Das Rätsel des genetischen Austauschs zwischen Ostasiaten und Denisova-Menschen wurde in den Höhlen des Qinghai-Tibet-Plateaus gelöst

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Niu Changtai (PhD, Nanjing Institute of Geology and Paleontology, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die neuesten Geheimnisse der Biowissenschaften zu entschlüsseln, hat das Spitzentechnologieprojekt von China Science Popularization eine Artikelserie mit dem Titel „Neues Wissen über das Leben“ veröffentlicht, die Lebensphänomene interpretiert und die Geheimnisse der Biologie aus einer einzigartigen Perspektive enthüllt. Tauchen wir ein in die Welt des Lebens und erkunden wir die unendlichen Möglichkeiten.

Eine 2014 in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Studie ergab, dass die Mutation des EPAS1-Gens, die den Tibetern bei der Anpassung an die Umgebung des Hochplateaus hilft, wahrscheinlich von den Denisova-Menschen geerbt wurde. Da auch eine kleine Zahl von Han-Chinesen ähnliche Mutationen aufweist, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Vorfahren der ostasiatischen Völker, darunter Tibeter und Han-Chinesen, einen genetischen Austausch mit den Denisova-Menschen hatten und die Mutation des EPAS1-Gens von den Denisova-Menschen erbten. Nachdem die Vorfahren der Tibeter auf dem Qinghai-Tibet-Plateau angekommen waren, verbreitete sich die Denisova-artige EPAS1-Genmutation aufgrund der natürlichen Selektion niedriger Sauerstoffkonzentrationen schnell unter den Tibetern und half ihnen erfolgreich, sich an die Umgebung des Plateaus anzupassen.

Doch wann und wo fand der genetische Austausch zwischen Ostasiaten und Denisova-Menschen statt? Konnten die Denisova-Menschen tatsächlich auf dem Qinghai-Tibet-Plateau leben?

Chinesische Paläoanthropologen und Archäologen fanden die Antwort in der Baishiya-Höhle auf dem Qinghai-Tibet-Plateau.

Magisches Baishiya – die ehemalige Residenz der Denisova-Menschen auf dem Qinghai-Tibet-Plateau

Die Baishiya-Höhle, etwa nördlich des Kreises Xiahe im Autonomen Bezirk Gannan der Tibeter in der Provinz Gansu gelegen, ist eine Studienhöhle des tibetisch-buddhistischen Tempels Baishiya und zieht viele Gläubige und Mönche an, die hierher pilgern und praktizieren. Gleichzeitig ist die Landschaft hier wunderschön und viele Touristen kommen hierher.

Eingang zur Baishiya-Höhle

(Bildquelle: Referenz 9)

Im Jahr 1980 entdeckte ein einheimischer Lama in Xiahe bei einer Übung in der Baishiya-Höhle ein fossiles menschliches Unterkieferfragment. Das Fossil ging durch die Hände vieler Menschen und gelangte schließlich in die Hände des Akademikers Chen Fahu.

Xiahe-Fossil Nr. 1, einschließlich der rechten Seite eines Unterkiefers und zwei Backenzähnen darüber.

(Foto mit freundlicher Genehmigung von Professor Zhang Dongju)

Nach dem Erhalt dieses Fossils stand Chen Fahus Team vor drei Fragen: Erstens nach dem Fundort, zweitens nach dem Alter des Fossils und drittens nach der Art des Urmenschen, zu dem das Fossil gehörte.

Seit 2010 leitet Chen Fahu das Team für Umweltarchäologie der Universität Lanzhou, das das gesamte Gebiet von Xiahe untersucht, um den Ursprung des Fossils zu finden. Nach sechs Jahren der Untersuchung entdeckten sie 2016 schließlich Steinwerkzeuge und Tierknochenfossilien in der Baishiya-Höhle und bestätigten damit, dass die Höhle von prähistorischen Menschen bewohnt worden war. Gleichzeitig kamen sie durch Vergleiche mit über einem Dutzend Höhlen in der Umgebung zu dem Schluss, dass Baishiya der geeignetste Ort für das Leben der Urmenschen war. Aufgrund der besonderen Beschaffenheit der Höhle konnte das Team der Lanzhou-Universität jedoch erst im Dezember 2018 mit den Ausgrabungsarbeiten im Inneren der Höhle beginnen.

