Woher kommt Ihr Hund? Wissenschaftler nutzen alte DNA-Technologie, um die Antwort zu finden!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Wang Caihui (School of Cultural Heritage, Northwest University)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um das Geheimnis der wissenschaftlichen und technologischen Arbeit zu lüften, hat Chinas Spitzentechnologieprojekt eine Artikelserie mit dem Titel „Ich und meine Forschung“ gestartet und Wissenschaftler dazu eingeladen, eigene Artikel zu schreiben, ihre wissenschaftlichen Forschungserfahrungen zu teilen und eine wissenschaftliche Welt zu schaffen. Folgen wir den Entdeckern an der Spitze von Wissenschaft und Technologie und begeben wir uns auf eine Reise voller Leidenschaft, Herausforderungen und Überraschungen.

Der Haushund (Canis lupus familiaris) ist der treueste Begleiter des Menschen und das älteste domestizierte Tier. Hunde gehören zur Gattung Canis der Familie Canidae in der Ordnung Carnivora. Zusammen mit Pferden, Kühen, Schafen, Schweinen und Hühnern werden sie als die „sechs Haustiere“ bezeichnet. Sie sind eines der zwölf Sternzeichen und haben sehr wichtige kulturelle Konnotationen.

Haushunde sind untrennbar mit der Entwicklung der menschlichen Zivilisation verbunden. Von der Jagd über den Wachdienst bis hin zur Begleitung haben Hunde in jeder Phase der menschlichen Zivilisation eine wichtige Rolle gespielt. Schon vor etwa 12.000 Jahren tauchten in der Natufian-Kultur im Norden Israels Gräber auf, in denen Menschen und Hunde gemeinsam begraben wurden, was die besondere Verbundenheit der alten Völker mit Hunden beweist.

Doch trotz der langen Geschichte der Bindung zwischen Haushunden und Menschen ist unser Verständnis unserer Gefährten nach wie vor begrenzt.

Wie wir alle wissen, liegen die „Sechs Haustiere“ in der Domestizierung wilder Tiere durch den Menschen begründet. Die Ergebnisse umfassender Forschungen zur Tiertaxonomie, Archäologie und Genetik haben bestätigt, dass alle Haushunde der Welt vom Grauwolf (Canis lupus) abstammen.

Aber es gibt zweifellos große Unterschiede zwischen dem wilden Grauwolf und dem sanftmütigen Haushund.

Wie also entwickelte sich der Grauwolf zum heutigen Haushund? Woher stammen Haushunde?

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Die Ursprünge der Haushunde: komplex und umstritten

Zum Domestizierungsprozess von Haushunden gibt es viele Fragen: Wie wurden Hunde domestiziert? Woher kam der erste Hund? Wie haben sie sich entwickelt? Welche unerwarteten Geschichten verbergen sich dahinter?

Tatsächlich ist der Prozess der Domestizierung von Hunden sehr kompliziert und umstritten.

Statistiken zufolge sind beim Welthundeverband (FCI) über 400 Haushunderassen registriert, und Hunde auf der ganzen Welt unterscheiden sich stark in Größe, Aussehen usw. Der britische Biologe Darwin stellte in „Die Entstehung der Arten“ einst die Frage nach der Herkunft der Haushunde: „Stammen all diese Haushunde mit ihrem unterschiedlichen Aussehen vom selben Wolf ab?“

Um das Rätsel um den Ursprung von Haushunden zu lösen, könnten die ältesten Überreste von Haushunden der Schlüssel sein.

Durch Untersuchungen haben Forscher auf der ganzen Welt eine Reihe von Überresten früher Haushunde entdeckt. In Europa beispielsweise lassen sich diese auf ein Alter von 15.000 Jahren zurückverfolgen, im Fernen Osten auf ein Alter von 12.000 Jahren und neuesten Forschungsergebnissen zufolge lassen sich Überreste von Haushunden im nördlichen Ostasien auf ein Alter von 13.000 Jahren zurückverfolgen.

Allerdings waren Grauwölfe historisch gesehen in Eurasien und Nordamerika weit verbreitet und die ursprünglich domestizierten Haushunde waren in ihrer Morphologie den Wölfen sehr ähnlich. Diese Störfaktoren machen es äußerst schwierig, die Herkunft von Haushunden ausschließlich anhand morphologischer Merkmale direkt zu bestimmen. Daher scheint es schwierig, das Rätsel um den Ursprung von Haushunden ausschließlich auf der Grundlage archäologischer Funde zu lösen.

