Vor rund 300 000 Jahren wurde eine Höhle in Südafrika zur letzten Ruhestätte von mindestens 20 Angehörigen der ausgestorbenen Menschenverwandten-Art Homo naledi. Heute haben Forschende festgestellt, dass bei all diesen Individuen offenbar das Y-Chromosom – der genetische Marker für das männliche Geschlecht – fehlt. Sie waren demnach wahrscheinlich alle weiblich.
Mithilfe einer neuartigen Methode zur Untersuchung fossiler Zähne gelang es dem Forschungsteam, chemische Hinweise auf das Geschlecht der Skelette zu gewinnen, ohne diese zu beschädigen. Das Verfahren habe das Potenzial, „die Paläontologie auf Jahrzehnte zu verändern“, sagt Lee Berger, Explorer in Residence der National Geographic Society, Paläoanthropologe an der Wits University in Südafrika und Mitautor der neuen Studie.
Berger und sein Team hatten die Knochen von Homo naledi bereits im Jahr 2013 im Höhlensystem Rising Star nahe Johannesburg entdeckt. Nach einem Hinweis zweier Höhlenforscher stieß das Team in einer tief unter der Erde gelegenen Kammer auf rund 1500 Fossilien. Erreichbar war sie nur durch einen engen Schacht am Ende eines verwinkelten, etwa 30 Meter langen Ganges.
Damals gingen die Forschenden davon aus, dass einige der größeren Skelette männlich waren und dass die Art – wie bei heutigen Säugetieren üblich – ungefähr gleich viele männliche wie weibliche Individuen umfasste. Ein so umfangreicher Fundbestand urzeitlicher Knochen, der ausschließlich einem Geschlecht zuzuordnen ist, wäre in der Paläoanthropologie nahezu beispiellos. Doch die Proben aus der Rising-Star-Höhle, die zuvor als männlich bestimmt worden waren, erweisen sich nun offenbar als weiblich, berichten die Forschenden in einer jetzt in der Fachzeitschrift Cell veröffentlichten Studie.
„Das sind ausgesprochen spannende Ergebnisse. Sie weisen auf die kulturelle und vielleicht sogar symbolische Bedeutung der Fundstelle Rising Star hin“, sagt Katerina Douka, Archäologin an der Universität Wien, die an der Studie nicht beteiligt war. Sofern sich keine alternativen biologischen Erklärungen finden, betrachtet sie den Fund als „eine einzigartige und vielleicht auch rätselhafte prähistorische Entdeckung“.
Eine Art, die immer wieder Erwartungen durchkreuzt
Es ist nicht das erste Mal, dass Homo naledi gängige Annahmen infrage stellt. Die ungewöhnliche Kombination seiner Merkmale gibt der Paläoanthropologie seit Langem Rätsel auf. Auffallend ist das kleine Gehirn. Das Volumen entspricht nur einem Drittel des Gehirns des modernen Menschen. Ebenfalls überraschend: Schultern, die ähnlich wie bei früheren Menschenverwandten besonders gut zum Klettern geeignet waren; und lange Beine, die einen menschenähnlichen, ausdauernden Gang ermöglichten.
Bergers Team vertreten die Auffassung, dass Homo naledi in Rising Star seine Toten bewusst bestattete, Feuer nutzte und mit Steinwerkzeugen symbolische Kreuzschraffuren in die Höhlenwände ritzte. Solche Leistungen werden gewöhnlich Arten mit großem Gehirn zugeschrieben, etwa Homo sapiens.
Die neuen Befunde vertiefen das Rätsel um die Frage, was diese frühen Homininen – der Sammelbegriff für Menschen und ihre ausgestorbenen Verwandten – in der Höhle taten. Berger ist überzeugt, dass sie die Hinweise auf fortgeschrittene geistige Fähigkeiten von Homo naledi weiter stärken.
