Menschheit stand vor 930.000 Jahren kurz vor dem Aussterben

Fast eine Million Jahre alt – und noch immer in unseren Genen lesbar: Ein Kollaps, der die Menschheit fast ausgelöscht hätte.

Vor fast 930.000 Jahren stand die menschliche Abstammungslinie am Rand des Aussterbens. Eine genetische Analyse legt nahe, dass die Zahl der fortpflanzungsfähigen Vorfahren des modernen Menschen auf durchschnittlich rund 1.280 Individuen absank – ein Einbruch, der die genetische Geschichte unserer Spezies bis heute prägt. Laut einer im Fachjournal „Science“ veröffentlichten Studie dauerte dieser Kollaps etwa 117.000 Jahre, von vor rund 930.000 bis vor etwa 813.000 Jahren. Zu Beginn dieses Engpasses sollen nahezu 98,7 Prozent der ursprünglichen Population verschwunden sein. Gleichzeitig gingen rund 65,85 Prozent der genetischen Vielfalt verloren, die in der Linie zuvor vorhanden war.

Seit mehr als einem Jahrhundert wird die Geschichte der menschlichen Herkunft als Erzählung von Expansion, Migration und Überleben erzählt. Doch mitten in dieser Geschichte klafft eine lange, scheinbar ereignislose Lücke: Fossilienfunde werden spärlich, die Spur verliert sich – und dann taucht die menschliche Abstammungslinie plötzlich wieder auf. Die Zahl von 1.280 fortpflanzungsfähigen Individuen ist für sich genommen bereits bemerkenswert. Noch aufschlussreicher wird sie im Vergleich mit dem Fossilienbestand: Menschliche Überreste in Afrika und Eurasien werden genau in diesem Zeitraum – zwischen etwa 950.000 und 650.000 Jahren – ungewöhnlich selten. „Die Lücke im afrikanischen und eurasischen Fossilienbestand lässt sich durch diesen Engpass in der frühen Steinzeit erklären. Chronologisch fällt er mit einem erheblichen Verlust an fossilen Belegen zusammen“, erklärt Giorgio Manzi, Anthropologe an der Sapienza-Universität Rom.

Genetische Spurensuche

Die Studie stützt ihre Schlussfolgerungen nicht auf alte Knochen, sondern auf lebende Menschen. Die Forschenden analysierten Genomdaten von 3.154 heute lebenden Personen aus zehn afrikanischen und 40 nicht-afrikanischen Populationen. Zur Rekonstruktion vergangener Bevölkerungsgrößen nutzten sie eine neu entwickelte Rechenmethode namens FitCoal – kurz für „fast infinitesimal time coalescent process“. Diese Methode wertet Muster im sogenannten Standortfrequenzspektrum aus, also die Verteilung genetischer Varianten innerhalb einer Population, um Veränderungen in der Zahl fortpflanzungsfähiger Individuen über enorme Zeiträume hinweg nachzuvollziehen. Entwickelt wurde sie unter anderem, um numerische Verzerrungen zu vermeiden, die ältere demografische Ereignisse in bisherigen Modellen verwischen konnten. Zudem konzentrierten sich die Autoren auf autosomale nicht-kodierende Regionen und schlossen hochfrequente Mutationen aus, um den Einfluss von Selektion und Sequenzierungsfehlern zu minimieren.

In Simulationen erwies sich FitCoal als präziser als mehrere etablierte Vorgängermethoden – darunter PSMC, Stairway Plot und SMC++. „Die Tatsache, dass FitCoal den alten schweren Engpass selbst mit wenigen Sequenzen erkennen kann, stellt einen Durchbruch dar“, sagt Yun-Xin Fu, Populationsgenetiker am University of Texas Health Science Center in Houston. Als das Modell auf afrikanische Populationen angewendet wurde, zeigte sich ein bemerkenswert konsistentes Bild: Alle zehn untersuchten afrikanischen Populationen wiesen Hinweise auf denselben schweren Engpass auf – beginnend vor etwa 930.000 Jahren, endend vor rund 813.000 Jahren, mit einer durchschnittlichen effektiven Populationsgröße von 1.280 Individuen. Das entspricht einem Rückgang von einer ursprünglichen Größe von schätzungsweise 98.130 Individuen.

