Eiszeitliche Kotbällchen enthalten Mammut-DNA - und die eines mysteriösen Raubtiers

Es klingt wie eine absurde Vorstellung: Winzige, über Jahrtausende tiefgefrorene Kotbällchen, die ganze Ökosysteme einer verschwundenen Welt konservieren. Genau das haben Forschende im Dauerfrostboden des kanadischen Yukon entdeckt. In den fossilen Hinterlassenschaften prähistorischer Arktischer Erdhörnchen (Urocitellus parryii) fanden sie nicht nur Pflanzenreste, sondern erbgut von Wollhaarmammuts, Steppenbisons, Pferden und einem rätselhaften großen Katzenartigen. Die Studie, die in Nature Communications erschien, liest sich wie ein genetisches Who’s who der Eiszeit - und wirft ein neues Licht auf die Sammelleidenschaft der kleinen Nager.

Die Sammelwut der Erdhörnchen

Die heute noch im Yukon und in Sibirien lebenden Arktischen Erdhörnchen sind wahre Messies. Sie tragen alles ein, was sie in der Landschaft finden: Pflanzenmaterial, Samen, Knochen und sogar Aas. „Die Erdhörnchen im heutigen Yukon verhalten sich wie Packratten“, erklärt Tyler Murchie, Paläogenomiker am Hakai Institute in British Columbia und Erstautor der Studie. „Sie gehen in die Landschaft, sammeln eine ganze Reihe unterschiedlicher Pflanzenteile, Knochen und Samen und bringen sie zurück in ihren Bau.“ In den unterirdischen Gängen sammelte sich dieser Mix über Generationen an - durchsetzt mit Kot, der die Überreste der gefressenen oder eingetragenen Organismen enthielt. Der Permafrost wirkte wie eine natürliche Tiefkühltruhe und bewahrte die Kotpellets, sogenannte Koprolithen, für Hunderttausende von Jahren vor dem Zerfall.

Die Forschenden gehen davon aus, dass die Erdhörnchen zwar Allesfresser sind, aber kaum Mammuts erlegt haben. Vielmehr gelangte die DNA großer Tiere auf anderen Wegen in die Baue: als mitgeschlepptes Aas, als Beutereste von Raubtieren, die die Hörnchen selbst jagten, oder einfach durch zufälliges Einsammeln. In jedem Fall entstand ein außergewöhnliches Archiv, das die Biodiversität der eiszeitlichen Mammutsteppe mit verblüffender Präzision einfängt.

„Die Erdhörnchen-Koprolithen bewahren erstaunlich vielfältige genetische Momentaufnahmen des alten Beringia“, sagt Hendrik Poinar, Leiter des Ancient DNA Centre an der McMaster University in Ontario und Co-Autor der Studie. „Sie helfen uns, Paläoumweltbedingungen in viel tieferer Zeit zu rekonstruieren und geben Einblicke in Umweltveränderungen, die Evolution der Megafauna, ihre Ausbreitung und letztlich ihr Aussterben.“

Ein genetisches Fenster in die Eiszeit

Das Team extrahierte aus den Kotpellets alte Umwelt-DNA (environmental DNA) und rekonstruierte daraus mehr als 18 vollständige mitochondriale Genome. Unter den Treffern waren das Wollhaarmammut (Mammuthus primigenius), der heute ausgestorbene Steppenbison (Bison priscus), mehrere Pferdearten (Equus), der Schneeschuhhase (Lepus americanus) und das Arktische Erdhörnchen selbst. Besonders bemerkenswert: Das mitochondriale Genom aus einer rund 700.000 Jahre alten Probe ist das älteste jemals aus fossilen Fäkalien gewonnene Mitogenom. Damit schiebt sich diese Kot-DNA in eine Liga mit den ältesten jemals sequenzierten DNA-Spuren überhaupt.

Doch die Analyse förderte noch viel mehr zutage. Schwächere genetische Fingerabdrücke stammen von Lemmingen, Karibus, Grauwölfen und einer großen Katze - möglicherweise einem Puma oder dem ausgestorbenen Amerikanischen Gepard (Miracinonyx trumani). Außerdem fanden die Forschenden DNA von Pilzen, Bakterien und mehr als 200 Pflanzengruppen. Damit bietet der unscheinbare Erdhörnchenkot ein ökologisches Panorama, das von der Tundraflora bis zu den Spitzenprädatoren der Eiszeit reicht.

Die Liste der identifizierten Großtiere liest sich wie ein Who’s who der pleistozänen Megafauna:

• Wollhaarmammut (Mammuthus primigenius)
• Steppenbison (Bison priscus)
• Pferde (Equus)
• Schneeschuhhase (Lepus americanus)
• Grauwolf (Canis lupus)
• Karibu (Rangifer tarandus)
• Eine große Katze - Puma oder Amerikanischer Gepard (Miracinonyx trumani)

Vom Winde verweht? Wie die DNA in den Kot kam

Dass so viele Spezies in so winzigen Kotkügelchen Spuren hinterlassen haben, wirft die Frage nach dem Übertragungsweg auf. Die plausibelste Erklärung liefert das Verhalten der Nager selbst. Arktische Erdhörnchen legen unterirdische Vorratskammern an und polstern sie mit organischem Material. Dabei arbeiten sie ständig Kot ein. Zugleich werden die Baue von Fressfeinden geplündert oder von größeren Tieren als Unterschlupf genutzt - alles potenzielle Quellen für fremdes Erbgut. Auch Wind, Wasser und das Wühlen anderer Tiere könnten DNA-Partikel in die Gänge gespült haben, wo sie im Dauerfrost fixiert wurden. Diese komplexe Einmischung macht die Koprolithen zu einer Art paläogenetischem Mischpult, das die biologische Vielfalt eines ganzen Lebensraums einfängt.

Die ältesten Geschichten aus der Tiefkühltruhe

Die bis zu 700.000 Jahre alten Kotpellets stammen aus verschiedenen Eiszeiten und belegen die Konstanz dieser natürlichen DNA-Konservierung über enorme Zeiträume hinweg. Für die Paläogenomik sind sie eine Sensation. Während Knochen und Zähne oft nur lückenhafte Erbgutreste liefern, wirkt der Kot wie eine Sammelfalle für die gesamte lokale Biodiversität. Die Forschenden hoffen, dass die Methode auf weitere Permafroststandorte in Alaska und Sibirien übertragen werden kann. „Ich möchte, dass die Menschen aus dieser Art von Arbeit die unerwarteten Geheimnisse mitnehmen, die in Überresten schlummern, die man sonst übersehen würde“, sagt Murchie.

Die unscheinbaren Kotbällchen der Arktischen Erdhörnchen erweisen sich damit als eine der wertvollsten Zeitkapseln der Paläogenetik - und sie versprechen, noch viele Überraschungen über die versunkene Welt Beringias ans Licht zu bringen.

Quellen:

• Ancient squirrel poop from Arctic permafrost contains DNA from mammoths, bison, horses and big cats (Live Science)
• The missing notebooks that solved a 55-million-year-old fossil mystery (ScienceDaily - All)
• Some of the last surviving Neanderthals were remarkably diverse ‪ - ‬ suggesting inbreeding didn’t doom them (Live Science)
• Ancient flowering plants may have used dinosaurs to spread their seeds (Science News)
• Ancient worshipers gathered at a ‘prototype’ Stonehenge to celebrate the solstices, new analysis reveals (Scientific American)
• Perfectly preserved pterosaur wing rewrites the fossil rulebook (Phys.org)

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