„Das sollte einem Gänsehaut bereiten“, sagt Berger. „Man blickt auf eine nichtmenschliche Art mit einem Gehirn von der Größe eines Schimpansengehirns, die offenbar zum Ausdruck bringt, dass Weibchen einen eigenen und bedeutsamen Platz haben – einen Ort, der ihnen selbst im Tod vorbehalten ist.“
Wie lässt sich das Geschlecht fossiler Homininen bestimmen?
Die zuverlässigste Methode, das Geschlecht eines Skeletts zu bestimmen, ist die Analyse seiner DNA. Doch genetisches Material zerfällt mit der Zeit – insbesondere in warmen Klimazonen. Zwar verschieben Forschende die Grenzen dessen, was sich an alter DNA noch gewinnen lässt, kontinuierlich. Der bisherige Rekord stammt jedoch aus einer Umweltprobe von 2,4 Millionen Jahre altem Eis aus Grönland. Die älteste bislang entschlüsselte DNA eines Homininen ist etwa 400 000 Jahre alt. Selbst wenn DNA erhalten geblieben ist, können Lücken in der Erbsubstanz die Möglichkeiten der Analyse erheblich einschränken.
Steht keine DNA zur Verfügung, untersuchen Forschende die Knochen selbst. Form und Struktur von Becken und Schädel unterscheiden sich häufig zwischen männlichen und weiblichen Individuen, ebenso die Größe der Zähne.
„Diese morphologischen Merkmale sind recht verlässlich, doch zu hundert Prozent sicher ist das nie“, erklärt Paul Constantino, Biologe am Saint Michael’s College im US-Bundesstaat Vermont, der an der neuen Untersuchung nicht beteiligt war.
Bei fossilen Homininen tritt ein weiteres Problem auf: Die Funde sind oft so selten, dass sich natürliche Variationen nur schwer erkennen lassen. Das wiederum führt immer wieder zu Debatten, ob ein Skelett einem anderen Geschlecht angehört oder sogar einer völlig anderen Art.
Angesichts der Grenzen, die Morphologie und DNA-Untersuchungen setzen, wenden sich Forschende zunehmend einem anderen Informationsspeicher zu: uralten Proteinen, die in Zähnen und Knochen konserviert geblieben sind. Aus den Sequenzen dieser Eiweiße lässt sich unter anderem ableiten, an welcher Stelle eine Art im Stammbaum der Menschheit einzuordnen ist.
Das Labor des Molekularbiologen und Mitautors der Studie Enrico Cappellini an der Universität Kopenhagen hat mithilfe solcher Proteinsequenzen bereits nachgewiesen, dass die heutigen Orang-Utans mit dem vor 1,9 Millionen Jahren lebenden Riesenaffen Gigantopithecus verwandt sind. Zudem lieferten entsprechende Analysen neue Erkenntnisse über die evolutionäre Einordnung ausgestorbener Nashörner und verschiedener Menschenverwandter.
Proteinsequenzen können aber noch mehr verraten: Sie erlauben Rückschlüsse auf das Verhältnis von männlichen und weiblichen Individuen innerhalb fossiler Fundensembles.
Von besonderer Bedeutung ist dabei ein Protein des Zahnschmelzes namens Amelogenin. Dieses Protein weist geringfügige Unterschiede auf – je nachdem, ob es von einem Gen auf dem X-Chromosom oder auf dem Y-Chromosom codiert wird.
Bereits im vergangenen Jahr zeigte eine Amelogenin-Analyse desselben Forschungsteams, dass die weiblichen Individuen der rund zwei Millionen Jahre alten Homininenart Paranthropus robustus keineswegs zwangsläufig kleiner waren als die männlichen. Damit stellten die Forschenden ein weitverbreitetes Stereotyp der Primatenforschung infrage.
Eine bemerkenswert homogene Homininen-Population
Vor diesem Hintergrund wollten Berger, Cappellini und ihr Team die Proteinanalyse nun auf Homo naledi anwenden. Sie hofften, dadurch gleich mehrere Fragen beantworten zu können: Wo lässt sich die Art innerhalb der menschlichen Abstammungslinie einordnen? Wie stark unterscheiden sich die Individuen genetisch voneinander? Und wie groß war die Vielfalt innerhalb der Population?
