Der Weg zum Schatz ist beschwerlich. Stirnlampen werfen ein diffuses Licht in die Dunkelheit. Es gilt, sich durch schmale, scharfkantige Tunnel zu winden, sich Schächte hinabzuseilen und auf Knien und Händen voranzukriechen – bis sich die Decke plötzlich hebt und der Blick auf die Kostbarkeiten fällt: versteinerte Rippen- und Hüftknochen, Teile von Schädeln und Füßen, die bis zu 400.000 Jahre im Höhlenkomplex der Sierra de Atapuerca in Nordspanien überdauert haben. Eine beeindruckende Fossilien-Kollektion, wie sie in dieser Form bislang sonst nirgends gefunden wurde.

Es sind die Überreste von insgesamt 28 Frühmenschen, die die Region wohl zur Zeit des Mittleren Pleistozän besiedelten. Was, wenn man so alten Knochen noch Reste von Erbgut entlocken könnte? Wenn in den Gebeinen noch intakte DNA steckte, die uns verraten würde, woher diese Homininen stammten, welche Krankheiten sie hatten, wer ihre Vorfahren und ihre Verwandten waren? Tatsächlich hat ein deutsch-spanisches Forscherteam jetzt geschafft, was in Fachkreisen als unmöglich galt: Sie gewannen DNA aus den fossilen Knochen und entzifferten das Erbgut der Frühmenschen. Die erhofften Antworten aber brachte die Analyse nicht.

Die Sima de los Huesos ist der Traum eines jedes Paläoanthropologen. Die "Knochengrube" liegt am Fuße eines 13 Meter tiefen Schachts, 30 Meter unter der Oberfläche. "Sie ist der perfekte Kühlschrank", sagt Matthias Meyer, Genetiker am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig. Bei durchschnittlich 10,6 Grad Celsius und optimaler Feuchtigkeit haben winzigste DNA-Schnipsel die Hunderttausenden von Jahren so gut überstanden, dass er und sein Team sie im Labor untersuchen konnten, wie die Forscher jetzt im Wissenschaftsmagazin Nature schreiben. Eine absolute Neuheit. Bislang war es Molekularanthropologen nicht gelungen, das Genom eines Frühmenschen aus so alten Knochen zu rekonstruieren. Das schaffte man bisher nur bei einem Vorfahren des Pferdes. Und dessen Knochen waren rund 700.000 Jahre im Permafrost tiefgefroren, entsprechend gut war die DNA enthalten.

Schlüssel zum Erfolg war die detaillierte Analyse von mitochondrialer DNA, kurz mtDNA. Die steckt in den Mitochondrien, den Kraftwerken unserer Zellen, wird ausschließlich von der Mutter vererbt und ist deshalb unter Forschern besonders beliebt. Es findet keine Vermischung mit dem Genom von männlicher Seite statt, die Verwandtschaft ist also gut nachzuvollziehen. Auch ist es wahrscheinlicher, mtDNA in fossilen Knochen zu finden als DNA aus dem Zellkern. Jede Zelle hat nur einen Zellkern, aber viele Mitochondrien – und in denen stecken gleich mehrere der DNA-Stränge.

Die Entstehungsgeschichte des Menschen steht in der DNA geschrieben

Erst kürzlich war es Meyer mithilfe solcher mtDNA gelungen, das Genom des mittlerweile ausgestorbenen Höhlenbären Ursus deningeri wiederherzustellen. Dessen Überreste waren neben denen der Frühmenschen in Spanien entdeckt worden. Unklar war jedoch, ob sich auch aus den frühmenschlichen Knochen Erbgut entlocken lassen würde. "Vor zwei Jahren hätte ich es selbst nicht für möglich gehalten", sagt Meyer. 

Die größte Hürde dabei: Mit den Jahrtausenden zerbröselt die DNA und zerfällt in sehr kurze Stücke. Im Labor müssen Forscher die sowieso schon kleinen Erbgut-Reste dann auch noch dermaßen in die Mangel nehmen, dass sie noch weiter zerbrechen. "Die DNA muss gereinigt, verlängert und vervielfacht werden. Dabei setzen wir verschiedene Stoffe ein, die wir hinterher wieder entfernen müssen, was dem Erbgut schadet", erklärt Meyer. Am Ende bleibe oftmals nicht genug zum Auslesen übrig. Nun aber habe sein Team die Methoden verfeinert. "Wir können viel kleinere Sequenzen analysieren und so weiter in die Vergangenheit blicken als je zuvor."

