Alte DNA an Höhlenwänden nachgewiesen

Auf den Punkt gebracht

• Erster Nachweis alter menschlicher DNA an Höhlenwänden: Im Rahmen einer multidisziplinären Studie zur paläolithischen Höhlenkunst in Spanien und Portugal ist es Forschenden gelungen, alte mitochondriale und nukleare menschliche DNA von Höhlenwänden zu gewinnen.
• Möglicher direkter menschlicher Kontakt erhalten: Proben von Höhlenwänden aus der Escoural-Höhle in Portugal, darunter eine pigmentierte Kalzitkruste, enthielten menschliche, jedoch keine tierische DNA. Dies deutet darauf hin, dass das Erbgut durch direkten Kontakt von Menschen an die Höhlenwände gelangte.
• DNA an Höhlenwänden kann Jahrtausende überdauern: Die an den Höhlenwänden nachgewiesene alte menschliche DNA ist mindestens 2.000 Jahre alt, vermutlich sogar deutlich älter. Die Ergebnisse zeigen, dass solche Oberflächen biologische Spuren über sehr lange Zeiträume hinweg bewahren können.
• Neue Einblicke in die prähistorische Lebenswelt: Dieser Durchbruch eröffnet neue Perspektiven für die Archäogenetik. Die Analyse von DNA an Höhlenwänden könnte im Rahmen künftiger Studien Einblicke in die Nutzung von Höhlen, die Mobilität und das Verhalten prähistorischer Menschen geben – auch dort, wo keine Skelettreste vorhanden sind.

Ein Forschungsteam hat erstmals nachgewiesen, dass alte menschliche DNA über Tausende von Jahren an Höhlenwänden erhalten bleiben kann. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten, prähistorische menschliche Aktivitäten zu erforschen. Die interdisziplinäre Studie entstand im Rahmen des Projekts „First Art“ und ist jetzt in Nature Communications erschienen. Geleitet wird dieses Projekt von Forschenden aus Spanien und Portugal in Zusammenarbeit mit Institutionen aus Spanien, Portugal, Großbritannien, China und Deutschland.

Das Projekt „First Art” hat das Ziel, die früheste Höhlenkunst zu datieren und ihre chemische Zusammensetzung zu analysieren. In Zusammenarbeit mit Forschenden des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie hat das Team seine Untersuchungen nun um DNA-Analysen erweitert.

Die Studie untersucht die Möglichkeit, alte DNA direkt aus Höhlenmalereien zu gewinnen und erweitert somit die bislang üblichen Quellen wie Knochen, Sedimente oder seit Kurzem auch Artefakte aus Knochen um eine weitere. Im Mittelpunkt der Studie standen 24 Paneele mit Höhlenmalereien aus elf Höhlen. Untersucht wurden einfache Malereien wie Punkte, Striche und Linien sowie Handabdrücke und Pigmente, die auf natürliche Weise von figürlichen Malereien in der berühmten Höhle von Altamira abgefallen waren. Mithilfe modernster Methoden zur DNA-Extraktion und -Sequenzierung analysierte das Team pigmentierte sowie unpigmentierte Proben von Höhlenwänden und im Vergleich dazu Proben von Sedimenten und Knochen sowie Pigmentproben aus dem Inneren eines prähistorischen Vogelknochens, der zum Auftragen von Farbe verwendet wurde.

Die Forschenden fanden Spuren alter menschlicher DNA in einer pigmentierten Kalzitkruste aus der Escoural-Höhle in Portugal. Zu ihrer Überraschung entdeckten sie jedoch auch alte menschliche DNA in mehreren unpigmentierten Bereichen der Höhlenwand in Escoural sowie in der Covarón-Höhle in Nordspanien. Dabei handelte es sich um Proben, die ursprünglich als Negativkontrollen entnommen worden waren.

Die Studie zeigt, dass menschliche DNA an Höhlenwänden erhalten bleiben kann – lange nachdem die Menschen, die diese Höhlen einst aufsuchten, verschwunden sind.

Ein verborgenes Erbe im Stein

Von den 120 untersuchten Proben enthielten nur fünf authentische, alte menschliche mitochondriale DNA: eine Kalzitkruste mit darunterliegendem Pigment von Paneel 11 der Escoural-Höhle, zwei unpigmentierte Proben von Höhlenwänden aus einer tiefer gelegenen Galerie derselben Fundstelle sowie zwei unpigmentierte Proben in unmittelbarer Nähe von Felskunst in Covarón. Besonders bedeutsam ist, dass in zwei dieser Proben keine tierische mitochondriale DNA nachweisbar war – ein seltener Befund, der stark darauf hindeutet, dass die DNA direkt durch Menschen, etwa über Speichel, Schweiß oder andere Körperflüssigkeiten, auf die Oberfläche gelangte. Drei weitere unpigmentierte Wandproben enthielten hingegen sowohl menschliche als auch tierische DNA. Dies spricht eher für eine indirekte Ablagerung der DNA, beispielsweise durch Verunreinigung der Höhlenwände mit Sedimenten oder den Transport der DNA in Wasser, als für direkten Kontakt.

„Wir wissen, dass ein Teil der Kunst durch das Aufblasen oder Reiben von Pigmenten auf die Höhlenwände erzeugt wurde. Mithilfe modernster Analysemethoden wollten wir feststellen, ob diese Art des Kontakts Spuren von DNA in der Felskunst hinterlassen haben könnte und ob sich möglicherweise sogar genetische Profile der Urheberinnen und Urheber gewinnen lassen“, sagt Hipólito Collado Giraldo, Archäologe und Spezialist für Felskunst bei der Regionalregierung der Extremadura in Spanien, der das „First Art“-Team ins Leben gerufen hat.