Zunächst untersuchte das Team lediglich vier Individuen aus der Höhle. Dafür entnahmen sie jeweils ein kleines Stück eines Zahns, um die Proteine des Zahnschmelzes zu sequenzieren.
Dabei fiel etwas Unerwartetes auf. Keines der vier Individuen wies die Y-chromosomale Variante des Proteins Amelogenin auf.
Daraufhin untersuchten die Forschenden weitere Zähne und erprobten zusätzlich ein alternatives, deutlich schonenderes Verfahren. Dabei wird der Zahnschmelz lediglich oberflächlich abgeschabt, anstatt ein Stück aus dem Zahn herauszutrennen. Die so behandelte Stelle sei „nicht größer als das, was ein Zahnarzt anraut, um eine Zahnspange zu befestigen“, sagt Berger.
Von den insgesamt 20 untersuchten Individuen fehlte bei 19 eindeutig die Y-chromosomale Variante; bei einem weiteren Ausreißer war es mit hoher Wahrscheinlichkeit ebenfalls nicht vorhanden.
Selbst bei einem Individuum mit dem Spitznamen „Neo“, das zuvor aufgrund seiner Anatomie als männlich eingestuft worden war, fand sich keinerlei Spur der Y-chromosomalen Form des Amelogenins.
„Wir waren alle völlig überrascht“, sagt Palesa Madupe vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig, Erstautorin der Studie.
Bislang ist nur ein weiterer Fundort bekannt, an dem weibliche Skelette deutlich überwiegen: eine Höhle in Portugal. Dort bringen Forschende die ungewöhnliche Verteilung mit den Bestattungspraktiken neolithischer Gemeinschaften in Verbindung.
„Irgendwo muss es männliche Individuen gegeben haben. Andernfalls hätte diese Art gar nicht existieren können. Also: Wo sind sie geblieben?“
–Paul Constantino, Biologe
Es wird noch rätselhafter: Unter den Homo naledi-Skeletten befinden sich zehn Erwachsene und zehn Heranwachsende, darunter ein Säugling und mehrere Kleinkinder. Keines dieser Kinder war jedoch männlich. Gerade dieser Befund gilt als ungewöhnlich: Da kleine Kinder in hohem Maß auf ihre Mütter angewiesen sind, hätte man erwartet, zumindest einige männliche Säuglinge unter den Bestatteten zu finden. Selbst in den meisten Gesellschaften des Homo sapiens, die Verstorbene nach Geschlecht getrennt bestatten, werden männliche Säuglinge gemeinsam mit ihren Müttern beigesetzt, sagt Berger.
Im Gegensatz zu anderen Arten wie Paranthropus robustus weisen die Knochen von Homo naledi zwischen den einzelnen Individuen nur äußerst geringe Formunterschiede auf. Gerade deshalb überrascht Bernard Wood, Paläoanthropologe an der George Washington University und nicht an der Studie beteiligt, die Möglichkeit nicht besonders, dass sämtliche Funde demselben Geschlecht angehören könnten.
Besonders auffällig sei ein bestimmter Handknochen. „Sie sehen aus, als wären sie in irgendeiner Art Stanzmaschine hergestellt worden“, sagt Wood. „Es gibt überhaupt keine morphologische Variation, und das ist sehr merkwürdig.“ Auch die Proteinsequenzen erwiesen sich als erstaunlich ähnlich.
Wood vermutet deshalb, dass diese Population über längere Zeit isoliert im südlichen Afrika gelebt haben könnte. Möglicherweise stammte sie von nur wenigen Gründungsindividuen ab und bewahrte deshalb eine vergleichsweise geringe genetische Vielfalt.