Doch obwohl die Arbeit so dringend war, veröffentlichte ein internationales wissenschaftliches Forschungsteam unter der Leitung von Akademiemitglied Chen Fahu und Professor Zhang Dongju bereits im zweiten Jahr, am 2. Mai 2019, in der Zeitschrift Nature einen Artikel über die Chronologie und Paläoproteomik des menschlichen Fossils aus der Baishiya-Karsthöhle.

Im Rahmen der Studie wurde eine Uranreihen-Datierungsanalyse der Karbonatknollen durchgeführt, die den Unterkiefer umschlossen, und man kam zu dem Ergebnis, dass das Fossil vor 160.000 Jahren entstanden ist. Zuvor waren die ersten Aufzeichnungen menschlicher Aktivitäten auf dem Qinghai-Tibet-Plateau nur 40.000 Jahre alt. Durch die Entdeckung dieses Fossils wurde dieser Rekord um 120.000 Jahre nach vorne verschoben. Eine Analyse des Ur-Proteoms des Fossils ergab, dass seine Aminosäuresequenz der Denisova-Mensch-Sequenz aus der Denisova-Höhle im Altai-Gebirge am nächsten kommt. Das bedeutet, dass der Urmensch, der durch dieses Fossil repräsentiert wird – der Xiahe-Mensch – wahrscheinlich ebenfalls ein Denisova-Mensch war. Dies beweist auch, dass die Denisova-Menschen Zehntausende Jahre vor der Ankunft des modernen Menschen auf dem Qinghai-Tibet-Plateau angekommen waren und sich an die dortige sauerstoffarme Umgebung anpassen konnten.

Da das Volk der Xiahe jedoch nur durch eine Aminosäuremutation in ihrem Proteom mit den Denisova-Menschen verwandt ist und es an Beweisen aus alter DNA mangelt. Zudem ist unklar, in welcher Schicht die Fossilien der Xiahe gefunden wurden. Daher haben einige Wissenschaftler weiterhin Zweifel, ob es sich bei den Xiahe um Denisova-Menschen handelt und ob es in der Baishiya-Höhle Denisova-Aktivitäten gab.

Eine weitere, am 30. Oktober 2020 im Fachmagazin Science veröffentlichte Studie konnte diese Zweifel vollständig zerstreuen.

Das von Zhang Dongju geleitete Team für Umweltarchäologie der Universität Lanzhou arbeitete mit dem Forscher Fu Qiaomie vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammen, um die Sedimente in der Baishiya-Höhle zu schichten und zu datieren, eine Alterseinstufung für die Sedimente der Baishiya-Höhle zu erstellen und alte DNA aus diesen Sedimenten zu extrahieren, wobei mitochondriale DNA vieler Säugetiere und Urmenschen entdeckt wurde. Unter anderem wurde die frühe menschliche DNA in Sedimenten gefunden, die etwa 100.000 Jahre, 60.000 Jahre und möglicherweise 45.000 Jahre alt sind. Durch einen Vergleich mit der in der Vergangenheit entdeckten alten menschlichen DNA wiesen diese alten menschlichen DNAs die größte Ähnlichkeit mit der mitochondrialen DNA der verstorbenen Denisova-Menschen in der Denisova-Höhle im Altai-Gebirge vor 80.000 bis 50.000 Jahren auf. Diese Funde beweisen nicht nur, dass die Denisova-Menschen tatsächlich in der Baishiya-Höhle lebten, sondern auch, dass ihre Lebensperiode möglicherweise von vor 160.000 Jahren bis vor etwa 45.000 Jahren gedauert hat.

Bisher wissen wir bereits, dass die Denisova-Menschen die Baishiya-Höhle als Basis nutzten und mehr als 100.000 Jahre lang am nordöstlichen Rand des Qinghai-Tibet-Plateaus lebten. Auf welche Ressourcen waren sie also angewiesen, um so lange zu überleben?

Leben der Denisova-Menschen auf dem tibetischen Plateau

Tatsächlich hatten Forscher bereits bei den Ausgrabungsarbeiten in den Jahren 2018 und 2019 Tausende von Tierknochenfossilien und Zehntausende von Steinwerkzeugen in der drei Meter dicken kulturellen Sedimentschicht von Baishiya entdeckt. Die Sedimenteigenschaften zeigten außerdem, dass die Sedimente in der Höhle nicht gestört und an Ort und Stelle angesammelt worden waren. Dies bedeutet, dass diese Tierknochen höchstwahrscheinlich von den Denisova-Menschen hinterlassen wurden.

