganze Menschheitsgeschichte zurückverfolgen, von der ersten großen Reise aus Afrika hinaus vor etwa 100.000 bis 50.000 Jahren, der ersten Besiedlung der Neuen Welt vor wahrscheinlich etwa 12.000 bis 13.000 Jahren, der Eroberung der pazifischen Inselparadiese Polynesiens vor rund 5.000 Jahren.

Und selbst Wanderungen, die erst wenige hundert Jahre zurückliegen, lassen sich mit den genetischen Methoden noch untersuchen. Denn intensiver sexueller Kontakt zwischen den Männern und Frauen zweier Völker hat schon nach kurzer Zeit Folgen, die Stoneking und seine Mitarbeiter als Genbeitrag im Genom der Bevölkerungsgruppen nachweisen können.

Weil ausgiebiger sexueller Austausch so eindeutige Spuren hinterlässt, ist die Genanalyse ein gutes Instrument, um Fragen zu klären, die Anthropologen, Völkerkundler, Sprachwissenschaftler oder Archäologen bisher nur lückenhaft beantworten können. Beispiel: die Ausbreitung der Landwirtschaft. Den Übergang vom umherwandernden Jäger und Sammler zum sesshaften Bauern vor rund 10.000 Jahren betrachten Wissenschaftler als größte kulturelle Revolution in der Geschichte des Menschen. „Aber bis heute ist unklar, wie sich Ackerbau und Viehzucht über die Welt verbreiteten“, sagt Stoneking.

Theoretisch gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder bringen Menschen auf ihrer Wanderschaft die Idee mit in neue Gebiete oder die Idee begibt sich auf eine Reise durch die Köpfe, indem Bewohner anderer Regionen sie aufgreifen, während ihre Erfinder am Ursprungsort zurückbleiben.

Hilfe aus Indien

Untersucht hat Mark Stoneking diese Thesen in einer Region, die genau diesen Umbruch in vergleichsweise junger Vergangenheit erlebt hat: Indien. „Dort haben wir ursprüngliche Gruppen, die noch als Jäger und Sammler leben, andere, die schon lange Landwirtschaft betreiben, und Gruppen, die ihre Lebensweise erst in den vergangenen 3.000 Jahren auf Ackerbau und Viehzucht umgestellt haben“, erklärt der gebürtige Kalifornier, der seit sieben Jahren in Leipzig forscht. In Europa wäre eine solche Untersuchung nicht möglich – nicht nur, weil es keine Jäger und Sammler mehr gibt: „Wir kennen auch das genetische Muster der Menschen nicht, die in Europa existierten, bevor sich die Landwirtschaft hier ausbreitete.“ In Südindien leben solche Ureinwohner noch.

Der Vergleich der genetischen Muster für die mütterliche mtDNA und auch des männlichen Y-Chromosoms erbringen dasselbe Ergebnis: Die Neubauern Südindiens sind mit den eingefleischten Bauern Indiens enger verwandt als mit der Urbevölkerung der Jäger und Sammler. Über Jahrtausende haben Landwirte ihre Ideen also weitergetragen, wenn sie in neue Gebiete vordrangen und sich mit der ansässigen Bevölkerung mischten. Das Ergebnis, das Stoneking gemeinsam mit indischen Kollegen 2004 im Fachmagazin „Science“ veröffentlichte, zeigt einerseits, dass Ackerbau und Viehzucht sich ausbreiteten, weil die Bauern ihre Technologie durch Migration verbreiteten. „Sie zeigt aber auch“, sagt Mark Stoneking, „dass kulturelle Prozesse die Kraft haben, die genetische Variation des Menschen zu verändern.“ Oder anders ausgedrückt: Große Errungenschaften machen unheimlich sexy.

Auf den Wellen von Insel zu Insel

Licht ins Dunkel bringen Genanalysen auch bei einer Frage, über die sich Wissenschaftler seit zwei Jahrhunderten streiten – auch wenn die Gene sie nicht völlig klären können: die Besiedlung der Inselwelt des Stillen Ozeans von Hawaii im Norden, den indonesischen Inseln im Westen, Neuseeland im Süden und den Osterinseln ganz im Osten. Obwohl es zahlreiche archäologische Überreste gibt, die zur Klärung der Geschichte beitragen, und linguistische Analysen zeigen, welchen Einflüssen die Sprachen der Bewohner Melanesiens, Mikronesiens und Polynesiens ausgesetzt waren, so ist bis heute nicht klar, wie die Menschen die letzten unbewohnten Eilande eroberten.

Archäologische Funde belegen, dass auf Neuguinea schon vor 30.000 Jahren erstmals Menschen lebten. Die zweite große Welle folgte wahrscheinlich vor 5.000 bis 6.000 Jahren – die austronesische Migration, die zugleich die letzte große Ausbreitungswelle der Menschheit war. Mit Booten, Hunden und Schweinen fuhren die Migranten auf den Wellen des Pazifiks von Insel zu Insel.