Von der Biologie zur Kultur
Die Wahrscheinlichkeit, unter 20 zufällig ausgewählten Menschen ausschließlich weibliche Individuen zu finden, ist verschwindend gering – nach Berechnungen des Forschungsteams liegt sie bei lediglich 0,0000954 Prozent. Die entscheidende Frage lautet daher: Wie konnte eine solche Situation bei Homo naledi entstehen?
In seltenen Fällen kann das Gen für Amelogenin auf dem Y-Chromosom tatsächlich verloren gehen. Auch bei heutigen Menschen sind entsprechende Mutationen bekannt. Solche Fälle sind jedoch selten: In einer österreichischen Population wurde eine Rate von 0,18 Prozent festgestellt, in einer pakistanischen Population eine von acht Prozent.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das Y-Chromosom im Laufe der Zeit stärker degradiert ist als das X-Chromosom. In solchen Fällen können Proben fälschlicherweise als weiblich eingestuft werden, erläutert Carles Lalueza-Fox, Molekularbiologe an der Universität Barcelona, der an der Studie nicht beteiligt war. Deshalb ist er bislang nicht überzeugt, dass tatsächlich alle Skelette weiblich sind. Erst weitere Analysen könnten solche Fehlzuordnungen ausschließen.
Die Studienautoren halten dieses Szenario jedoch für wenig wahrscheinlich. Sie verweisen darauf, dass die männliche Variante des Amelogenins sowohl bei Paranthropus robustus als auch dem noch älteren Homininen Australopithecus afarensis nachwiesen ließ. Beide Arten sind älter als Homo naledi und hätten daher eigentlich noch stärker von molekularem Zerfall betroffen sein müssen.
Sollten die Individuen tatsächlich weiblich gewesen sein, könnte ein bislang unbekanntes Verhaltensmuster dieser frühen Homininen dahinterstehen.
Constantino spekuliert, dass Gruppen von Homo naledi möglicherweise weniger männliche als weibliche Individuen aufgewiesen haben könnten – ähnlich wie heutige Berggorillas oder Mantelpaviane (Papio hamadryas), deren Sozialverbände häufig von einem einzelnen dominanten Männchen geprägt werden.
Ebenso denkbar sei eine geschlechtsspezifische Arbeitsteilung. Vielleicht waren die Männchen vor allem für Jagdaufgaben oder die Überwachung des Territoriums zuständig.
Noch reichen die Indizien nicht aus, um zu verstehen, welche Rolle die tiefen Bereiche des Rising-Star-Höhlensystems im Leben von Homo naledi spielten. Sicher ist bislang nur eines: Die dunklen Kammern wurden für sie zur letzten Ruhestätte.
Handelt es sich um kulturelles Verhalten?
Wood, der nicht davon überzeugt ist, dass es sich bei den Funden in Rising Star um absichtliche Bestattungen handelt – also um Gräber, die bewusst ausgehoben oder Tote gezielt niedergelegt wurden –, hält ein anderes Szenario für denkbar: Homo naledi könnte die Leichname weiblicher Individuen in die Höhle gebracht und sie dort nach ihrem Tod abgelegt haben.
Anderen Hypothesen zufolge könnten Wasserläufe oder Raubtiere die Knochen in die Höhle transportiert haben. Doch auch diese Erklärungsansätze weisen erhebliche Schwächen auf.
Abgesehen von irgendeiner Form kulturellen Verhaltens gebe es „eigentlich keine andere Erklärung dafür, warum sich in diesem Höhlensystem nur Individuen eines Geschlechts finden“, sagt Wood. Zumindest keine natürliche.
Berger geht noch einen Schritt weiter. Für ihn liefert der Ausschluss männlicher Skelette Hinweise auf eine Praxis, die ein Maß an abstraktem Denken voraussetzt, das bislang nur dem Menschen zugeschrieben wurde.