Erste archäologische Funde aus der Tiergeschichte haben ergeben, dass es sich dabei um kleine und mittelgroße Tiere wie Antilopen, Füchse und Murmeltiere sowie große und mittelgroße Tiere wie Nashörner, Bisons und Hyänen handelt. Ihre Knochen sind stark gebrochen und weisen Spuren menschlicher Hack- und Brandverletzungen auf, was beweist, dass die Denisova-Menschen diese Tiere einst nutzten.

Am 3. Juli 2024 leiteten Professor Zhang Dongju von der Fakultät für Ressourcen und Umwelt der Universität Lanzhou und Akademiker Chen Fahu vom Institut für die Erforschung des tibetischen Plateaus der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gemeinsam das Team für paläolithische Umweltarchäologie der Universität Lanzhou und veröffentlichten in Zusammenarbeit mit einer Reihe ausländischer Forschungseinrichtungen gemeinsam in Nature detailliertere Ergebnisse zur Tierarchäologie und zur Erforschung des antiken Proteoms in der Baishiya-Höhle und entdeckten neue Denisova-Fossilien. Im Rahmen der Studie wurden zooarchäologische Untersuchungen an 2.567 Tierknochenfossilien durchgeführt. Dabei wurden auch die biologischen Arten, zu denen diese Tierfossilien gehörten, sowie die Spuren menschlicher Nutzung identifiziert, die auf ihnen zurückgeblieben sind. Darunter wurden 2005 Tierknochen klassifiziert und identifiziert und 1857 Knochen einer Paläoproteomanalyse unterzogen. Anhand dieser Knochenfragmente konnten mehr als 20 Wirbeltierarten identifiziert werden, darunter große und mittelgroße Pflanzenfresser wie Blauschaf, Argali, Wildyak, Rothirsch, Tibetantilope, Moschustier, Wildpferd, Wollnashorn und schließlich Fleischfresser wie Tüpfelhyäne, Leopard, Wiesel, Steinmarder, Wolf, Tibetfuchs und andere Fleischfresser, Vögel wie Fasan, Steinadler und Wachtel sowie kleine Säugetiere wie Plateaukaninchen, Pfeifhase, Rillenzahn-Gleithörnchen, Murmeltier, Feldmaus, Stachelschwein und Gansu-Zokor. Mit Ausnahme des ausgestorbenen Wollnashorns und der letzten Tüpfelhyäne leben die meisten dieser Tiere noch heute auf dem Qinghai-Tibet-Plateau.

Diese Tiere spiegeln auch den Lebensraum der Denisova-Menschen auf dem Qinghai-Tibet-Plateau wider. Ein großer Anteil der Tierknochen stammt von tibetischen Antilopen, wilden Yaks und Wildpferden, was darauf schließen lässt, dass das Gangga-Becken, in dem sich die Baishiya-Höhle befindet, hauptsächlich von Grasland geprägt ist. Gleichzeitig weist das Vorkommen von Rothirschen, Moschustieren, Rillenzahn-Gleithörnchen und Stachelschweinen auf die Existenz einer kleinflächigen Wald- und Strauchlandschaft hin. Die durch die Tierknochenkombination wiedergegebene Umgebung unterscheidet sich nicht wesentlich von der Umgebung des Gangga-Beckens, in dem sich heute die Baishiya-Höhle befindet. Das heißt, es handelt sich hauptsächlich um Grasland mit Waldsträuchern, die über Hügel und Flusstäler verteilt sind. Dies ist auch die Umgebung, in der die Denisova-Menschen mehr als 100.000 Jahre lang lebten.

Außenansicht der Baishiya-Höhle. Die Denisova-Menschen leben seit mehr als 100.000 Jahren auf diesem Grasland.

(Bildquelle: Referenz 6)

Unter den 2005 Tierknochen wurden an 386 Stücken bzw. 19,3 % der Knochenfragmente Spuren menschlicher Bearbeitung gefunden. Zu diesen Verarbeitungsprozessen gehörten das Häuten, Zerstückeln, Entfleischen, Knochenklopfen und Marksaugen usw. Aus einigen Knochen versuchte man auch, einfache Werkzeuge herzustellen. Gleichzeitig gab es Hinweise darauf, dass sowohl Pflanzenfresser als auch Fleischfresser, Vögel und kleine Säugetiere zum Einsatz kamen. Dies zeigt, dass die Denisova-Menschen über ein breites Beutespektrum verfügten und die erbeutete Beute umfassend verwerteten und verarbeiteten.

