Vor mehr als 900.000 Jahren wären die Vorfahren der Menschheit beinahe ausgestorben?

Aus evolutionärer Sicht haben die Menschen zweifellos großes Glück, denn wir sind die einzige Art der Gattung Homo in der Familie Hominidae in der Ordnung Primaten. Derzeit nähert sich die Weltbevölkerung der Marke von 8 Milliarden. Eine aktuelle Studie chinesischer Wissenschaftler zeigt jedoch, dass die Vorfahren des Menschen vor 930.000 Jahren aufgrund drastischer Klimaveränderungen möglicherweise mit einem ernsthaften Bevölkerungsengpass konfrontiert waren und innerhalb kurzer Zeit 98,7 % der Bevölkerung verloren. Dieser Engpass dauerte fast 120.000 Jahre. Während dieser Engpassperiode betrug die durchschnittliche Bevölkerungszahl lediglich 1.280 Menschen und es bestand jederzeit die Gefahr der Ausrottung.

Abbildung 1: Der schwere Bevölkerungsengpass, den die menschlichen Vorfahren während des Übergangs zwischen dem frühen und mittleren Pleistozän erlebten (Hu et al., 2023)

Dieses Forschungsergebnis wurde am 31. August 2023 online in der international renommierten Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Geleitet wurde es von der Forschungsgruppe von Li Haipeng vom Shanghai Institute of Nutrition and Health der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Forschungsgruppe von Pan Yixuan vom Institute of Brain Functional Genomics der East China Normal University. An diesen Studien waren auch Wissenschaftler des Naturhistorischen Museums der Universität Florenz, der Abteilung für Umweltbiologie der Universität Rom und des University of Texas Health Science Center in Houston beteiligt.

Fossile archäologische Funde zeigen, dass die Geschichte der menschlichen Evolution bis vor 6 Millionen Jahren zurückverfolgt werden kann , als sich die Vorfahren des Menschen von den Vorfahren der Schimpansen trennten. Danach durchliefen sie verschiedene Entwicklungsstadien, darunter Australopithecus, Homo habilis, Homo erectus und Homo sapiens. Der moderne Homo sapiens überlebte den Wettbewerb und die Integration mit anderen Menschenrassen wie Neandertalern und Denisova-Menschen. Es wird allgemein angenommen , dass die Zeit vor einer Million Jahren eine kritische Phase in der Evolution des Menschen war . Fossilienfunde aus dieser Zeit sind jedoch äußerst selten und die Forschung zur Menschheitsgeschichte beschränkt sich im Wesentlichen auf den Zeitraum zwischen 300.000 und 100.000 Jahren. Mithilfe der Technologie zur Sequenzierung alter DNA hätten wir die Menschheit bis in ihre fernere Vergangenheit zurückverfolgen können. Allerdings war das Klima in Afrika vor 300.000 Jahren zu heiß und es war schwierig, die DNA der menschlichen Vorfahren wirksam zu konservieren . Daher ist die Technologie zur Sequenzierung alter DNA im Grunde nutzlos, um die Menschheitsgeschichte 300.000 Jahre zurück zu verfolgen.

Der größte Höhepunkt dieser Studie ist die Erfindung einer theoretischen Methode, die bei weitem die genaueste zur Schätzung der Geschichte der effektiven Populationsgröße ist: Fast Minimum Time Ancestor Tracing (FitCoal). Mit dieser Methode kann die Bevölkerungsgeschichte durch Computeranalyse des Frequenzspektrums genetischer Variationen im modernen menschlichen Genom geschätzt und eine „Volkszählung“ der frühen menschlichen Populationen vor Millionen von Jahren durchgeführt werden. Mit anderen Worten: Ohne dass Fossilienfunde oder DNA von Urmenschen erforderlich sind, können Wissenschaftler mit der FitCoal-Methode Bevölkerungsveränderungen vor Millionen von Jahren nachverfolgen und so ein tieferes Verständnis des Entstehungsprozesses des modernen Menschen gewinnen. Dies ist zweifellos ein großer Durchbruch. Der bisherige theoretische Rahmen konnte lediglich etwa 300.000 bis 400.000 Jahre Geschichte zurückverfolgen.

