Vor 930.000 Jahren standen unsere menschlichen Vorfahren kurz vor der Ausrottung? Chinesische Wissenschaftler führen erste „Volkszählung“ der Urmenschen durch

Sind Sie als Mensch, der in der heutigen Gesellschaft lebt, neugierig, wie viele menschliche Vorfahren vor etwa einer Million Jahren auf diesem blauen Planeten mit einer Bevölkerung von mehr als 8 Milliarden Menschen lebten? „Vor 930.000 Jahren verloren die Vorfahren des Menschen innerhalb kurzer Zeit etwa 98,7 Prozent ihrer Mitglieder und waren fast ausgestorben“, sagten Li Haipeng, ein Forscher am Shanghai Institute of Nutrition and Health der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, und seine Mitarbeiter.

Die Forschungsgruppen von Li Haipeng und Pan Yixuan vom Institute of Brain Functional Genomics der East China Normal University leiteten die Entwicklung einer neuen theoretischen Methode namens Fast Minimum Time Tracing (FitCoal) und fanden heraus, dass die Menschheit während der Übergangsperiode zwischen dem frühen und mittleren Pleistozän aufgrund drastischer Klima- und Umweltveränderungen einen starken Bevölkerungsrückgang erlebte. Die entsprechenden Ergebnisse wurden am 1. September in der internationalen Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Schätzung der Geschichte der menschlichen Bevölkerung innerhalb von Millionen von Jahren mit einer Genauigkeit von „Tagen“

Die Menschheit ist seit der Antike davon besessen, der Vergangenheit des Lebens auf die Spur zu kommen. Li Haipeng erklärte Reportern, dass Veränderungen der prähistorischen Bevölkerungsgröße die Klima- und Umweltveränderungen während dieser Zeit umfassend widerspiegeln könnten. „Ein Blick zurück mit Methoden der populationsgenetischen Forschung kann zu einem tieferen Verständnis der Entstehung des modernen Menschen führen.“

Da die heißen Bedingungen jedoch nicht förderlich für die Erhaltung der DNA sind, ist es den Forschern nicht möglich, aus den Fossilien afrikanischer menschlicher Vorfahren von vor 300.000 Jahren alte DNA zu extrahieren. Um die Geschichte der menschlichen Populationen vor Millionen von Jahren genau abzuschätzen, entwickelte das Forschungsteam eine neue Theorie der Populationsgenetik und Computerbiologie – FitCoal.

Tatsächlich ist FitCoal sowohl ein theoretischer Rahmen als auch ein Softwaretool. Geben Sie einen DNA-Datensatz eines beliebigen Organismus in die Software ein, den die Forscher als Mutationsspektrum bezeichnen, und sie kann Rückverfolgungsergebnisse liefern. „Die Analyseergebnisse zeigen, dass FitCoal die Geschichte der menschlichen Bevölkerung über einen Zeitraum von einer Million Jahren genau schätzen kann. Die im Berechnungsprozess benötigte Zwischenvariable, nämlich die mathematische Erwartung der Astlänge, hat eine Genauigkeit von bis zu einem Tag, sodass der Fehler der geschätzten Bevölkerungsgeschichte äußerst gering ist“, erläuterte Li Haipeng Reportern die Genauigkeit von FitCoal im Detail.

Obwohl es in prähistorischen Zeiten keine schriftlichen Aufzeichnungen über die Bevölkerungsgröße gab, hatte die tatsächliche Bevölkerungsgröße Auswirkungen auf die Rückverfolgungsrate jeder Generation, also auf die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Linien vom selben Vorfahren in der vorhergehenden Generation abstammen. Daher hinterließen die Vorfahren des Menschen einen Abdruck im Genom der Bevölkerung, der die damalige Bevölkerungsgröße widerspiegelt. Je älter die Geschichte einer Gruppe ist, desto schwächer sind die Prägungssignale, die bis heute bestehen bleiben.

