Der Höhlenbär - Er wurde kleiner und starb aus ...

Ancient DNA kann sich 700.000 Jahre lang erhalten
- Ein neuer Überblicksartikel zum Forschungsstand

Der Ancient-DNA-Forscher David Reich hat einen Überblicksartikel veröffentlicht zum Stand der Ancient-DNA-Forschung, insbesondere hinsichtlich nichtmenschlicher DNA (1). Der Artikel enthält aber auch eine schöne Grafik zu Ort und Zeitstellung jener menschlichen Skelette, deren DNA schon publiziert worden ist (Abb. 1).

Abb. 1: Überblick über menschliche Alte DNA publiziert bis 15.12.2018 (aus: 1)

Das sind schon eine ganze Menge, möchte man meinen. Weitere Dinge, die man in diesem Artikel erfährt*):

• DNA-Reste werden sich nach derzeitigem Kenntnisstand nicht in organischem Material finden, das älter als 700.000 Jahre alt ist.
• Am Besten erhalten sich DNA-Reste nach derzeitigem Wissensstand in Knochen.
• Andere organische Materialien sind zu weich und Bakterien kommen zu leicht an die DNA-Reste heran und können sie zerstören.
• Deshalb wird es künftig schwieriger sein, erhaltene DNA in Pflanzen- als in Tierresten zu finden.
• Am meisten wird man mittels AncientDNA-Forschung in den nächsten Jahren über Tiere und Pflanzen des arktischen Lebensraumes der letzten 700.000 Jahre lernen, weil sich dort die DNA aufgrund der Kälte am besten erhält.
• Auch spielt die wichtige Erkenntnis eine Rolle, daß AncientDNA sich am besten im Innenohrknochen (petrous bone) hält, dem härtesten Knochen des menschlichen Körpers (und vermutlich anderer Tiere). Deshalb konnten in den letzten Jahren auch DNA-Reste im tropischen Pazifik, sowie in semiariden Regionen Südost-, Mittel- und Westasiens gewonnen werden.

Das Schicksal des europäischen Höhlenbärs

Als Beispiel wird angeführt, daß die genetische Geschichte des eiszeitlichen Höhlenbärs auf diese Weise teilweise schon hat aufgeklärt werden können. Er wurde von Menschen verdrängt, wurde über die Jahrtausende kleienr und ist vor 25.000 Jahren ausgestorben. Der Grund liegt vermutlich darin, daß er dieselben Höhlen bewohnte wie die Menschen selbst. Der Braunbär hingegen hat sich bis heute gehalten, hat seine Körpergröße auch nicht verändert. Denn er nutzt andere Schlafplätze. Im heutigen Braunbär sind allerdings auch 1 bis 2 % Gene des Höhlenbären enthalten (1):

Stiller et al. found that European cave bear population sizes decreased significantly over the 25.000 years prior to their extinction, while brown bear populations did not experience the same dramatic collapse. They proposed that the different hibernation strategies of cave bears and brown bears (cave bears hibernate in caves whereas brown bears hibernate in a variety of locations) may have put cave bears in direct competition with humans for access to cave sites.

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*) Das folgende paraphrasiert dieses Zitat:

Despite a wide range of potential sources of aDNA data, there are spatial and temporal limits to aDNA research. To date, the oldest ancient genome comes from an approximately 700 000-year-old horse bone preserved in permafrost. It is unlikely that DNA will preserve in samples that are much older than this, which means aDNA can only be used to study animals and plants that lived during the Middle Pleistocene and especially during the Late Pleistocene and the Holocene. The time periods available for study are even more restricted when working with natural history and museum specimens that represent flora and fauna collected during the past few hundred years. We still do not fully understand the processes that lead to DNA degradation in various types of materials, but preservation conditions in bone seem anecdotally to be better than in other soft tissues from plants and animals, even when they are somewhat intact such as in natural or anthropogenic mummies. As a result, it may be more difficult to obtain very old DNA from plants than animals. While age, temperature, and microbial attack are major factors that destroy DNA, it is unclear how other factors, especially storage conditions for materials after excavation and when they enter museum collections, contribute to DNA destruction. Therefore, it may not always be possible to extract aDNA from otherwise well-preserved archaeological, ethnographic, and natural history collections. The types of ancient habitats that can be studied using aDNA are also limited because of unequal DNA preservation under different environmental conditions. DNA survival depends on thermal age, with higher levels of DNA preservation in temperate and cold environments than in hot equatorial climates. We may be able to learn a great deal about plants and animals that lived in arctic environments, but relatively less about ecological diversity in ancient desert or tropical ecosystems at lower latitudes. For animals with large ranges that extend across multiple environmental zones, high resolution analysis may therefore be much easier for subpopulations that lived in the cooler parts of their original range. Encouragingly, recent technical improvements in aDNA analysis (including more efficient methods of extraction of DNA, conversion of the DNA into a form that can be sequenced, and the realization that the inner ear region of the petrous bone can preserve up to 100 times more DNA than other skeletal elements) have made aDNA analysis in humans sufficiently efficient that high-quality data are now regularly being obtained from hot or tropical regions, and from Middle Pleistocene and Late Pleistocene material in temperate zones. It is reasonable to think that application of similar approaches will enable paleogenomic research in warm regions for non-human species as well. 

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1. The Promise of Paleogenomics Beyond Our Own Species. Autoren: Katherine Brunson, David Reich. In: Trends in Genetics, Volume 35, ISSUE 5, P319-329, May 01, 2019, DOI:https://doi.org/10.1016/j.tig.2019.02.006, https://www.cell.com/trends/genetics/fulltext/S0168-9525(19)30035-6