In nicht-afrikanischen Populationen war das direkte Signal schwächer ausgeprägt – nicht weil diese Gruppen dem Zusammenbruch entgangen wären, sondern weil spätere Ereignisse, allen voran die Ausbreitung aus Afrika, das ältere Signal überlagert haben dürften. Nach einer entsprechenden Anpassung der Analyse fanden die Forschenden, dass auch alle 19 nicht-afrikanischen Populationen im 1000-Genomes-Projekt denselben Engpass durchlaufen haben – mit rund 1.450 fortpflanzungsfähigen Individuen zwischen etwa 921.000 und 785.000 Jahren. Der Engpass fällt in den Übergang vom frühen zum mittleren Pleistozän, eine Epoche, in der sich die Eiszyklen von kürzeren Schwankungen zu längeren und härteren Intervallen verschoben. Die Studie verknüpft den Bevölkerungseinbruch mit diesen klimatischen Umbrüchen: kältere Meerestemperaturen, anhaltende Dürreperioden und ein tiefgreifender Wandel in der Tier- und Pflanzenwelt Afrikas und Eurasiens.

Offene Fragen

Dieser Umweltdruck könnte erklären, warum der Fossilienbestand der Homininen in dieser Zeit so dünn wird. In Afrika verweist die Studie auf nur wenige bekannte Funde aus diesem Intervall – darunter Schädelfragmente aus Gombore in Äthiopien und Fossilmaterial aus Tighenif in Algerien. Für Paläoanthropologen war diese Knappheit lange ein Rätsel. Lebten die Populationen jedoch klein, fragmentiert und unter schwerem Umweltstress, erscheint das Fehlen von Fossilien weit weniger rätselhaft. Darüber hinaus setzt die Studie den Engpass in die Nähe eines weiteren bedeutsamen Ereignisses der menschlichen Evolution: der Fusion zweier ursprünglicher Chromosomen zu dem, was heute das menschliche Chromosom 2 ist. Die Autoren vermuten, der Engpass könnte ein Artbildungsereignis markieren, das mit dem letzten gemeinsamen Vorfahren von modernen Menschen, Neandertalern und Denisova-Menschen zusammenhängt – eine Aufspaltung, die auf etwa 765.000 bis 550.000 Jahre datiert wird.

Yi-Hsuan Pan, Experte für evolutionäre Genomik an der East China Normal University in Shanghai, sieht in dem Befund einen Ausgangspunkt für ein gänzlich neues Forschungsfeld: „Er wirft viele Fragen auf – etwa wo diese Individuen lebten, wie sie katastrophale Klimaveränderungen überstanden und ob natürliche Selektion während des Engpasses die Evolution des menschlichen Gehirns beschleunigte.“ Diese letzte Frage bleibt vorerst offen. Die Studie erhebt keinen Anspruch darauf, zu belegen, dass der Engpass Veränderungen in Intelligenz oder Verhalten vorantrieb. Sie argumentiert jedoch, dass eine so kleine Population, die über einen derart langen Zeitraum überlebte, einem außerordentlich intensiven evolutionären Druck ausgesetzt gewesen sein muss.

Was die Linie letztlich am Leben hielt, ist noch ungeklärt. Die Autoren verweisen auf die frühe Kontrolle des Feuers als möglichen Faktor für die anschließende Erholung. Archäologische Belege aus Israel deuten auf Feuernutzung vor etwa 790.000 Jahren hin – nahe dem Ende des Engpasses und zeitlich deckungsgleich mit jenem Moment, an dem das Modell eine rasche Bevölkerungsexpansion feststellt. In den afrikanischen Populationen stieg die Vorfahrenpopulation demnach vor etwa 813.000 Jahren um das Zwanzigfache an. Auch eine Verbesserung der klimatischen Bedingungen dürfte zu dieser Erholung beigetragen haben.

Was die Analyse hingegen nicht zeigen kann: wo genau diese Menschen lebten, wie sie geografisch verteilt waren und ob sie in einem einzigen Rückzugsgebiet oder in mehreren isolierten Gruppen überlebten. Die verwendete effektive Populationsgröße bezieht sich ausschließlich auf fortpflanzungsfähige Individuen, nicht auf die Gesamtzahl aller Lebenden. Die Autoren weisen zudem darauf hin, dass eine verborgene Populationsstruktur die Schätzung von 1.280 möglicherweise noch zu hoch ansetzen könnte.

Li Haipeng, Computerbiologe am Shanghai Institute of Nutrition and Health, formuliert das übergeordnete Ziel künftiger Forschung so: „Wir wollen ein vollständigeres Bild der menschlichen Evolution in dieser Periode zeichnen und das Rätsel der frühen menschlichen Abstammung entwirren.“ Die Ergebnisse sind im Fachjournal „Science“ veröffentlicht.