„Auch wenn wir die von uns gefunden Spuren alter menschlicher DNA nicht direkt mit der Entstehung der Höhlenkunst in Verbindung bringen können, ist dies der erste Nachweis, dass menschliche DNA über Jahrtausende hinweg an Höhlenwänden erhalten bleiben kann“, sagt Alba Bossoms Mesa, Erstautorin der Studie und Doktorandin am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig. „Es ist faszinierend, dass wir möglicherweise einen neuen Weg entdeckt haben, um die Anwesenheit prähistorischer Menschen zu untersuchen.“

Die menschliche DNA von drei dieser Proben stammt überwiegend von Frauen, eine Probe überwiegend von Männern und bei einer weiteren ließ sich das biologische Geschlecht nicht bestimmen. Eine weiterführende Analyse der beiden unpigmentierten Höhlenwandproben aus Covarón zeigte, dass die DNA von alten modernen Menschen stammte. Ihrer Kern-DNA zufolge ähneln sie früheren westeuropäischen Jägern und Sammlern. Diese Populationen wurden bereits in anderen Studien auf der Iberischen Halbinsel nachgewiesen.

Das Team untersuchte außerdem einen prähistorischen Vogelknochen, der in der Höhle von Altamira gefunden wurde und mit dem roter Ocker auf die Felswände geblasen wurde. Obwohl auf DNA-Spuren aus altem menschlichen Speichel zu hoffen war, konnte aus der Probe keine alte menschliche DNA gewonnen werden. Dies ist vermutlich auf die extrem starke Kontamination durch heutige menschliche DNA in Verbindung mit der sehr geringen entnommenen Pigmentmenge zurückzuführen. Dieser Befund zeigt, wie fragil das Überdauern von DNA ist – insbesondere bei Materialien und Oberflächen, die bei wissenschaftlichen Untersuchungen über Jahrzehnte hinweg häufig berührt wurden.

Ein neues Kapitel der Erforschung der Vorgeschichte

„Diese Studie verändert unsere Vorstellung davon, wo alte DNA zu finden ist, grundlegend“, sagt Matthias Meyer, Paläogenetiker am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie und Seniorautor der Studie, die er gemeinsam mit Hipólito Collado Giraldo leitete. „Wir waren überrascht zu sehen, dass alte DNA nicht nur aus pigmentierten Proben, sondern auch von Höhlenwänden gewonnen werden kann, die keinerlei sichtbare Hinweise auf frühere menschliche Aktivitäten zeigen. Wir können nun neue Fragen stellen: Wer hat diese Wand berührt? War es ein Mann oder eine Frau? Zu welcher Population gehörte diese Person? Wie weit drangen Menschen in der Vergangenheit in tiefe Höhlensysteme vor?“

Diese Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten, das Verhalten prähistorischer Menschen zu untersuchen, ohne archäologische Fundstätten zu beschädigen. Mithilfe der Analyse von DNA an Höhlenwänden können Forschende künftig möglicherweise mehr über die Menschen erfahren, die sich in diesen Höhlen aufhielten, beispielsweise ihr biologisches Geschlecht oder ihre genetische Herkunft. „Es geht hier nicht nur um Höhlenkunst“, sagt Hipólito Collado Giraldo. „Es geht darum, zu verstehen, wie Menschen Höhlen nutzten und wo sie ihre Spuren hinterließen.“

Nicht jede Kunst liefert DNA

Obwohl die Bedingungen für ein Überdauern alter DNA in vielen der untersuchten Höhlen günstig waren, konnte nur in einem der 24 untersuchten Höhlenkunst-Paneele sowie in der Umgebung zweier weiterer Paneele menschliches Erbgut nachgewiesen werden. Dies deutet darauf hin, dass Pigmentoberflächen nur selten genügend DNA enthalten, um über Tausende von Jahren hinweg erhalten zu bleiben – insbesondere dann, wenn sie nicht durch mineralische Verkrustungen oder Verkapselungen geschützt sind. „Die Erhaltung menschlicher DNA an Höhlenwänden ist sehr variabel“, sagt Bossoms Mesa. „Aber wenn sie erhalten bleibt, erzählt sie eine eindrucksvolle Geschichte. Auch wenn diese ersten Ergebnisse vielversprechend sind, sollte unsere Priorität nun darin liegen, die Methoden weiterzuentwickeln und besser zu verstehen, unter welchen Bedingungen wir mit einer höheren Erfolgsquote rechnen können.“

„Das ist erst der Anfang“, ergänzt Meyer. „Wir wissen nun, dass Höhlenwände genetische Archive sind, mit denen sich die Anwesenheit von Menschen in der Vergangenheit nachweisen lässt. Unser nächster Schritt besteht darin, weitere Fundstätten, Kunststile und Techniken, insbesondere Handabdrücke und figürliche Kunst, in Höhlen mit guter molekularer Erhaltung zu untersuchen – sofern minimalinvasive Probenentnahmen möglich sind.“ Mithilfe weiterer Forschung könnte es künftig möglich werden, die Urheberinnen und Urheber zumindest einiger Höhlenkunstwerke sichtbar zu machen und ihnen Gesichter oder zumindest genetische Identitäten zurückzugeben.

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