Das Erbgut einer Frau, die vor rund 30.000 Jahren im Südwesten Frankreichs lebte, verändert das Bild von den Eiszeitmenschen in Europa. Es zeigt, dass sich Gruppen aus dem Westen und aus Mittel- und Osteuropa vermischt haben, obwohl Genetiker sie bisher für weitgehend getrennt hielten. Zugleich gelang es Forschern, menschliche DNA direkt aus 22.000 Jahre alter Höhlenerde zu lesen, ganz ohne Knochen oder Zähne. Die Ergebnisse stützen sich allerdings auf nur wenige Individuen.
Vor 34.000 bis 25.000 Jahren war Europa von einer Kultur geprägt, die Archäologen Gravettien nennen. Werkzeuge, Kunstwerke wie die berühmten Venusfiguren und Grabsitten ähneln sich von der Atlantikküste bis nach Osteuropa so stark, dass viele Forscher an weitreichende soziale Netzwerke dachten. Die Genetik erzählte bislang eine andere Geschichte: Im Erbgut der Eiszeitmenschen zeichneten sich zwei getrennte Gruppen ab, eine westliche und eine östliche, die über Jahrtausende erstaunlich stabil blieben.
Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Wien hat diesen Widerspruch nun ein Stück weit aufgelöst, wie die Hochschule in ihrer Mitteilung zu den neuen Genomdaten berichtet. Die Forscher um den Erstautor Pere Gelabert und den Seniorautor Ron Pinhasi vom Department für Evolutionäre Anthropologie analysierten neue Genomdaten von drei Menschen aus dem Gravettien und kombinierten sie mit menschlicher DNA aus Höhlensedimenten. Die Studie ist im Fachjournal Science Advances erschienen, beteiligt waren auch Forscher der Harvard Medical School sowie Archäologen aus Spanien, Frankreich und Italien.
Den bisherigen Stand der Forschung hatte vor allem eine große Studie im Fachjournal Nature aus dem Jahr 2023 geprägt. Ein Team um den Tübinger Archäogenetiker Cosimo Posth hatte darin das Erbgut von 116 Jägern und Sammlern aus 14 Ländern untersucht, die zwischen 35.000 und 5.000 Jahren vor heute lebten. Für das Gravettien fanden die Forscher zwei klar unterscheidbare Abstammungslinien. Die westliche wird nach der Fournol-Höhle in Südwestfrankreich benannt. Die östliche heißt nach dem tschechischen Fundort Dolní Věstonice und umfasst Menschen aus Mitteleuropa und Italien.
Eine Vermischung beider Linien war bisher nur an einem Ort belegt. Menschen aus der Goyet-Höhle in Belgien, die vor etwa 28.000 bis 26.000 Jahren lebten, trugen Erbgut beider Gruppen in sich. Für Südeuropa fehlten solche Hinweise bislang ganz. Für das gesamte Gravettien, das fast 10.000 Jahre umfasst, stehen laut der neuen Studie Genomdaten von nur rund 25 Individuen zur Verfügung.
Im Mittelpunkt der neuen Arbeit steht ein Knochenfragment aus der Isturitz-Höhle im französischen Baskenland am Westrand der Pyrenäen. Der Knochen einer erwachsenen Frau war schon in den 1950er-Jahren ausgegraben worden. Aus dem Fragment gewannen die Forscher 454.258 genetische Marker, sogenannte Einzelnukleotid-Polymorphismen. Das sind einzelne Stellen im Erbgut, an denen sich Menschen voneinander unterscheiden. Damit gehört der Datensatz zu den umfangreichsten, die es aus dem Gravettien gibt, und ist der älteste genomweite Datensatz eines modernen Menschen aus Südwesteuropa.