Im Altai-Gebirge in Sibirien wurde ein 33.000 Jahre altes Fossil eines Haushundes gefunden.

(Bildquelle: PLoS ONE Magazin)

Mit der Entwicklung der Genetik in den letzten Jahren ist die Forschung zum Ursprung und zur Evolution der Tiere nicht mehr ausschließlich auf archäologische Funde beschränkt. Forscher haben begonnen, mithilfe genetischer Methoden den Ursprung und die Domestizierungsgeschichte von Haushunden zu analysieren.

DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist der genetische Code zwischen Eltern und Nachkommen von Organismen. Ganz gleich, wohin die Organismen migrieren oder welche Form sie annehmen, ihre Verwandtschafts- und Evolutionsgeschichte sind stets im genetischen Code verborgen. Daher können wir durch die Entschlüsselung von DNA-Informationen die evolutionäre und genetische Geschichte von Tieren enthüllen.

Da Arten in der Regel in ihrem Ursprungsgebiet eine höhere genetische Vielfalt aufweisen, geht man nach einem Vergleich der genetischen Vielfalt moderner Haushundepopulationen auf der ganzen Welt auf der Grundlage genetischer Studien an lebenden Individuen davon aus, dass Haushunde aus dem südlichen Ostasien stammen. Daher wurde die Hypothese des südostasiatischen Ursprungs von Haushunden aufgestellt.

Zooarchäologische Funde aus Ostasien widersprechen dieser Hypothese jedoch. Im Vergleich zu Nordostasien tauchten die Überreste von Haushunden in Südostasien nämlich relativ spät auf und waren geringer. Daher gehen Tierarchäologen davon aus, dass Haushunde in Ostasien zumindest früher in Nordostasien auftraten, was im Widerspruch zur Hypothese steht, dass Haushunde ihren Ursprung im südlichen Ostasien haben.

Alte DNA: Den Code des „wortlosen Buches“ knacken

Offensichtlich können die einzigen vorhandenen Beispiele den Widerspruch zwischen den beiden Ansichten nicht erklären. Der Schlüssel zur Lösung des Problems besteht darin, mehr Informationen zu historischen Knoten zu erhalten. Als Träger genetischer Informationen sind alte Proben wertvolles Material zur Aufklärung der Details der Evolutionsgeschichte verschiedener Arten.

In den letzten Jahren hat uns die rasante Entwicklung der DNA-Technologie ermöglicht, aus antiken Materialien umfangreiche genetische Informationen zu gewinnen und durch gründlichere Ausgrabungen ein genaueres und vollständigeres Bild der Evolutionsgeschichte zu erstellen.

Wenn sich also gemäß der Hypothese vom südlichen Ursprung der Haushunde Beweise dafür finden lassen, dass die Population der südlichen Grauwölfe der wilde Vorfahr der Haushunde ist, wäre dies eine große Unterstützung für die Hypothese, dass Haushunde ihren Ursprung im südlichen Ostasien haben. Aufgrund einer Reihe von Faktoren ist die Zahl der wilden Grauwolfpopulationen jedoch stark zurückgegangen, sodass es äußerst schwierig ist, frische Proben zu erhalten.

Als Reaktion auf diese Situation wählten die Forscher 2019 einen anderen Ansatz: Sie entschieden sich für die Verwendung von in Museen aufbewahrten Fellproben grauer Wölfe aus Südchina und erlangten durch die Verbesserung der Extraktionsmethode für alte DNA erfolgreich die vollständigen Genomsequenzinformationen dieser Proben. Anschließend kombinierten sie diese Daten mit den in anderen Teilen Eurasiens veröffentlichten Gesamtgenomdaten von Grauwölfen und Haushunden für eine gemeinsame Analyse.

Die Studie ergab jedoch, dass diese bestehende Population südlicher Grauwölfe keine besondere Verbindung zu Haushunden hat, d. h., es handelt sich nicht um die wilden Vorfahren der Haushunde.

Wie können wir also das Geheimnis um den Ursprung der Haushunde lösen?

Um ein tieferes Verständnis für die Herkunft von Haushunden zu erlangen, führten Forscher im Jahr 2020 in China die erste systematische Studie zur alten DNA von Haushunden durch. Sie sammelten 83 Proben alter Haushunde aus den Becken des Jangtse und des Gelben Flusses und erlangten mithilfe der Technologie zur Erfassung alter DNA erfolgreich hochwertige mitochondriale Gesamtgenomdaten von 26 von ihnen (vor 7000–2000 Jahren).

