Das Innenohr ist ein Kompass für die Ausbreitung des Menschen

Die Ausbreitung des Menschen von Afrika aus über die ganze Welt kann anhand genetischer und morphologischer Analysen belegt werden. Allerdings lassen morphologische Daten des Schädels und Skeletts oft nur bedingt Rückschlüsse auf das geographische Ausbreitungsmuster zu, vor allem wegen der vielfältigen Anpassungen des menschlichen Skeletts an die örtlichen Umweltbedingungen. Nun zeigt ein internationales Forscherteam unter der Leitung von UZH-Paläoanthropologen, dass die Morphologie des Innenohrs ein geeigneter Indikator für die Populationsgeschichte und Ausbreitung des Menschen ist.

Formunterschiede innerhalb einer Population grösser

Wie bei allen Wirbeltieren ist auch beim Menschen der Gehör- und Gleichgewichtssinn in einem Hohlraumsystem in der Schädelbasis enthalten, dem knöchernen Labyrinth des Innenohrs. Die Forscherinnen und Forscher untersuchten die Labyrinthstrukturen in menschlichen Populationen von Süd- und Nordafrika über Europa, Asien, Australien und Amerika bis nach Patagonien. Mittels Mikro-Computertomographie konnten sie die dreidimensionalen Daten des knöchernen Labyrinths zerstörungsfrei erfassen.

Dabei zeigte sich, dass die Form des Labyrinths stark variiert: Die Variation innerhalb einer Population ist bedeutend grösser als die Variation zwischen Populationen. «Dieses typisch menschliche Variationsmuster ist auch von genetischen Vergleichsdaten bekannt. Es zeigt, dass alle Menschen sehr nahe miteinander verwandt sind und ihre Wurzeln in Afrika haben», erläutert UZH-Anthropologin Marcia Ponce de León.

Morphologie des Labyrinths korreliert mit Ausbreitungsdistanz zu Afrika  

Das Team fand weiter heraus, dass die dreidimensionale Form des Labyrinths wichtige Informationen über die globale Ausbreitung des Menschen vom afrikanischen Kontinent aus enthält. Je weiter eine Population geographisch von Südafrika entfernt ist, desto mehr unterscheidet sie sich in der Form des Labyrinths von südafrikanischen Populationen. Überdies stimmen die Labyrinth-Daten mit jenen von DNA-Untersuchungen überein, die zeigen, dass die genetische Distanz mit der geographischen Distanz zu Afrika zunimmt.

Rückschlüsse auf innerkontinentale Ausbreitungsgeschichte

Die Labyrinth-Daten lassen auch Schlüsse auf Populationsbewegungen innerhalb der Kontinente zu. So ist etwa die Labyrinth-Form von prähistorischen Populationen auf den Sunda-Inseln (Indonesien) ähnlich zu jener der Ureinwohner von Papua und Australien, während die heutige Bevölkerung grösstenteils aus dem malaiischen Archipel zugewandert ist. Andererseits lässt sich aus dem Labyrinth ablesen, dass die heutigen Europäer und Japaner ihre Vorfahren mehrheitlich in den jeweiligen lokalen Bevölkerungen der Jungsteinzeit haben.

Zufällige Erbgutveränderungen wirken sich funktionell nicht aus

Die neuen Resultate überraschen, weil bisher angenommen wurde, dass die Form des Labyrinths hauptsächlich durch seine Funktion bestimmt wird. Nun zeigt sich, dass trotz sehr hoher funktioneller Anforderungen an Gleichgewichts- und Hörsinn die Natur eine erstaunlich weite Variation des Labyrinths zulässt. «Dies beruht wohl auf zufälligen Veränderungen im Erbgut. Solche Veränderungen haben funktionell wenig bis keine Konsequenzen, aber die damit einhergehenden strukturellen Veränderungen sind ein Dokument der menschlichen Ausbreitungs- und Evolutionsgeschichte», resümiert Letztautor Christoph Zollikofer, Professor für Anthropologie an der UZH.

Computertomographische Erfassung vor der DNA-Extraktion

Der kompakte Knochen, der das Labyrinth umgibt, ist auch für die Paläogenetik interessant, da er grosse DNA-Mengen enthält. Hier besteht ein akuter Interessenkonflikt: Während computertomographische Untersuchungen nicht-invasiv sind, wird bei der DNA-Gewinnung das Labyrinth zerstört. «Die Paläogenetik ist ein rasant wachsendes Forschungsgebiet, und es wurden bereits hunderte Labyrinthe aus archäologischen Skelettsammlungen ohne vorgängige Dokumentation zu Knochenstaub zermahlen», so Christoph Zollikofer. Das Forschungsteam setzt sich deshalb dafür ein, dass routinemässig computertomographische Daten erfasst werden, bevor Knochen für die DNA-Extraktion freigegeben werden. «Diese Daten bilden ein unersetzliches Archiv der Geschichte von fossilen und heutigen menschlichen Populationen», schliesst Marcia Ponce de León.

Literatur:

Marcia S. Ponce de León, Toetik Koesbardiati, John David Weissmann, Marco Milella, Carlos S. Reyna-Blanco, Gen Suwa, Osamu Kondo, Anna-Sapfo Malaspinas, Tim D. White, and Christoph P. E. Zollikofer. Human bony labyrinth is an indicator of population history and dispersal from Africa. PNAS. April 2, 2018. Doi: 10.1073/pnas.1717873115