Neandertaler und Moderner Mensch hatten ungewöhnliche gemeinsame Vorfahren

Prof. Laurent Excoffier vom SIB Schweizerischen Institut für Bioinformatik und der Universität Bern, und Dr. Mathias Currat von der Universität Genf, haben ein Computer-Modell entwickelt, um zu verstehen, warum dieser Anteil so klein ist.

Die Forschenden simulierten anhand von DNS Proben von heutigen Franzosen und Chinesen die Rate einer erfolgreichen Kreuzung in verschiedenen paläolithischen Szenarien. Ihre Studie zeigt, dass die Erfolgsrate für eine Kreuzung unter 2% liegt, da starke Einschränkungen für den Genfluss zwischen den zwei Spezies existierten. Die Resultate ihrer Studie «Strong reproductive isolation between humans and Neanderthals inferred from observed patterns of introgression» werden diese Woche in der angesehenen Fachzeitschrift PNAS publiziert.

Vor ungefähr 50’000 Jahren wanderte der heutige Mensch aus Afrika aus, um den Eurasischen Kontinenten zu besiedeln. Während dieser Migration müssen sich moderne Menschen und Neandertaler miteinander vermischt haben, wie aus neueren Studien hervorgeht, die zeigen, dass Nicht-Afrikaner 2-3% des Genoms mit dem Neandertaler teilen. Warum aber ist dieser Erbanteil so niedrig, obwohl sie über tausende von Jahren miteinander zusammengelebt haben?

Weil eine ähnliche Anzahl an Neandertaler-Genen in Europa und Asien gefunden wurde, hat man bisher angenommen, dass die Kreuzung von Neandertalern mit dem modernen Menschen im Nahen Osten gleich nach der Auswanderung des modernen Menschen aus Afrika vor 50‘000 Jahren stattgefunden hat. Oder aber dass weitere Kreuzungen in anderen Regionen stattgefunden haben, aber nicht mehr nachweisbar sind durch spätere Kreuzungen mit anderen modernen Menschen. Obwohl die genaue Demografie paläolithischer Populationen noch immer unklar ist, haben die Doktoren Excoffier und Currat ein Computer-Modell entwickelt, um den Kreuzungsprozess zwischen Neandertalern und dem modernen Menschen mit Hilfe von Proben heutiger Französischer und Chinesischer Bürger zu erklären.

Sie liessen zahlreiche und komplexe Simulationen in verschiedenen demografischen Szenarien laufen, unter der Berücksichtigung verschiedener Bevölkerungsdichten, Wachstumsraten und Ausbreitungsgeschwindigkeiten. In den meisten Szenarien war die Erfolgsrate einer Kreuzung unter 2%, was «auf die Existenz einer starken Einschränkung für den Genfluss zwischen den zwei Spezies schliessen lässt», erklärt Dr. Excoffier. Was genau diese Einschränkungen waren, blieb unerklärt. War es, weil es die beiden Spezies vermieden, sich untereinander zu vermehren, oder auf Grund einer niedrigen Überlebensrate von moderner Mensch-Neandertaler Hybriden? «Dank den heutigen enormen Möglichkeiten der Bioinformatik waren wir in der Lage zu zeigen, dass die beschränkte Vererbung von Neandertaler-Genmaterial zwangsläufig auf die niedrige Erfolgsrate für eine Kreuzung zurückzuführen ist. Ohne diese starken Einschränkungen zur Vermehrung wären wir heute Neandertaler», fügt Dr. Excoffier an.

Unterschiedliche Kreuzungen in Europa und Asien

Diese Studie liefert auch eine Erklärung für den ähnlichen Grad an Neandertaler-Vererbung in Europa und Asien. Die unterschiedlichen Szenarien, die von Laurent Excoffier und von Mathias Currat untersucht wurden, zeigen, dass die Reichweite der Kreuzungen sich nicht auf Europa und den Nahen Osten beschränkt, sondern sich bis zum Altai-Gebirge nördlich des Himalayas erstreckt. Einzelne abgegrenzte Kreuzungs-Vorkommnisse ereigneten sich wahrscheinlich jenseits des Mittleren Ostens, nach der Trennung von Europäern und Asiaten. Diese Hypothese prognostiziert sogar, dass weitere Studien unterschiedliches Erbgut von Neandertalern in Europäern und Asiaten nachweisen werden. Enorme Fachkenntnisse der Bioinformatik werden vonnöten sein, um weitere genomische Daten zu sammeln, auszuwerten und zu vergleichen, um diese Hypothese zu stützen und die menschliche Evolution besser zu verstehen.

Über das SIB

Das SIB Schweizerische Institut für Bioinformatik ist eine akademische, gemeinnützige Stiftung. Sie verbündet die Aktivitäten der Bioinformatik in der ganzen Schweiz. Sein Auftrag umfasst einerseits das Erbringen von Kern-Dienstleistungen sowohl für die nationale als auch die internationale naturwissenschaftliche Forschungsgemeinschaft in Schlüsselbereichen wie der Genomik, der Transkriptomik und der Systembiologie. Andererseits führt und koordiniert das SIB den Bereich der Bioinformatik in der Schweiz. Es verfolgt eine langjährige Tradition in der Entwicklung modernster Software für die naturwissenschaftliche Forschung und in der Erstellung sorgfältig annotierter Datenbanken.

Das SIB besteht aus 31 Forschungs- und Dienstleistungsgruppen von Weltrang, welche über 450 Forscher in den Bereichen der Proteomik, Transkriptomik, Genomik, Systembiologie, Strukturbiologie, Evolutionsbiologie, Modellierung, Bildverarbeitung, Biophysik und Populationsgenetik in Basel, Bern, Freiburg, Genf, Lausanne und Zürich vereinen. Die Fachkenntnis des SIB wird weithin geschätzt, und seine Dienstleistungen werden weltweit von Forschern der Life Sciences in Anspruch genommen.

Quelle: Swiss Institute of Bioinformatics