Verbreitungskarte der 26 Probenquellen

(Bildquelle: Zeitschrift Molecular Biology and Evolution)

Studien haben gezeigt, dass vor etwa 7.000 bis 2.000 Jahren ein bestimmter Typ mitochondrialer DNA bei Haushunden im Einzugsgebiet des Jangtsekiang und des Gelben Flusses weit verbreitet war, dieser Typ heute jedoch bei Haushunden nördlich des Jangtsekiang sehr selten ist. Dies könnte daran liegen, dass die Population der Haushunde in Nordchina in den letzten 2.000 Jahren stark zurückgegangen ist.

Interessanterweise gelang es einigen Haushunden dieser allgegenwärtigen Art möglicherweise, die Pazifikinseln, Australien und Ostsibirien zu erreichen, bevor es zu einer Verdrängung kam. Unter ihnen könnten die Haushunde, die es auf den pazifischen Inseln schon vor der Ankunft der europäischen Kolonisten gab, aus den Becken des Jangtsekiang und des Gelben Flusses stammen. Möglicherweise haben sie sich zusammen mit den austronesischen Völkern über den südostasiatischen Kontinent und Indonesien auf verschiedene Inseln tief im Pazifischen Ozean ausgebreitet.

Darüber hinaus ergab die Studie, dass die Population der Haushunde vor etwa 7.500 Jahren einen Bevölkerungsanstieg erlebte, der zeitlich mit der Umstellung der Menschen in der Region von der Jagd und dem Sammeln auf die Landwirtschaft zusammenfiel. Dies deutet darauf hin, dass das Wachstum der Haushundepopulation mit dem Anstieg der menschlichen Bevölkerung zusammenhängen könnte.

Die Ausbreitungsroute der Haushunde auf die Pazifikinseln und in andere Regionen

(Bildquelle: Zeitschrift Molecular Biology and Evolution)

Stammen Haushunde jedoch aus dem Norden oder Süden Ostasiens? Wie wurden sie domestiziert? Aufgrund der Einschränkungen hinsichtlich der Quellgebiete und des Zeitraums der Probenentnahme in der vorliegenden Studie konnten diese Fragen noch nicht ausreichend beantwortet werden. Um das Rätsel um den Ursprung der Haushunde zu lösen, benötigen wir daher mehr alte Proben und Forschungen über einen längeren Zeitraum.

Am 9. April 2024 veröffentlichten Zhang Mings Forschungsgruppe an der School of Cultural Heritage der Northwest University und ein Team eine Arbeit mit dem Titel „Alte Mitogenome enthüllen die mütterliche genetische Geschichte ostasiatischer Hunde“.

(Bildquelle: Zeitschrift Molecular Biology and Evolution)

Mitochondriale DNA ist für Forscher eine wichtige Grundlage zur Untersuchung der Populationsgeschichte und wird üblicherweise aufgrund von Unterschieden als unterschiedliche Haplotypen definiert. In dieser Studie gelang es den Forschern, die ältesten Proben von Haushunden im nördlichen Ostasien (Harbin, Heilongjiang, vor etwa 12.900 Jahren) sowie die ältesten Überreste von Haushunden im südlichen Ostasien (Stätte Jingtoushan in Yuyao, Zhejiang, vor etwa 8.300 Jahren) zu beschaffen und hochwertige mitochondriale Genomdaten von über 100 Haushundproben von anderen Fundstätten zu sammeln. Dies ist die bislang umfassendste und datenreichste Studie zur alten DNA von Haushunden.

Verbreitungskarte von über 100 Ursprüngen der Haushunde

(Bildquelle: Zeitschrift Molecular Biology and Evolution)

Nordöstliches Eurasien: Die mögliche ursprüngliche Heimat der Haushunde

Diese Studie enthüllt den möglichen Ursprung von Haushunden in Ostasien und enthüllt außerdem das Verbreitungsmuster von Haushunden in Ostasien.

In früheren Studien verglichen Forscher die Populationsgenetik von Menschen und Haushunden aus Sibirien, Beringien und Nordamerika und stellten die Hypothese auf, dass die Vorfahren der Haushunde in Sibirien domestiziert wurden, weil sie dort in der rauen Umgebung des letzten glazialen Maximums (vor etwa 23.000 bis 19.000 Jahren) mit Menschen zusammenlebten.