Rund zwei Gramm Oberschenkelknochen brauchte es, um das mitochondriale Genom der Knochengrube-Homininen zu erstellen. "Das ist eine Menge", sagt der Paläoanthropologe Friedemann Schrenk von der Senckenberg-Gesellschaft für Naturforschung. Dennoch ist er mit dem Ergebnis zufrieden: "Mit Knochenvergleichen allein werden wir die Entstehungsgeschichte des Menschen nie erklären können, dazu brauchen wir die DNA der Frühmenschen." In ihr sei die Entstehungsgeschichte festgeschrieben.

Nun also liegt das erste Genom eines Frühmenschen aus dem Mittleren Pleistozän vor. So weit, so gut. Aber was verrät uns das? "Im Moment ist es ein wenig frustrierend, wir wissen es selbst nicht so genau", sagt Meyer.

Paläoanthropologie - Deutsche Forscher gewinnen DNA aus 400.000 Jahre alten Knochen

"Wir haben keine Antwort, aber mehrere Theorien"

Bis jetzt gingen die Forscher davon aus, dass die Menschen aus der spanischen Knochengrube Vorfahren des Neandertalers seien. Äußerlich haben die Knochen tatsächlich Ähnlichkeit miteinander. Die mtDNA darin passt jedoch nicht. Sie ähnelt den osteuropäischen Cousins der Neandertaler, den Denisova-Menschen. Die lebten vor rund 30.000 Jahren im Altai-Gebirge Sibiriens – in einem völlig anderen Teil der Erde und außerdem rund 350.000 Jahre später als die Sima-Homininen.

Wie das sein kann? "Wir haben mehrere Theorien", sagt Meyer. Insgesamt vier mögliche Szenarien haben er und sein Team ausgearbeitet:

Getrennte Linien im selben Lebensraum

Erstens könnten die Sima-Homininen mit Vorfahren der Denisova-Menschen verwandt sein. Das sei jedoch unwahrscheinlich, schreibt die Forschergruppe. Denn dann müssten Denisova-Menschen und Neandertaler gleichzeitig miteinander in Westeuropa gelebt haben, ohne dass sich ihre Gene gemischt hätten. Noch irritierender: Die Frühmenschen aus der Knochengrube sind wohl so alt, dass sie bereits vor der Aufspaltung beider Gruppen existierten.

Sima-Frühmenschen nicht mit Neandertaler verwandt

Die zweite Möglichkeit: Die Knochen in Spaniens Boden gehören zu einer Gruppe, die sich unabhängig von Neandertaler und Denisova-Mensch entwickelte, später aber Erbgut an Letztere weitergegeben hat. Der Schwachpunkt dieser Theorie: Frühmenschen mit Neandertaler-Eigenschaften müssten sich unabhängig von diesen entwickelt haben.

Vorfahre von Neandertaler und Denisova-Mensch

Wahrscheinlicher sei Szenario Nummer drei. Demnach sind die Frühmenschen, deren Erbgut man nun kennt, Vorfahren von beiden Gruppen. Dafür spricht die Ähnlichkeit mit dem Neandertaler dagegen: Sollten die Knochengruben-Homininen die Vorfahren von Neandertalern und Denisova-Menschen repräsentieren, dann muss auch die mitochondriale Linie der Neandertaler in ihnen vorhanden gewesen sein. "Zwei so unterschiedliche mitochondriale DNA in einer Population können aber normalerweise nicht lange erhalten bleiben", sagt Meyer. Das deute daraufhin, dass die Denisova-artige Linie über Austausch mit einer anderen Homininen-Linie in die Sima-Population kam.

Der große Unbekannte

Der letzten These zufolge wurde die Denisova-ähnliche mtDNA von einer anderen, bislang unbekannten Homininen-Population in die Knochengrube eingespeist. Die könnten die Gene dann auch zu den Denisova-Menschen nach Asien gebracht haben. Basierend auf den Fossilien könne mehr als eine Linie zu Zeiten des Mittleren Pleistozän in Europa existiert haben, schreibt die deutsch-spanische Forschergruppe.

Meyer gefällt die Theorie mit dem gemeinsamen Vorfahren am besten – es könne aber selbstredend ganz anders sein. Mühe hat sich sein Team mit den Theorien allemal gemacht. Friedemann Schrenk "kann auch nicht sagen, welches Szenario wahrscheinlicher ist." Das sei aber auch gar nicht allzu wichtig. "Das Entscheidende an diesem Paper ist der Beweis, dass die Methode bei alten Knochen funktioniert", sagt er.

"Damit haben wir einen neuen Zugang zum Ursprung des Homo sapiens", sagt der Paläoanthropologe. "Die Studie zeigt einmal mehr, dass es viel mehr geografische Varianten gibt, als wir bisher angenommen haben." Unsere Evolution sei eben keine Linie und auch kein Baum, sondern ein Busch, fein verzweigt. Und den gelte es zu entwirren.