Um die von den menschlichen Vorfahren hinterlassenen Abdrucksignale genau interpretieren zu können, folgte das Forschungsteam der FitCoal-Theorie zur mathematischen Ableitung und erhielt eine analytische Lösung für den Erwartungswert der Länge des Ahnenstammbaums, der jedem Mutationstyp (d. h. Mutationsspektrum) unter jedem Populationsmodell entspricht, und ermittelte den genauen Wahrscheinlichkeitswert, d. h. die Wahrscheinlichkeit, das Mutationsspektrum der Probe unter den Bedingungen der Populationsgeschichte zu beobachten. „Daher kann FitCoal automatisch und schnell nach dem maximalen Wahrscheinlichkeitswert suchen, ohne dass es notwendig ist, sich vorab Kenntnisse über die Gruppengeschichte anzueignen. Dadurch kann es die Gruppengeschichte schätzen und eine ‚Volkszählung‘ der alten Menschheitsgruppe durchführen“, sagte Li Haipeng.

Von 100.000 bis über 1.000 waren unsere Vorfahren fast ausgestorben

Auf Grundlage von FitCoal entdeckte das Forschungsteam erstmals, dass vor 930.000 Jahren aufgrund drastischer Klimaveränderungen in der Übergangsperiode zwischen dem frühen und mittleren Pleistozän die Zahl der erwachsenen Vorfahren des Menschen drastisch von fast 100.000 auf 1.280 sank und dieser Wert 117.000 Jahre lang bestehen blieb.

Zur weiteren Überprüfung verwendeten die Forscher zwei südafrikanische Populationen aus dem HGDP-CEPH-Datensatz. Obwohl die Stichprobengröße lediglich 6 bzw. 8 Individuen betrug, konnte FitCoal dennoch Engpässe in der Populationsgeschichte feststellen. Dieser gravierende Engpass in der Populationsdichte antiker Populationen entspricht genau den fehlenden Verbindungen in den Fossilien afrikanischer Vorfahren des Menschen, dem Verschwinden der Fossilien des afrikanischen Homo erectus, der Entstehung neuer Spezies des antiken Menschen und der Fusionsphase zweier Chromosomen 2 des antiken Menschen. „Der Bevölkerungsrückgang in dieser alten Periode verringerte die genetische Vielfalt der modernen Bevölkerung um 65,85 %, was tiefgreifende Auswirkungen auf das Leben und die Gesundheit der Menschen hatte und möglicherweise die Entstehung vieler wichtiger Phänotypen des modernen Menschen bestimmt hat“, sagte Li Haipeng.

Liu Xiaoming, ein Wissenschaftler an der University of South Florida, kommentierte, dass FitCoal die bislang genaueste Methode zur Schätzung der Geschichte der effektiven Bevölkerungsgröße sei. „Diese Methode basiert auf Mutationsspektrumdaten und bietet eine Reihe von Vorteilen, wie beispielsweise eine starke Anpassungsfähigkeit der Datenform und eine hohe Berechnungsgeschwindigkeit. Sie hat sehr breite Anwendungsaussichten.“

Bezüglich der Umwandlung und Anwendung der Ergebnisse erklärte Li Haipeng Reportern, dass man in Zukunft FitCoal verwenden könne, um den historischen Überlebensstatus eines Tieres, einer Pflanze oder eines Mikroorganismus zurückzuverfolgen. Darüber hinaus könnte es dazu beitragen, Licht in die Entwicklung von Tumoren, die molekularen Mechanismen des schnellen Wachstums des Gehirnvolumens und die allgemeine Anfälligkeit der modernen Bevölkerung für Diabetes zu bringen. Es wird berichtet, dass das Team ein Gen identifiziert hat, das möglicherweise mit der Anfälligkeit des Menschen für Diabetes in Zusammenhang steht, und weitere eingehende Untersuchungen durchführen wird.