Eine der Hauptthesen besagt, dass die Migranten von Taiwan aufbrachen und vergleichsweise schnell entlang der indonesischen Inseln, an Neuguinea vorbei und dann hinaus in die pazifische Inselwelt zogen. Dass es zu einem intensiven Austausch zum Beispiel mit den ursprünglichen Bewohnern Neuguineas gekommen ist, dafür sahen die Vertreter dieser Express-Train-These bisher keine Belege. Dass die Bewohner des gewaltigen Inselreichs alle eng verwandte austronesische Sprachen sprechen, stützt die These der schnellen Verbreitung.

Die genetischen Daten weisen aber nur zum Teil darauf hin. Die Analyse der mtDNA unterstreicht die Express- Train-These. „Wir finden bei 95 bis 100 Prozent der Menschen asiatische mtDNA-Muster und auch die Variation ist sehr ähnlich“, sagt Mark Stoneking. Aber das Y-Chromosom, also die männliche Linie, erzählt eine etwas andere Geschichte. Denn auf dem Y-Chromosom finden sich auch Anteile der Ureinwohner der ersten Einwanderungswelle. Und was bedeutet das konkret? Zunächst einmal, dass es durchaus intensiveren Kontakt gegeben hat zwischen den alten und neuen Besiedlern. Der Treck nach Osten kam immer wieder ins Stocken.

„Die Spuren im Gen-Muster des Y Chromosoms sagen aber auch aus, das Männer und Frauen sich unterschiedlich verbreitet haben“, erklärt Sean Myles. Im Fall Neuguineas et wa scheinen die Eroberer gegen den Heimvorteil der Einheimischen keine Chance gehabt zu haben. Sie landeten an der Küste der Insel – und verloren ihre Frauen offensichtlich an die einheimischen Männer. „Nach einer glorreichen Eroberung sieht es zumindest auf Neuguinea nicht aus“, sagt Myles.

Sprachenmix im Schmelztiegel

So untrüglich die genetischen Analysen der Molekularanthropologen auch sein mögen, sich alleine auf die Gensequenzen zu stützen wäre töricht. „Wir müssen immer wieder einen Schritt zurücktreten, um das gesamte Bild zu betrachten“, sagt Stoneking, der sich seit Jahren darum bemüht, die beteiligten Lager der Natur- und Sozialwissenschaften zusammenzubringen. Die Genetik kann helfen, Geheimnisse zu lüften, die andere Bereiche wie die Linguistik oder die Archäologie nicht entschlüsseln können. Aber auch die Basenzähler, wie die Genetiker manchmal genannt werden, sind auf die Hilfe ihrer Kollegen angewiesen. „Ohne das Wissen der anderen Disziplinen geht es nicht. Wir brauchen sie, um etwa unsere Hypothesen zu formulieren“, sagt Stoneking.

Wie im Fall der Kalmücken, einem Volksstamm von heute etwa 150.000 Menschen, die nördlich des Kaspischen Meeres entlang der unteren Wolga leben, auf einem Gebiet, das zu Russland zählt. Die Kalmücken leben in direkter Nachbarschaft eines echten Schmelztiegels: der kaukasischen Region zwischen Schwarzem etund Kaspischem Meer, in der es mehr als 50 verschiedene Volksgruppen gibt und wo auf einem Streifen von etwa 700 Kilometer Breite Sprachen aus vier verschiedenen Sprachgruppen diesseits und jenseits des Kaukasus- Gebirges gesprochen werden.

Dieser Region hat sich Ivan Nasidze in Stonekings Team angenommen. Und dafür gibt es auch eine ganz einfache Erklärung – abgesehen davon, dass die Gegend für einen Populationsgenetiker äußerst spannend ist: „Ich bin dort geboren“, sagt der Kaukasier mit tiefer Stimme und einem zufriedenen Lächeln unter seinem Schnauzer.

Kalmücken: im Innersten mongolisch

Aus historischen Quellen weiß man, dass die Kalmücken ursprünglich aus der Mongolei stammen. Vor rund 300 Jahren wanderten ihre Vorfahren aus einem mehr als 4.000 Kilometer entfernten Gebiet aus. Ihre mongolische Herkunft sieht man ihnen heute noch an und man hört sie auch, denn sie sprechen immer noch Mongolisch. Doch zehn bis zwölf Generationen sind eine lange Zeit, und man sollte vermuten, dass sich die Einwanderer inzwischen mit ihren russischen Nachbarn vermischt haben. „In einem vergleichbaren Zeitraum ist dies ja auch in Nordamerika bei Europäern und Afroamerikanern vorgekommen“, sagt Ivan Nasidze.