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

In dieser Studie stellten die Forscher durch statistische Analysen archäologischer Tierfunde in Ostasien fest, dass die Überreste von Haushunden im Norden Ostasiens wesentlich älter und zahlreicher sind als die im Süden Ostasiens. Nach einem weiteren Vergleich der archäologischen Funde anderer Tiere schlossen die Forscher die Möglichkeit aus, dass saurer Boden die Zerstörung der Überreste verursachte und so zum Verlust der Überreste von Haushunden im südöstlichen Asien führte. Der Grund für die wenigen Überreste von Haushunden im südöstlichen Asien könnte darin liegen, dass es in der antiken südlichen Region keine Haushunde gab. Dies zeigt weiter, dass Nordostasien eher mit den Merkmalen des Ursprungsorts der Haushunde übereinstimmt.

Darüber hinaus zeigten genetische Ergebnisse, dass die mitochondrialen Linien der alten Haushunde im nördlichen Ostasien viel älter waren als die der alten und modernen Haushunde aus südlichen Regionen. Und einige alte Proben aus dem nordöstlichen Eurasien bilden die Grundlage der Hauptlinie der ostasiatischen Haushunde, was darauf hindeutet, dass dieser Teil der Linie in der Haushundepopulation älter ist.

Aufgrund der oben genannten Beweise geht das Forschungsteam davon aus, dass Haushunde ihren Ursprung möglicherweise im Nordosten Eurasiens haben. Was den genauen Herkunftsort und die Vorfahrenbevölkerung betrifft, sind weitere Untersuchungen zur Klärung erforderlich.

Multidirektionale Diffusion und interne und externe Integration: Die komplexe Evolutionsgeschichte ostasiatischer Haushunde

Angesichts dessen fragen Sie sich unweigerlich: Wie hat sich die Population der Haushunde in Ostasien aus der Population der Haushunde im fernen Nordosten Eurasiens entwickelt?

In dieser Studie analysierten die Forscher Daten über alte Haushunde und fanden heraus, dass die Population der Haushunde vor etwa 23.000 bis 17.000 Jahren einen rasanten Anstieg erlebte. Überraschenderweise entspricht dieser Zeitraum genau dem Ende der letzten Eiszeit und einige Zeit danach.

Daher spekulierten die Forscher nach der Integration von Informationen aus alten und modernen Proben sowie mehreren genetischen Ergebnissen, dass sich mit dem Ende der letzten Eiszeit und der Erwärmung des Klimas die Lebensbedingungen in eine günstigere Richtung zu entwickeln begannen und dass in diesem Zusammenhang die Population der Haushunde schnell anstieg und sich in mehrere Richtungen ausbreitete, zum Beispiel nach Süden bis nach Ostasien.

Die Ausbreitung ostasiatischer Haushunde nach Süden kann in zwei Richtungen unterteilt werden, nämlich die Ausbreitung nach Süden bis nach Ostchina und die Ausbreitung nach Südwesten bis nach Westchina. Die genetischen Unterschiede zwischen den Haushundpopulationen dieser beiden Regionen entstanden vor etwa 8.000 bis 5.000 Jahren.

Darüber hinaus breiteten sich einige Populationen einheimischer Hunde später weiter nach Südostasien und nach Neuguinea und in andere Gebiete im Pazifik aus. Ebenso gibt es mehrere mitochondriale Typen von Haushunden, die sich vom östlichen Eurasien bis nach Amerika und in andere Regionen verbreitet haben.

Forscher stellten fest, dass es auch in Ostasien bei der Population von Haushunden zu einzigartigen Verbreitungsereignissen kam. Beispielsweise gab es mindestens zwei Ausbreitungswellen auf dem Qinghai-Tibet-Plateau. Zum einen kam es vor 5.000 bis 4.000 Jahren zur Verbreitung von Haushunden der Rassen A1b und A3 bis an den nordöstlichen Rand des Qinghai-Tibet-Plateaus, zum anderen vor etwa 2.600 Jahren zur Verbreitung von Haushunden der Rasse A1a aus dem Westen bis zum Qinghai-Tibet-Plateau. Die Entdeckung dieses Diffusionsereignisses liefert zudem einen wichtigen Hinweis auf die Zeitknoten der Diffusion verwandter Populationen.

Gab es also einen genetischen Austausch, nachdem sich in den Populationen der Haushunde in Ostasien und Eurasien genetische Unterschiede herausgebildet hatten?