„Wir haben Hinweise auf eine Trennung der Toten nach Geschlecht und damit wahrscheinlich sogar nach sozialem Geschlecht“, sagt er. „Das ist ein klarer Beleg für Kultur bei einer nichtmenschlichen Art.“
Andere Forschende mahnen jedoch zur Vorsicht. Beatrice Demarchi, biomolekulare Archäologin an der Universität Turin, hält kulturelle Schlussfolgerungen auf Grundlage der bisherigen Daten für verfrüht. Jenseits evolutionsbiologischer Muster sei es außerordentlich schwierig, biologische Informationen aus der Vergangenheit zu interpretieren – insbesondere, wenn der Fundkontext so begrenzt und einzigartig sei wie bei Homo naledi.
Ein Durchbruch für die Paläoanthropologie
Unabhängig von den offenen Fragen zeigt die Studie vor allem eines: Welches Potenzial in fossilen Proteinen steckt, wenn Knochen keine eindeutigen Antworten liefern und DNA längst zerfallen ist.
Constantino bezeichnet die neue, besonders schonende Probenahmemethode als einen „Durchbruch“ für die Paläoanthropologie.
Ein großer Teil des fossilen Homininenbestandes besteht aus Zähnen – an manchen Fundstellen sogar in beträchtlicher Zahl. Zu wissen, wie viele der Individuen männlich oder weiblich waren, könne wichtige Hinweise auf die Sozialstruktur dieser frühen Populationen und sogar auf ihre Fortpflanzungssysteme liefern.
Mehrere Wissenschaftler äußerten die Hoffnung, dass die Methode künftig auch auf Fossilien aus Ostafrika anwenden lässt. Dazu gehört etwa Paranthropus boisei, dessen Eigenständigkeit als Art immer wieder diskutiert wird.
Die Methode könnte zudem langjährige Annahmen über das Geschlecht berühmter Fossilien wie „Lucy“ überprüfen oder Debatten um rätselhafte Funde wie „Mr./Mrs. Ples“, den vollständigsten bislang entdeckten Schädel von Australopithecus africanus, entscheiden.
„Es ist wunderbar zu sehen, wie fossile Proteine das Fenster zur Vorgeschichte ein Stück weiter öffnen und uns unseren Homininen-Verwandten näherbringen“, sagt Douka.
Wo sind die männlichen Individuen geblieben?
Für Homo naledi bleiben die großen Fragen zunächst unbeantwortet. Bis heute sind weder eindeutige Vorfahren noch direkte Nachfahren dieser Menschenart bekannt. Und auch das Rätsel der fehlenden Y-Chromosomen lässt die Forschenden nicht los.
Besonders Palesa Madupe beschäftigt die Möglichkeit, dass sich irgendwo in den noch weitgehend unerforschten Bereichen der Molekularbiologie eine Erklärung für das Ausbleiben des männlichen Proteinsignals verbirgt. Sollte sich eine solche Erklärung finden, „wäre das eine großartige Entdeckung“, sagt sie.
Letztlich könnte nur der Fund eines zweifelsfrei männlichen Skeletts die Frage beantworten. Lee Berger schätzt, dass im weit verzweigten Rising-Star-Höhlensystem noch Dutzende weitere Skelette auf ihre Entdeckung warten könnten.
Eine bemerkenswerte Ironie der Forschung
Vorerst bleibt den neuen Erkenntnissen eine eigentümliche Ironie. Die extrem engen Felsspalten, durch die man heute in das Rising-Star-Höhlensystem gelangt, waren für viele männliche Forschende schlicht zu schmal. Deshalb bestand das erste Team von Paläoanthropologinnen, das die Fossilien freilegte, ausschließlich aus Frauen.
Dass nun ausgerechnet weibliche Fossilien von einem rein weiblichen Forschungsteam entdeckt wurden, sei, so Berger, „eine jener wunderbaren Ironien, die Wissenschaft und Entdeckungsreisen manchmal bereithalten“.
Die gemeinnützige National Geographic Society, die sich dafür einsetzt, die Wunder unserer Welt zu erforschen und zu bewahren, förderte die Forschungsarbeiten ihres Explorer in Residence Lee Berger.