Nasidzes Genanalysen zeigen aber, dass die Kalmücken mit ihren russischen Nachbarn nicht warm wurden und unter sich blieben. Sie sind heute noch so mongolisch wie ihre Vorfahren. Die Gründe verrät die DNA allerdings nicht: „Deshalb müssen wir unseren Blick auch auf andere Aspekte richten“, sagt der Max-Planck-Forscher. Zum Beispiel auf die Lebensweise der Kalmücken. Sie unterscheidet sich völlig von der russischen. Kalmücken waren bis vor Kurzem Nomaden, sie sind Buddhisten und sie sprechen Mongolisch. Russen sind sesshaft, christlichorthodox und sprechen Russisch. Klingt nach guten Gründen, um sich aus dem Weg zu gehen.

Doppeltes Gen auf dem Y-Chromosom

Allerdings gibt es auch Beispiele, dass solche unterschiedlichen sozio-kulturellen Faktoren einer Vermischung nicht entgegenstehen müssen. Spielt also die Lebensweise doch keine Rolle, wenn es um den intensiven Kontakt zwischen Einwanderern und Ansässigen geht? „Im Fall der Kalmücken glaube ich das schon“, sagt Ivan Nasidze. Und er zieht noch ein Ass aus dem Ärmel, das die These stützt: das Mongolen-Gen.

An einem Genort auf dem Y-Chromosom, DYS19, kam es irgendwann zu einer Verdopplung dieses DNA-Abschnitts, der typisch für das Genom der Mongolen ist. Bei keinem Volk der Erde kommt es so häufig vor wie bei den Bewohnern Zentralasiens. Die Kalmücken tragen es sogar noch häufiger als die Bewohner ihrer Ursprungsregion. Die Russen tragen es nicht. Aber bei einem anderen Nachbarvolk findet sich das doppelte Gen von DYS19: bei den Kasachen.

Genau wie die Kalmücken waren auch die Kasachen einst Nomaden und die Mehrheit der Bevölkerung ist buddhistisch. Sie sprechen zwar eine türkische Sprache, in der finden sich aber auch vereinzelt Worte mongolischen Ursprungs. Offenbar haben Männer und Frauen auf beiden Seiten in der Vergangenheit immer wieder genug Gemeinsamkeiten gefunden, um eine gemeinsame Zukunft zu starten. Das Mongolen-Gen ist der Beweis.

Dass Russen und Kalmücken nicht zusammengefunden haben, könnte – neben der gegensätzlichen Lebensweise – auch noch einen weiteren Grund haben: Es gab keine Notwendigkeit, weil die Gruppe der Kalmücken von Anfang an so groß war, dass es immer genug Auswahl für Partnerschaften gab, um unter sich zu bleiben. Das schließt Nasidze aus den Gendaten. „Es fehlt der für Auswanderungen typische Flaschenhals in der Vielfalt des Genmusters“, sagt er. Die genetische Variabilität bei den Kalmücken ist so groß wie die der heutigen Mongolen.

Normalerweise geht ein Teil der genetischen Diversität verloren, wenn sich eine kleine Gruppe von Menschen absondert und zur Gründerpopulation eines neuen Volkes wird. So war es bei der Besiedlung Polynesiens und auch bei den ersten Amerikanern. „Die Auswanderergruppe der Kalmücken hatte offenbar die gesamte genetische Bandbreite mit im Gepäck“, sagte Mark Stoneking.

Stoneking und sein Team nutzen die feinen genetischen Unterschiede der Völker dieser Welt für ihre Analysen. Aber was ist eigentlich, wenn es die irgendwann nicht mehr gibt, weil die Erde nur noch ein globales Dorf ist, in dem jeder sich an jedem Ort niederlassen kann, und weil es keine Vergleichsdaten ursprünglicher Völker gibt? Ob er sich Sorgen macht? Ein kurzes Lächeln auf seinem Mund verrät, dass er diese Bedrohung zurzeit noch nicht als akut einschätzt, aber immerhin: „Es ist etwas, worüber wir nachdenken müssen.“

Das Problem ist erkannt: In den 1990er-Jahren gab es das Human Diversity Project, eine Art Archiv der menschlichen Genvielfalt. Aus politischen Gründen wurde es jedoch gestoppt: Indigene Gruppen hatten Protest eingelegt, weil sie fürchteten, durch das Europäische Konglomerat, wie sie sagten, ausgebeutet zu werden. Etwa durch Patentierung ursprünglicher Genkombinationen, die zur Entwicklung von Medikamenten genutzt werden, von denen dann aber wieder nur die Menschen der reichen Länder profitieren.

Inzwischen existiert das Genographic Project der National Geographic Society und von IBM. „Ob es erfolgreich sein wird, muss sich erst noch zeigen“, meint Stoneking. Erste Proteste habe es wohl schon gegeben. Für einen kurzen Moment zieht sich eine kleine Sorgenfalte über Stonekings Gesicht. Die Welt wird kleiner, die Vielfalt verschwindet vielleicht eines Tages. Für Mark Stoneking ist die Sache klar: „Wir müssen unsere Proben jetzt bekommen.“ Ein bisschen Spucke von jedem reicht ja schon.

MaxPlanckForschung, S. 26, 4/2006

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