Die Wanderung der weiblichen mitochondrialen DNA (Teil I)
Nachdem Prof. Dr. Reinhard Renneberg in den Vorgänger-Beiträgen die "Wanderung" seiner eigenen DNA verfolgte, richtet sich der Blick dieses Mal auf die Wanderung der weiblichen mitochondrialen DNA am Beispiel seiner Bekannten.
Von Afrika zum Nahen Osten und dann getrennt Richtung Hongkong und Richtung Deutschland
“Wir schicken Ihnen ist die Sequenz Ihres mitochondrialen Genoms, das in unserem Labor analysiert wurde. Ihre Sequenz wurde mit der Cambridge-Referenz-Sequenz (CRS) abgeglichen, der mitochondrialen Standardsequenz, die ursprünglich von Wissenschaftlern in Cambridge, Großbritannien, bestimmt worden ist. Die Unterschiede zwischen Ihrer DNA und der CRS sind hervorgehoben. Diese Daten erlauben es, die Wanderungsbewegungen Ihrer genetischen Abstammungslinie nachzuvollziehen.”
- Auszug aus der Mail vom Genographic Institute
Die Begriffe dabei sind:
- Substitution (Transition): Das ist eine Mutation einer DANN-Basease, bei der eine Pyrimidinbase (C oder T) durch eine andere Pyrimidinbase ersetzt worden ist oder eine Purinbase (A oder G) durch eine andere Purinbase. Das ist die häufigste Form einer einzelnen Punktmutation.
- Substitution (Transversion): ein Basenaustausch, bei dem eine Pyrimidinbase (C oder T) durch eine Purinbase (A oder G) ausgetauscht wird oder umgekehrt.
- Insertion: eine Mutation, die durch Einfügen von mindestens einer zusätzlichen Nucleotidbase in die DNA-Sequenz entsteht.
- Deletion: eine Mutation, die durch den Verlust von mindestens einer Nucleotidbase in der DNA-Sequenz entsteht.
Ein Zweig im Stammbaum des Menschen: Haplogruppe B
Die DNA-Ergebnisse kennzeichnen Claire als Mitglied eines bestimmten Zweiges des menschlichen Stammbaumes, der sogenannten Haplogruppe B.
DNA-Wanderkarte laut mitochondrialer DNA © Genographic Project
Die oben abgebildete Karte zeigt, welche Richtung ihre mütterlichen Vorfahren von ihrer ursprünglichen Heimat im östlichen Afrika aus nahmen. Während dieser Ausbreitung, die Zehntausende von Jahren dauerte, schlugen die Menschen viele verschiedene Pfade ein; die oben eingezeichneten Linien geben daher nur die Hauptroute bei dieser Wanderung an.
“Im Laufe der Zeit verbreiteten sich die Nachkommen Ihrer Ahnen in Ostasien, manche Gruppen schafften es sogar bis Polynesien und auf die amerikanischen Kontinente. Aber bevor wir Sie auf eine Reise in die Vergangenheit mitnehmen und Ihnen deren Geschichte erzählen, müssen wir zunächst einmal verstehen, wie die moderne Wissenschaft diese Analyse möglich gemacht hat.”
Die Claire übermittelte Kette aus 569 DNA-Buchstaben repräsentiert ihre mitochondriale DNA-Sequenz. Die Buchstaben A, C, T und G stehen für die vier Nucleotide – die chemischen Bausteine des Lebens – die ihre DNA bilden. Die Zahlen oben auf der Seite beziehen sich auf die Positionen in Ihrer Sequenz, an denen bei ihren Vorfahren informative Mutationen stattgefunden haben. Sie erzählen uns eine ganze Menge über die Geschichte von Claires genetischer Abstammung.
Mutationen in der DNA-Sequenz
Dies funktioniert folgendermaßen: Hin und wieder kommt es in der Sequenz der mitochondrialen DNA zu einer Mutation, einer zufälligen, natürlich auftretenden (und gewöhnlich harmlosen) Veränderung. Stellen Sie sich das wie einen Rechtschreibfehler vor: Einer der Buchstaben in der Sequenz kann sich von einem C in ein T umwandeln oder von einem A zu einem G.
