Mammut-DNA aus 700.000 Jahre altem Hörnchenkot
Tiefgefrorene Exkremente prähistorischer Erdhörnchen offenbaren ein genetisches Archiv der Eiszeit. Forscher wiesen DNA von Mammuts, Bisons und einer rätselhaften Großkatze nach - über 700.000 Jahre konserviert.
Im Norden Kanadas, wo der gefrorene Boden wie eine Zeitkapsel wirkt, haben winzige Relikte eine gewaltige Geschichte enthüllt. Es sind die millimeterkleinen Kotkügelchen der Vorfahren heutiger Arktischer Erdhörnchen (Urocitellus parryii), die im Permafrost des Yukon lagerten und nun eine bis zu 700.000 Jahre alte genetische Schatzkammer preisgeben. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt nicht nur die älteste jemals aus Kot gewonnene mitochondriale DNA, sondern malt ein verblüffend detailliertes Bild der eiszeitlichen Lebensgemeinschaft Beringias - jener Landbrücke, die einst Asien und Amerika verband.
Ein genetisches Archiv tief unter der Erde
Die untersuchten Koprolithen stammen aus Bauen, die von den Erdhörnchen in den dauergefrorenen Boden gegraben wurden und die Wissenschaftler im Yukon Territory bargen. Dank der perfekten Konservierung durch das Eis gelang es einem Team um Tyler Murchie vom Hakai Institute in British Columbia, aus den Exkrementen mehr als 18 mitochondriale Genome vollständig zu rekonstruieren - darunter jene von Wollhaarmammut (Mammuthus primigenius), Steppenbison (Bison priscus), Pferden (Equus), dem Schneeschuhhasen (Lepus americanus) und dem Arktischen Erdhörnchen selbst. Das mitochondriale Genom aus der ältesten, 700.000 Jahre zählenden Probe stellt einen Rekord dar: Nie zuvor wurde eine so alte Erbsubstanz aus fossilen Fäkalien sequenziert.
Doch die Funde gehen weit über die prominenten Großtiere hinaus. Schwächere DNA-Spuren in den Pellets belegen die Anwesenheit von Lemmingen, Karibus, Wölfen sowie einer Großkatze - möglicherweise einem Puma oder dem ausgestorbenen Amerikanischen Geparden (Miracinonyx trumani). Hinzu kommen Pilze, Bakterien und mehr als 200 Pflanzengruppen. „Die Forschung zeigt, dass Hörnchenkoprolithen bemerkenswert vielfältige genetische Momentaufnahmen des alten Beringia bewahren“, erklärte Hendrik Poinar, Leiter des Ancient DNA Centre an der McMaster University im kanadischen Ontario. „Sie helfen, Paläoumwelten in viel tieferer Zeit zu rekonstruieren und liefern Einblicke in Umweltveränderungen, die Evolution und das Aussterben der Megafauna.“
Packratten der Eiszeit
Die Frage, wie die DNA so vieler Arten in die wenige Millimeter großen Kotballen gelangte, führt zum eigentümlichen Verhalten der Erdhörnchen. „Die Arktischen Erdhörnchen, die heute im Yukon leben, benehmen sich ein bisschen wie Packratten“, erläuterte Studienleiter T. Murchie in einem Interview mit LiveScience. „Sie streifen durch die Landschaft, sammeln Pflanzenmaterial, Knochen und Samen und bringen alles zurück in ihren Bau.“ Diese Sammelleidenschaft könnte bewirkt haben, dass sich mit der Zeit weitere DNA aus der Umgebung in den Exkrementen anreicherte. Außerdem sind die Tiere opportunistische Allesfresser, die neben Pilzen und Insekten auch Aas verzehrten - eine Erklärung für die Wolfs- und Bison-DNA. Selbst die Großkatze könnte auf der Jagd nach den Hörnchen in den Bau gelangt sein.
Damit wird klar: Der Kot fungiert als natürliches Sammelbecken für Umwelt-DNA, ähnlich wie es Forscher heute aus Seesedimenten oder Höhlenböden extrahieren. Doch die Hörnchen taten dies unwissentlich und mit einer Treue, die über Hunderttausende von Jahren anhielt. Die Koprolithen sind daher keine reinen Verdauungsrückstände, sondern Archive der gesamten Ökologie.
Fossilien aus der Tiefe der Zeit
Die extreme Kälte des Permafrosts hat nicht nur die Moleküle geschützt, sondern auch dafür gesorgt, dass sich die winzigen Pellets über geologische Zeiträume hinweg kaum veränderten. In der Tiefsee oder in gemäßigten Böden zersetzen sich organische Reste rasch; im ewigen Eis hingegen bleibt selbst die fragile DNA fragmentweise erhalten. So konnten die Forscher nun ein mit Abstand ältestes mitochondriales Genom aus Kot gewinnen - eine bisher unerreichte Zeitspanne für derartige Proben.
Der Fundort im Yukon zählt zu den ergiebigsten Permafrostarchiven der Arktis. Die untersuchten Haufen stammen aus verschiedenen Eiszeitabschnitten, die bis zu 700.000 Jahre zurückreichen, und decken damit mehrere Zyklen von Kalt- und Warmzeiten ab. Die Forscher betonen, dass die genetischen Spuren nicht nur ein Fenster in die Vergangenheit aufstoßen, sondern auch helfen können, die Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen unter sich verändernden Klimabedingungen zu verstehen.
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Die Studie offenbart, wie auch scheinbar unbedeutende Fossilien wertvollste Informationen bergen können. „Was ich mir wünsche, dass die Menschen aus dieser Arbeit mitnehmen, ist das unerwartete Geheimnis, das in Überresten steckt, die man sonst vielleicht übersehen würde“, sagte Murchie. Tatsächlich sind Kotpellets von Nagetieren keine spektakulären Funde, doch sie erwiesen sich als präzise Zeugen einer untergegangenen Welt.
Noch sind die Analysen nicht abgeschlossen. Die Wissenschaftler hoffen, durch weitere Sequenzierungen und die Erschließung anderer Permafrostregionen das Bild der eiszeitlichen Megafauna bis in feinste ökologische Verästelungen nachzeichnen zu können. Auch die Identität der rätselhaften Großkatze wollen sie klären. Parallel arbeiten Teams daran, die Methoden der Paläogenetik zu verfeinern, um noch ältere und stärker fragmentierte DNA zu lesen.
So werden die millimeterkleinen Gebilde, die einst von einem unscheinbaren Nager abgesetzt und für Jahrtausende im Eis konserviert wurden, zu einem der kostbarsten Archive Beringias. Sie bezeugen eine Welt, in der Mammuts durch offene Steppen zogen, Steppenbisons grasten und Hörnchen emsig ihre Baue bestückten - eine Welt, die heute unter dem tauenden Permafrost allmählich ihr Schweigen bricht.
Quellen:
- Ancient squirrel poop from Arctic permafrost contains DNA from mammoths, bison, horses and big cats (Live Science)
- Millions of fossil whale bones found in deep-ocean ‘necropolis’ (New Scientist)
- Largest whale ‘graveyard’ discovered, with skeletons spanning 5 million years (Scientific American)
- World Cup Fever in Guadalajara (NASA - Breaking News)
- Cleaner air and prosperity can go hand in hand (ESA - Space News)
- Ancient DNA from Tuscan wells reveals origins of modern wine (Phys.org)
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