Der größte Teil des Erbguts der Frau entspricht der westlichen Fournol-Linie. Statistische Tests zeigten aber, dass sie mehr Erbanlagen mit den Menschen aus Tschechien teilte als andere Individuen aus dem Westen. In Computermodellen testeten die Forscher mehr als 100.000 mögliche Stammbäume. Am besten passte ein Modell, in dem die Frau überwiegend westliche Vorfahren hatte und zusätzlich Erbgut aus einer Bevölkerung erhielt, die eng mit den Vorfahren der Menschen von Dolní Věstonice verwandt war. Ein ähnliches, wenn auch schwächeres Signal entdeckte das Team bei einem bereits früher untersuchten Menschen aus Ormesson bei Paris.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass osteuropäische und westeuropäische Populationen genetisch nicht so isoliert waren, wie bisher angenommen“, sagt Pere Gelabert. „Der Genfluss über so große Entfernungen hinweg eröffnet eine neue Dimension für unser Verständnis davon, wie die Gravettien-Populationen miteinander verbunden waren.“ Zwischen Isturitz und Dolní Věstonice liegen in der Luftlinie rund 1.500 Kilometer.
Aus der Länge der vermischten Erbgutabschnitte lässt sich abschätzen, wann sich zwei Bevölkerungen vermischt haben. Denn mit jeder Generation werden diese Abschnitte durch die Neuverteilung des Erbguts bei der Fortpflanzung kürzer. Für die Frau aus Isturitz ergab die Analyse ein statistisch belastbares Ergebnis: Der Genfluss fand demnach vor etwa 32.500 bis 31.500 Jahren statt, also in der frühen Phase des Gravettien in Westeuropa. Die Schätzung für Ormesson war zwar nicht statistisch signifikant, überschneidet sich aber weitgehend mit diesem Zeitraum. Die Forscher gehen dabei von einem einzelnen Vermischungsereignis aus.
Ob dafür tatsächlich Menschen von Osten nach Westen wanderten, lässt sich aus den Daten allein nicht sicher ablesen. Die Autoren nennen zwei mögliche Erklärungen. Entweder vermischten sich während des Gravettien Gruppen aus beiden Regionen, oder das östliche Signal stammt aus einer noch älteren Bevölkerung, die bereits in Westeuropa lebte. Die Forscher halten die erste Erklärung für wahrscheinlicher, denn das Signal fehlt in älteren Proben aus Belgien und verschwindet nach der Zeit vor 30.000 Jahren wieder aus allen untersuchten Menschen des Südwestens. Das spricht eher für einen zeitlich begrenzten Zustrom als für ein uraltes Erbe.
Auch die Archäologie passt zu diesem Bild. Die Isturitz-Höhle gilt als einer der wichtigsten Fundorte der Altsteinzeit in Südeuropa. Dort fanden Archäologen eine der reichsten Sammlungen tragbarer Kunstwerke der Region, die Objekten aus den Pyrenäen und Kantabrien stark ähneln. Die Höhle liegt am Durchgang zwischen dem übrigen Kontinent und der Iberischen Halbinsel und gilt als sogenannter Aggregationsort, also als Platz, an denen sich verschiedene Gruppen immer wieder trafen, um gemeinsam zu jagen, Waren und Wissen zu tauschen und Partner zu finden. Die neuen Genomdaten stützen die Annahme, dass Isturitz ein solcher Treffpunkt gewesen sein könnte.
Für die Zeit nach dem Gravettien stehen die Forscher vor einem noch größeren Problem. Während des Letzten Glazialen Maximums, des Höhepunkts der letzten Eiszeit vor etwa 26.500 bis 19.000 Jahren, sind menschliche Skelette in Europa extrem selten. Das Team griff deshalb auf eine Methode zurück, die in den vergangenen Jahren stark an Bedeutung gewonnen hat: die Analyse von Sediment-DNA. Menschen und Tiere hinterlassen in Höhlen ständig Spuren ihres Erbguts, etwa über Hautschuppen oder Haare. Ein Teil dieser DNA bindet sich an Mineralkörner im Boden und kann dort unter günstigen Bedingungen Zehntausende Jahre überdauern. Wie lange sich solche Spuren erhalten können, zeigte zuvor auch eine Studie, nach der menschliche DNA Jahrtausende an Höhlenwänden überdauert.
In der El-Mirón-Höhle in Kantabrien im Norden Spaniens untersuchten die Forscher eine Bodenprobe aus der Schicht 122, die per Radiokarbonmethode auf 22.100 bis 21.730 Jahre vor heute datiert ist. In 101 Sequenzierläufen entstanden mehr als eine Milliarde DNA-Sequenzen, darunter mehr als 294.000 eindeutige menschliche Erbgutfragmente. Um Verunreinigungen durch moderne DNA auszuschließen, behielten die Forscher nur Fragmente mit den typischen chemischen Schäden alter DNA. Am Ende blieben 14.737 verwertbare genetische Marker übrig. Das reicht aus, um die Abstammung der damaligen Höhlenbewohner zu bestimmen.
