In gefrorenem Erdhörnchen-Kot aus dem Permafrost im Yukon in Kanada steckt Mammut-DNA, dazu Erbgut von Steppenbisons und Wildpferden. Forscher der McMaster University rekonstruierten aus den eiszeitlichen Kotkügelchen laut Nature Communications 18 Mitochondrien-Genome. Die älteste Probe ist rund 700.000 Jahre alt und stammt von einer bislang unbekannten Erdhörnchen-Linie.
Kotkügelchen, kaum größer als die eines Kaninchens, haben Forscher zu einem der reichsten Erbgut-Archive der Eiszeit gemacht. Das Team um den Erstautor Tyler Murchie vom Hakai Institute und den Genetiker Hendrik Poinar vom Ancient DNA Centre der McMaster University im kanadischen Hamilton, untersuchte uralten, im Dauerfrostboden eingefrorenen Kot aus Bauen von Erdhörnchen. Die Proben stammen aus den Goldfeldern der Klondike-Region im Yukon, wo sie zwischen 2007 und 2021 geborgen wurden. Mit modernen Sequenzierverfahren lasen die Forscher alle DNA-Bruchstücke aus, die in den Kotpellets erhalten geblieben waren. Heraus kam ein genetisches Abbild einer ganzen Landschaft, die es heute nicht mehr gibt: der Mammutsteppe, einer trockenen Gras- und Kräutersteppe, in der einst Mammuts, Pferde, Bisons, Löwen und Säbelzahnkatzen lebten. Wie das Mammut-Erbgut in den Kot kam, ist nicht endgültig geklärt: Die Nager fraßen womöglich Aas großer Tiere, ein Teil könnte aber auch aus den Vorräten in ihren Bauen stammen.
Arktische Erdhörnchen, auch Arktische Ziesel genannt, gelten zwar als Pflanzenfresser, sind aber Gelegenheitsfresser. Neben Gräsern, Blüten, Samen, Pilzen und Insekten fressen sie auch Aas. Beobachter auf der St.-Lorenz-Insel vor Alaska sahen die Tiere an Walross- und Walkadavern, andere berichten, dass sie Vogeleier, Küken und sogar andere Nagetiere fressen. Nach dem bis zu sieben Monate langen Winterschlaf sind sie besonders hungrig. Ein totes Mammut auf der eiszeitlichen Steppe wäre für sie eine gewaltige Nahrungsquelle gewesen. Hinzu kommt eine zweite Erklärung: „Die Arktischen Erdhörnchen, die heute im Yukon leben, verhalten sich ein bisschen wie Packratten“, sagt Tyler Murchie. „Sie ziehen durch die Landschaft, sammeln alle möglichen Pflanzenteile, Knochen und Samen und bringen sie in ihren Bau.“ Erbgut aus solchen Vorräten oder aus dem umgebenden Boden könnte also in die Kotkügelchen gelangt sein. Gegen eine starke Verunreinigung von außen spricht, dass sich die Bakteriengemeinschaft im Kot deutlich von der in den benachbarten Permafrostböden unterscheidet. Ganz ausschließen können die Forscher den Eintrag aus dem Bau nach eigenen Angaben aber nicht.
Die Klondike-Region im Zentrum des Yukon war während der gesamten Eiszeit eisfrei, der Boden aber dauerhaft gefroren. Die Erdhörnchen gruben ihre Baue in die oberste Bodenschicht, die im Sommer auftaut. Später froren die Baue samt Nestern, Vorräten und Kot ein und blieben über Zehntausende bis Hunderttausende Jahre versiegelt. Das Alter der Proben bestimmten die Forscher mit der Radiokarbonmethode und über Lagen vulkanischer Asche, deren Alter bekannt ist. Vier datierte Proben sind zwischen rund 17.200 und 36.000 Jahre alt, weitere liegen in Ascheschichten von etwa 29.000 und etwa 80.000 Jahren. Die älteste Probe fand sich unter der sogenannten Gold-Run-Asche, die auf 688.000 Jahre plus oder minus 44.000 Jahre datiert ist. Aus derselben Gegend stammt auch das gefrorene Wollhaarmammutbaby, das Goldsucher in Kanada entdeckten. Bezogen auf die eingesetzte Probenmenge lieferte der Kot laut Studie sogar mehr verwertbares Erbgut von Pflanzen und Tieren als Knochen oder Bodenproben aus dem Permafrost. Pro Analyse setzten die Forscher nur 0,1 bis 0,2 Gramm Kot ein.