Mithilfe der FitCoal-Methode analysierten die Forscher Genomdaten von mehr als 3.000 modernen Menschen aus zehn afrikanischen und 40 nicht-afrikanischen Populationen und entdeckten erstmals, dass die Vorfahren des Menschen vor 930.000 Jahren aufgrund der drastischen Klimaveränderungen während der Übergangsperiode zwischen dem frühen und mittleren Pleistozän innerhalb kurzer Zeit etwa 98,7 % ihrer Mitglieder verloren und kurz vor der Ausrottung standen. Die Gletscherereignisse dieser Zeit verursachten in Afrika Temperaturschwankungen und schwere Dürren, die zum Aussterben zahlreicher Arten oder zu einer Verringerung ihrer Populationen führten. Die Nahrungsquellen der menschlichen Vorfahren waren begrenzt, was zu einem starken Rückgang der Population der Urmenschen und beinahe zur Ausrottung führte. Weitere Analysen zeigten, dass über einen Zeitraum von 117.000 Jahren die durchschnittliche Zahl der erwachsenen Vorfahren des Menschen lediglich 1.280 betrug und die Gefahr des Aussterbens stets vorhanden war. Zwei Datensätze zum menschlichen Genom, die auf unterschiedlichen Quellen basierten, kamen zu ähnlichen Schlussfolgerungen.

Die Forscher bewerteten die Genauigkeit der FitCoal-Methode und fanden heraus, dass die Methode den oben erwähnten schwerwiegenden Engpass der alten menschlichen Populationen mit weniger als 10 menschlichen Genomdaten erkennen kann und dass sogar nur 3 afrikanische Genomdaten erforderlich sind, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen, was darauf hindeutet, dass die FitCoal-Methode eine hohe Empfindlichkeit aufweist . FitCoal wurde von ihnen zu einem Softwaretool weiterentwickelt und auf der Website des Labors bereitgestellt, damit Forscher auf der ganzen Welt es herunterladen und verwenden können.

Die Forscher vermuten , dass der Engpass der Populationen des Urmenschen im frühen bis mittleren Pleistozän einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entstehung des modernen Menschen hatte . Dieser Engpass könnte zur Entstehung der Spezies Homo sapiens geführt haben. Eines der Schlüsselereignisse bestand darin, dass das Chromosom 2 des modernen Menschen durch die Verschmelzung zweier ursprünglich kleiner Chromosomen entstand, wodurch die Zahl der Chromosomen beim Menschen auf 46 anstieg, während die Zahl der Chromosomen beim Schimpansen 48 beträgt. Da die Zahl der Chromosomen beim Neandertaler und beim Denisova-Menschen der des modernen Menschen entspricht, wird spekuliert, dass der gemeinsame Vorfahre der drei während der Zeit des schweren Populationsengpasses der Urmenschen entstand. Gleichzeitig führte dieser Engpass zum Verlust von etwa 66 % der genetischen Vielfalt des modernen Menschen , was erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit des modernen Menschen haben könnte.

Interessanterweise fiel die Zeit, in der die Urmenschen einen schweren Bevölkerungsengpass erlebten, auch mit wichtigen Ereignissen zusammen, wie etwa dem Verschwinden der Fossilien afrikanischer Vorfahren des Menschen und dem Verschwinden der Fossilien des afrikanischen Homo erectus. Es ist ein großes Wunder, dass die Vorfahren des Menschen in der Lage waren, eine so lange Periode des Bevölkerungsengpasses zu überleben. Glücklicherweise erholte sich die Population der menschlichen Vorfahren vor etwa 800.000 Jahren schnell und ihre Populationsgröße stieg um das Zwanzigfache und erreichte schätzungsweise 27.000 Menschen. Etwa 790.000 Jahre alte archäologische Funde in Israel lassen darauf schließen, dass die Nutzung des Feuers teilweise für den Bevölkerungsanstieg verantwortlich gewesen sein könnte. Auch andere Faktoren, wie etwa der Klimawandel, könnten zu einer raschen Erholung der Bevölkerung beitragen.

Quellen:

Wangjie Hu et al. , Genomische Schlussfolgerung eines schwerwiegenden menschlichen Engpasses während des Übergangs vom frühen zum mittleren Pleistozän. Science 381,979-984 (2023). DOI:10.1126/science.abq7487.

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China-Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Tang Bo, PhD-Forschungsbibliothekar in Molekularbiologie

Gutachter: Ye Sheng, Professor der Universität für Luft- und Raumfahrt in Peking

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.