Nachdem eine dieser Mutationen bei einer bestimmten Frau stattgefunden hat, gibt sie diese an ihre Töchter und die wiederum an deren Töchter weiter und so fort. Mütter geben ihre mitochondriale DNA zwar auch an ihre Söhne weiter, diese vererben sie aber nicht an ihre Nachkommen.
Genetiker nutzen diese Marker von Menschen aus aller Welt, um einen umfassenden mitochondrialen Stammbaum zu erstellen. Dieser Stammbaum ist sehr komplex, aber mittlerweile können die Wissenschaftler sowohl das Alter als auch die geografische Verbreitung jeder Abstammungslinie bestimmen und so die prähistorischen Wanderungen von Claires Ahnen rekonstruieren. Indem wir uns die Mutationen in ihrem Genom anschauen, können wir ihre Abstammungslinie von Vorfahr zu Vorfahr nachvollziehen und so deren Wanderung von Afrika aus verfolgen.
Unsere Geschichte beginnt mit ihrer frühesten Ahnin. Wer war sie, wo hat sie gelebt und wie lautet ihre Geschichte?
Die Mitochondriale Eva: die Mutter von uns allen
Unsere Geschichte beginnt vor 150.000 bis 170.000 Jahren in Afrika mit einer Frau, der die Anthropologen den Spitznamen Mitochondriale Eva gaben. Sie erhielt diesen mythischen Beinamen 1987, als Populationsgenetiker entdeckten, daß alle heute lebenden Menschen ihre mütterliche Abstammungslinie auf sie zurückführen können. Die Mitochondriale Eva war jedoch nicht der erste weibliche Mensch. Homo sapiens entwickelte sich vor ca. 200.000 Jahren in Afrika. Die ersten Hominiden, gekennzeichnet durch ihren charakteristischen aufrechten Gang und die damit verbundenen Veränderungen des Körpers, tauchten schon fast zwei Millionen Jahre früher auf.
Aber obwohl es schon seit nahezu 30.000 Jahren Menschen außerhalb Afrikas gibt, ist Eva außergewöhnlich: Ihre Abstammungslinie ist die einzige, die aus dieser fernen Zeit bis heute überlebt hat.
Warum ausgerechnet Eva?
Ganz einfach gesagt, Eva war eine Überlebende. Eine mütterliche Linie kann aus vielen unterschiedlichen Gründen aussterben. Eine Frau hat vielleicht keine Kinder oder gebiert ausschließlich Söhne (die ihre mtDNA nicht an die nachfolgende Generation weitergeben).
Sie kann Opfer einer Naturkatastrophe werden, beispielsweise eines Vulkanausbruchs, einer Überflutung oder einer Hungersnot, alles Ereignisse, welche die Menschen seit jeher heimgesucht haben. Keines dieser Aussterbe-Ereignisse traf jedoch auf Evas Linie zu.
Der Große Evolutionssprung nach vorn
Vielleicht war es einfach nur Glück – es kann aber auch sehr viel mehr dahinter stecken. Zur selben Zeit nämlich machten die intellektuellen Fähigkeiten des Menschen eine Weiterentwicklung durch, für die der US-Historiker Jared Diamond den Begriff Großer Evolutionssprung nach vorn (Great Leap Forward) geprägt hat. Viele Anthropologen sind der Ansicht, daß die Entwicklung einer Sprache uns einen entscheidenden Vorsprung vor anderen frühen menschlichen Spezies verschafft hat. Verbesserte Werkzeuge und Waffen, die Fähigkeit, vorauszuplanen und mit anderen zu kooperieren, sowie eine gesteigerte Fähigkeit, Ressourcen besser zu nutzen, als dies früher möglich war, erlaubten es dem modernen Menschen, schnell neue Gebiete zu erobern, sich neue Ressourcen zu erschließen und andere Hominiden, z. B. die Neandertaler, aus dem Feld zu schlagen und deren Stelle einzunehmen.
Evas einzigartiger Erfolg lässt sich nur schwer auf eine genaue Abfolge von Ereignissen zurückführen, aber was wir mit Sicherheit sagen können, ist, dass wir alle unsere mütterliche Abstammung auf diese einzelne Frau zurückführen können.
Fortsetzung folgt unter Die Wanderung der weiblichen mitochondrialen DNA (Teil II)
- Renneberg, Reinhard et al. (2022, in Vorbereitung): Biotechnologie für Einsteiger (6. Auflage), Springer Spektrum, Heidelberg.