Spuren menschlicher Nutzung auf Tierknochen, die in der Baishiya-Höhle gefunden wurden.

(Bildquelle: Referenz 3)

Unter Tausenden von Tierknochen ergab eine vorläufige Analyse des alten Proteoms einer Rippe, dass diese sich von der von Tieren rund um das Qinghai-Tibet-Plateau unterschied. Morphologische Untersuchungen zeigten zudem, dass diese Rippe höchstwahrscheinlich einem Menschen gehörte. Eine detailliertere Shotgun-Proteomik-Analyse ergab, dass die Aminosäuresequenz des urzeitlichen Proteoms dieser Rippe der des Denisova-Menschen sehr ähnlich war, und man kann davon ausgehen, dass es sich bei den urzeitlichen Menschen, die sie repräsentiert, um den Denisova-Menschen handelt. Diese Rippe wurde in der dritten Sedimentschicht gefunden, die etwa 48.000–32.000 Jahre alt ist. Dies bedeutet, dass vor etwa 40.000 Jahren noch Denisova-Menschen in der Baishiya-Höhle lebten.

Zuvor war das jüngste Denisova-Fossil Nr. 3, das in der Denisova-Höhle im Altai entdeckt wurde, 76.000 bis 52.000 Jahre alt. Das neu entdeckte Fossil Xiahe Nr. 2 in der Baishiya-Höhle war 40.000 Jahre alt und brach damit den jüngsten Überlebensrekord der Denisova-Menschen. Gleichzeitig stimmt dieses Alter auch mit dem Alter der frühesten modernen menschlichen Stätte auf dem Qinghai-Tibet-Plateau überein, der Niadi-Stätte, die 45.000 bis 30.000 Jahre alt ist. Ausgehend von der Überlebenszeit ist es daher tatsächlich möglich, dass sich moderne Menschen und Denisova-Menschen begegneten und ein genetischer Austausch stattfand. Dieser genetische Austausch könnte dafür gesorgt haben, dass der moderne Mensch vor 40.000 Jahren den Gipfel des Qinghai-Tibet-Plateaus erreichen konnte, und könnte sogar zur Mutation des EPAS1-Gens bei den heutigen Tibetern beigetragen haben.

Das neu entdeckte uralte menschliche Rippenfossil Xiahe 2 (Xiahe 2) weist nach einer Analyse des Ur-Proteoms eine enge Verwandtschaft mit den Denisova-Menschen auf.

(Bildquelle: Referenz 3)

Zukunftsaussichten

Aufgrund der vielen Denisova-Fossilien, alten Proteome und alten DNA, die in den letzten Jahren in den in der Baishiya-Höhle entdeckten Sedimenten gefunden wurden, können wir sicher sein, dass die Denisova-Menschen tatsächlich die Fähigkeit besaßen, in großen Höhen zu leben. Zur gleichen Zeit wurden im südostasiatischen Laos 164.000 bis 131.000 Jahre alte Denisova-Zahnfossilien entdeckt, die darauf hindeuten, dass sich die Denisova-Menschen auch an das feucht-heiße Klima tropischer Regionen anpassen konnten. Molekularanthropologische Studien am modernen Menschen zeigen zudem, dass dieser einen genetischen Einfluss auf die heutigen Menschen in Ostasien und Südostasien hat. Das bedeutet, dass die geographische Verbreitung der Denisova-Menschen recht groß sein könnte und es unwahrscheinlich ist, dass sie nur an den drei bisher entdeckten Standorten verbreitet waren.

Rote Punkte: Fundstätten und Standorte von Denisova-Fossilien; gelbe Punkte: Fundstätten archaischer menschlicher Fossilien und verwandte Standorte; grüne Punkte: Fossilien des frühen modernen Menschen und zugehörige Fundorte. Seriennummer: 1. Harbin-Schädel (Dragon Man); 2. Jinniushan-Stätte (Jinniushan-Mann); 3. Xujiayao-Stätte (Xujiayao-Mann); 4. Tianyuandong-Stätte (Tianyuandong-Mann); 5. Shuidonggou-Standort Nr. 1 und Nr. 2; 6. Standort Jiangjunbu; 7. Standort Yangshang; 8. Dali Man-Stätte (Dali Man); 9. Lingjing-Stätte (Xuchang Man); 10. Huanglongdong-Stätte (Frühneuzeitlicher Mensch); 11. Niadi-Standort; 12. Qiusang-Stätte; 13. Pilo-Standort; 14. Standort Xinglongdong; 15. Hualongdong-Stätte (Hualongdong-Mann); 16. Tongzi Yanhuidong-Stätte (Tongzi-Mann); 17. Guanyindong-Standort; 18. Fuyandong-Stätte (Frühneuzeitlicher Mensch); 19. Mabaman-Standort (Mabaman); 20. Penghu Yuanren; 21. Lunadong-Stätte (Frühneuzeitlicher Mensch); 22. Zhirendong-Stätte (Frühneuzeitlicher Mensch).