Insgesamt analysierten die Forscher 13 eiszeitliche Kotproben von Erdhörnchen und zum Vergleich eine deutlich jüngere Probe, die sich als Kot eines Schneeschuhhasen herausstellte. In den eiszeitlichen Proben fanden sie Erbgut von Wollhaarmammut, Steppenbison, Pferd, Karibu, vermutlich Dallschaf, Wolf oder Kojote, Pfeifhase, Lemmingen und einer Großkatze, entweder Puma oder Amerikanischer Gepard. Dazu kamen mehr als 200 Pflanzengruppen, vor allem typische Steppenpflanzen wie Arktischer Wegerich, Beifuß, Schafgarbe und Weiden, außerdem Käfer, Heuschrecken und 404 Gattungen von Bakterien und Archaeen. Aus besonders gut erhaltenem Material setzten die Forscher 18 Mitochondrien-Genome zusammen, also das Erbgut der Kraftwerke in den Zellen: zwölf von Erdhörnchen, drei von Pferden, zwei von Steppenbisons und eines vom Schneeschuhhasen. Sechs weitere Mitochondrien-Genome von Mammuts wollen die Forscher in einer eigenen Arbeit vorstellen. Schon früher hatten Forscher Mammut-Erbgut in Bodenproben aus dem Permafrost gefunden und daraus geschlossen, dass Mammuts noch vor 5.700 Jahren in Alaska lebten.
Das Erbgut der Kotproduzenten selbst brachte eine Überraschung. Bislang galten fossile Erdhörnchen aus dem Zentrum des Yukon als Vertreter derselben Art, die dort heute lebt, des Arktischen Ziesels Urocitellus parryii. Die Mitochondrien-Genome der eiszeitlichen Tiere passen aber nicht zu den heutigen Erdhörnchen im Yukon. Sie gehören zu einer Linie, deren nächste Verwandte heute in Alaska und Sibirien vorkommen. Die beiden Gruppen trennten sich nach den Berechnungen vor rund 421.000 Jahren. Noch weiter zurück reicht das Erdhörnchen aus der 700.000 Jahre alten Probe. Es gehört zu einer bislang unbekannten Linie, deren engster heute lebender Verwandter, das Langschwanz-Ziesel, nur noch in Sibirien, der Mongolei, China und Kasachstan vorkommt. Beide Linien trennten sich vor etwa 1,1 Millionen Jahren. Das Genom ist laut Studie das älteste, das je aus Kot rekonstruiert wurde, und teilt sich unter den ältesten Mitochondrien-Genomen aus einzelnen Fundstücken den dritten Platz. Die fünf ältesten stammen alle aus Beringia, der Region aus Alaska und dem Yukon, die in der Eiszeit über eine Landbrücke mit Sibirien verbunden war. Sie gehören zu Mammut, Pferd und nun dem Erdhörnchen.
Altes Erbgut ist anfällig für Verunreinigungen. Die Forscher prüften deshalb jeden Arbeitsschritt mit 13 Negativkontrollen, die keine der Signale aus den Kotproben enthielten. Typische Schäden an den Enden der DNA-Bruchstücke belegen zudem, dass das Erbgut tatsächlich alt ist: Bei der jungen Hasenprobe lag die Rate bei rund 5 Prozent, bei den eiszeitlichen Proben zwischen etwa 10 und 50 Prozent. Spuren menschlicher DNA fanden sich auch in den Kontrollen und gehen daher auf moderne Verunreinigung zurück. Die Hasenprobe diente als Gegenprobe: Sie enthielt Fichte, Birke und Erle aus der heutigen Waldlandschaft, aber keine Spur der eiszeitlichen Steppentiere. Grenzen hat die Studie dennoch. Die Zahl der Proben ist klein, mehrere Kotkügelchen einer Fundstelle wurden für die Analyse vermischt, und die Stammbäume beruhen nur auf dem Erbgut der Mitochondrien. Ob die Mammut-DNA aus der Nahrung oder aus dem Bau stammt, wollen die Forscher künftig klären, indem sie nur das Innere einzelner Kotkügelchen untersuchen und Bodenproben außerhalb der Baue vergleichen.
„Die Forschung zeigt, dass die Kotkügelchen von Erdhörnchen bemerkenswert vielfältige genetische Momentaufnahmen des alten Beringia bewahren“, sagt Hendrik Poinar. „Sie helfen, frühere Umwelten bis tief in die Vergangenheit zu rekonstruieren, und geben Einblicke in Umweltveränderungen, die Evolution der Großtiere, ihre Ausbreitung und schließlich ihr Aussterben.“ Die Forscher wollen im Erbgut nach Genen suchen, die sich in früheren Klimawechseln verändert haben. „Das kann uns helfen, darüber nachzudenken, wie sich Tiere heute an die aktuelle Erwärmung anpassen können oder eben nicht“, sagt Poinar. Auf sozialen Medien wurde der Fund vor allem mit Plänen in Verbindung gebracht, das Mammut wiederzubeleben. Ein Unternehmen will etwa, dass das erste lebende Mammut 2028 geboren wird. Die Studie selbst befasst sich damit nicht. Sie zeigt vielmehr, dass unscheinbare Kotkügelchen ganze Ökosysteme der Eiszeit bewahren können. Die Arbeiten fanden mit Erlaubnis der First Nation Tr’ondëk Hwëch’in statt, auf deren traditionellem Gebiet die Fundstellen liegen.
McMaster University, Ancient ground squirrel droppings reveal rich details about evolutionary history of the Arctic
Nature Communications, Ground squirrel coprolites preserve complex archives of ancient environmental DNA over 700,000 years; doi:10.1038/s41467-026-72977-6
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