Die Antwort ist ja.

Durch die Analyse von Daten über alte Haushunde fanden Forscher heraus, dass der mitochondriale Typ der Haushundpopulationen im nördlichen Ostasien vor etwa 3.000 Jahren eine bedeutende Veränderung durchmachte. Der Anteil des früher dominanten Typs A1b ist deutlich gesunken, während der Anteil des ihn ersetzenden Typs A1a stark zugenommen hat.

Gleichzeitig wurden bei alten ostasiatischen Haushunden genetische Informationen aus dem westlichen Eurasien (Mitochondrientypen B und C) gefunden, die etwa 4000 bis 3500 Jahre alt sind. Dies weist darauf hin, dass es vor mindestens 3500 Jahren zu einem genetischen Austausch zwischen Haushunden in Ost- und West-Eurasien kam.

Darüber hinaus stellte die Studie fest, dass sich die Population der Haushunde des Typs A1a in Ostasien von Westen nach Osten ausbreitet und sich über den Seeweg möglicherweise noch weiter ausbreitet. Beispielsweise wies ein Individuum von der Fundstätte Xiaolongtou in Jiangsu (vor etwa 1.000 Jahren) genetische Verbindungen zu alten Hunden aus dem Nahen Osten auf. Interessanterweise könnte dies mit den umfangreichen Handelsaktivitäten in Ostasien und dem Nahen Osten während der Song-Dynastie oder etwas früher zusammenhängen.

Trends bei mitochondrialen Typen bei ostasiatischen Haushunden im Laufe der Zeit

(Bildquelle: Zeitschrift Molecular Biology and Evolution)

Doch selbst angesichts mehrfacher Introgressionen von externen Haushunden behalten die Haushundpopulationen im südlichen Ostasien und Südostasien noch immer die meisten ihrer ursprünglichen mitochondrialen Typen.

Studien haben gezeigt, dass es auch innerhalb Ostasiens einen engen genetischen Austausch zwischen der alten westchinesischen Bevölkerung und der östlichen Haushundepopulation gab, der möglicherweise auf den häufigen Ost-West-Austausch während der Frühlings- und Herbstperiode und der Zeit der Streitenden Reiche zurückzuführen ist.

Zusammenfassung

Generell haben uns genetische Studien alter mitochondrialer Genome ein tieferes Verständnis der Ursprünge der Domestizierung und der Einzelheiten der Verbreitungsgeschichte von Haushunden in Ostasien ermöglicht.

Um jedoch das vollständige Bild der genetischen Evolutionsgeschichte von Haushunden zu enthüllen, ist die Erforschung des Kerngenoms, das reichhaltigere genetische Informationen enthält, dringend erforderlich. Dies gilt insbesondere für die Erforschung älterer Proben aus Nordost-Eurasien, die in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der genetischen Evolutionsgeschichte von Haushunden leisten könnte.

Quellen:

[1] Ovodov ND, Crockford SJ, Kuzmin YV, et al. 2011. 33.000 Jahre alter Hund aus dem Altai-Gebirge in Sibirien: Beweis für die früheste Domestizierung, die durch das letzte glaziale Maximum unterbrochen wurde. Plus Eins. 6: e22821.

[2] Larson G, Karlsson EK, Perri A, et al. 2012. Neuüberlegungen zur Hundedomestizierung durch die Integration von Genetik, Archäologie und Biogeographie. Verfahren der National Academy of Sciences der USA. 109(23): 8878–8883.

[3] Frantz LAF, Mullin VE, Pionnier-Capitan M, et al. 2016. Genomische und

Archäologische Funde deuten auf einen doppelten Ursprung von Haushunden hin. Wissenschaft. 352(6290): 1228–1231.

[4] Wang GD, Zhang M, Wang X, et al. 2019. Genomische Ansätze enthüllen eine

Endemische Subpopulation des Grauwolfs in Südchina. iWissenschaft. 20: 110–118.

[5] Zhang M, Sun GP, ​​​​Ren LL, et al. 2020. Alte DNA-Beweise aus China enthüllen die Ausbreitung pazifischer Hunde. Molekularbiologie und Evolution. 37(5): 1462–1469.

[6] Zhang M, Song YB, Wang CH, et al. 2024. Alte Mitogenome enthüllen die mütterliche genetische Geschichte ostasiatischer Hunde. Molekularbiologie und Evolution. 41(4): msae062.