„Sediment-DNA ermöglicht es uns, genetische Informationen aus Zeiträumen zu gewinnen, aus denen keine menschlichen Überreste stammen“, sagt Ron Pinhasi. „Dies gibt uns die Möglichkeit, archäologische Schichten mit der genetischen Abstammung der Menschen in Verbindung zu bringen, die einen Fundort bewohnt haben.“ Das Ergebnis aus El Mirón ist eindeutig: Die DNA gehört zur westlichen Fournol-Linie. Die Menschen im Südwesten Europas überstanden die kälteste Phase der Eiszeit also offenbar, ohne von anderen Gruppen verdrängt zu werden. Das stützt die Vorstellung, dass die Iberische Halbinsel damals ein Rückzugsgebiet war. Die DNA dürfte von mehreren Menschen stammen.
Auch die dritte neue Probe passt zu diesem Bild. Ein Zahn einer Frau aus der Chufín-Höhle in Kantabrien, der erst 2021 bei Ausgrabungen entdeckt wurde, lieferte trotz starker Zersetzung knapp 20.000 genetische Marker. Auch sie gehörte zur westlichen Linie. Zusammen mit früheren Daten zeigen die Ergebnisse, dass diese Abstammung im Südwesten Europas von vor mehr als 30.000 bis vor etwa 21.000 Jahren fortbestand. Das Erbgut von Menschen aus der Eiszeit verrät zudem immer wieder überraschende Details über unsere Herkunft, etwa dass zwei unbekannte Menschenarten in jeder menschlichen DNA stecken.
Ein berührender Befund kommt aus der Höhle Santa Maria di Agnano bei Ostuni in Apulien. Dort war das Grab einer jungen Frau entdeckt worden, die vor etwa 27.800 bis 27.400 Jahren hochschwanger starb. Nun analysierte das Team auch die Knochen des Fötus und gewann 467.368 genetische Marker. Die Daten bestätigen, dass es sich um einen Jungen handelte, der höchstwahrscheinlich ihr Sohn war. Der Vater stammte vermutlich aus derselben Bevölkerung wie die Mutter, war aber nicht eng mit ihr verwandt. Im Erbgut des Fötus fanden die Forscher keine langen identischen Abschnitte, wie sie bei Kindern naher Verwandter auftreten. Die Forscher schließen daraus, dass die Menschen damals Partner wählten, die ein hohes Maß an Inzucht vermieden.
Die Autoren betonen selbst, dass ihre Aussagen auf einer schmalen Datenbasis beruhen. Das zentrale Signal stammt im Wesentlichen von einer einzigen Frau, das zweite aus Ormesson ist statistisch schwächer. Die Datierung setzt voraus, dass es nur einen einzigen Vermischungsschub gab. Auch die Sediment-DNA hat Grenzen: Sie ist stark zersetzt, kann aus mehreren Menschen stammen und lässt sich nicht immer eindeutig einer Bodenschicht zuordnen. Offen bleibt zudem, wie die Menschen im Südwesten Europas vor der Frau aus Isturitz genetisch aussahen, denn aus der davor liegenden Kultur des Aurignacien gibt es dort kein einziges Genom.
Genau hier wollen die Forscher ansetzen. Als vielversprechendes Ziel nennen sie ältere Bodenschichten in der Isturitz-Höhle selbst. Gelaberts Team kombiniert Sediment-DNA zudem mit Analysen von Proteinen, um die ersten Ausbreitungswellen des modernen Menschen quer durch Europa und sein Zusammenleben mit Raubtieren zu erforschen. Die Ergebnisse sind in der Originalstudie in Science Advances nachzulesen.
Science Advances, Early Gravettian genomic data from Western Europe reveal population movements before the LGM; doi:10.1126/sciadv.aeh6128
Universität Wien, Uralte menschliche DNA enthüllt verborgene Verbindungen im Europa der Eiszeit
Nature, Palaeogenomics of Upper Palaeolithic to Neolithic European hunter-gatherers; doi:10.1038/s41586-023-05726-0
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