(Bildquelle: Referenz 3)

Aufgrund einiger morphologischer Merkmale glauben manche Wissenschaftler, dass zahlreiche zwischen 300.000 und 100.000 Jahre alte menschliche Fossilien aus Ostasien, darunter der Hualong-Höhlenmensch, der Long-Mensch, der Xuchang-Mensch, der Xujiayao-Mensch, der Dali-Mensch, der Jinniushan-Mensch, der Penghu-Mensch, der Maba-Mensch usw., mit den Denisova-Menschen verwandt sein könnten. Da die bisher entdeckten Denisova-Fossilien jedoch relativ selten und fragmentarisch sind, sind ihre genauen und vollständigen morphologischen Merkmale noch immer ungewiss. Gleichzeitig mangelt es zu den oben erwähnten ostasiatischen Urmenschen an molekularbiologischer Forschung, etwa zu alten Proteomen oder alter DNA. Daher ist der morphologische und genetische Vergleich zwischen Denisova-Menschen und diesen Urmenschen immer noch schwierig und die Verwandtschaftsverhältnisse zwischen den beiden können nicht vollständig geklärt werden.

Gibt es weitere fossile Vertreter des Denisova-Menschen in Ostasien? Welche Beziehung besteht zwischen diesen archaischen Menschen und den Denisova-Menschen? Wir hoffen, dass diese Probleme durch künftige Forschungen gelöst werden können, sodass die Denisova-Menschen nicht länger so mysteriös sind und der Welt in ihrer vollständigen Form präsentiert werden, sodass wir einen Blick auf diesen prähistorischen Cousin werfen können, der große Beiträge zum modernen Menschen geleistet hat.

Quellen:

[1] Chen F, Welker F, Shen CC, et al. Ein Denisova-Unterkiefer aus dem späten Mittelpleistozän vom tibetischen Plateau[J]. nature, 2019, 569(7756): 409-412.

[2] Zhang D, Xia H, Chen F, et al. Denisova-DNA in spätpleistozänen Sedimenten aus der Baishiya-Karsthöhle auf dem tibetischen Plateau[J]. Science, 2020, 370(6516): 584-587.

[3] Xia H., Zhang D., Wang J. et al. Lebensunterhalt der Denisova-Menschen im mittleren und späten Pleistozän in der Baishiya-Karsthöhle[J]. Nature, 2024, 632(8023): 108-113.

[4] Institut für Forschung zum tibetischen Plateau, Chinesische Akademie der Wissenschaften. Das Magazin „Nature“ veröffentlichte die Highlights meiner Forschung zur Entdeckung des archaischen Denisova-Homo sapiens auf dem Qinghai-Tibet-Plateau

[5] Lanzhou Universität. Die Geschichte hinter den Xiahe-Denisova-Fossilien aufdecken

[6] Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften. Den Denisova-Menschen auf der Spur: Analyse alter DNA in Sedimenten der Baishiya-Höhle

[7] Lanzhou Universität. [Schlagzeilen der Wissenschaft] Denisova-DNA in der Baishiya-Karsthöhle gefunden. „Archaeology China“ konzentriert sich auf die bedeutende Entdeckung des Umweltarchäologieteams der Universität Lanzhou

[8] Lanzhou-Universität. Das Team für Umweltarchäologie der Universität Lanzhou leitete die Veröffentlichung wichtiger Forschungsergebnisse zur Baishiya-Karsthöhle in der Zeitschrift Nature.

[9] Institut für Forschung zum tibetischen Plateau, Chinesische Akademie der Wissenschaften. Nature: Die Xiahe-Denisova-Menschen überlebten bis vor etwa 40.000 Jahren auf dem tibetischen Plateau