Fossilienstudie zeigt: Klimawandel verursacht drastischen Rückgang der Jäger- und Sammlerpopulation

Eine groß angelegte Studie fossiler menschlicher Zähne aus dem eiszeitlichen Europa zeigt, dass der Klimawandel die Demographie der prähistorischen Menschen erheblich beeinflusst hat.

Anhand des bislang größten Datensatzes menschlicher Fossilien aus dem eiszeitlichen Europa zeigt ein internationales Forschungsteam, wie prähistorische Jäger und Sammler im Zeitraum zwischen 47.000 und 7.000 Jahren vor heute mit dem Klimawandel umgingen.

Während der kältesten Periode ging die Populationsgröße stark zurück, und im Westen waren die Europäer der Eiszeit der Studie zufolge sogar vom Aussterben bedroht. veröffentlicht 16. August im Journal Wissenschaftliche Fortschritte.

Der leitende Forscher Dr. Hannes Rathmann vom Senckenberg Center for Human Evolution and Palaeoenvironment an der Universität Tübingen (Deutschland) entwickelte in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Tübingen, der Universität Ferrara (Italien) und der New York University eine neue Methode zur Analyse der Fossilien, die auf einem maschinellen Lernalgorithmus basiert.

Vor etwa 45.000 Jahren wanderten während der letzten Eiszeit die ersten modernen Menschen nach Europa ein. Dies markierte den Beginn des sogenannten Jungpaläolithikums. Diese frühen Gruppen bevölkerten den europäischen Kontinent kontinuierlich – sogar während des sogenannten letzten glazialen Maximums vor etwa 25.000 Jahren, als Gletscher weite Teile Nord- und Mitteleuropas bedeckten.

„Archäologen diskutieren schon seit langem über den Einfluss des Klimawandels und der damit verbundenen neuen Umweltbedingungen auf die Demographie der damaligen Jäger und Sammler. Aufgrund der begrenzten Anzahl verfügbarer Fossilien und ihrer oft schlechten molekularen Konservierung für die Analyse alter DNA war es sehr schwierig, Rückschlüsse auf die Auswirkungen klimatischer Faktoren auf Migration, Bevölkerungswachstum, -rückgang und -aussterben zu ziehen“, erklärt Dr. Rathmann, Erstautor der Studie.

Gemeinsam mit einem Forscherteam aus Italien, den USA und Deutschland wählte Rathmann deshalb einen neuen Ansatz zur Klärung dieser Frage: Statt die wenigen verstreuten prähistorischen Individuen zu analysieren, von denen alte DNA vorliegt, untersuchte das Team deren Zähne. „Zähne sind das härteste Gewebe des menschlichen Körpers und daher die häufigsten fossilen Skelettelemente, die Archäologen finden.“

„Dadurch konnten wir einen beispiellosen Datensatz zusammentragen, der deutlich größer ist als bisherige Skelett- und Gendatensätze. Unsere neu zusammengestellte Sammlung umfasst Zahndaten von 450 prähistorischen Menschen aus ganz Europa und deckt den Zeitraum zwischen 47.000 und 7.000 Jahren vor heute ab“, erklärt Dr. Rathmann.

Die Forscher konzentrierten sich auf „morphologische“ Zahnmerkmale – kleine Variationen innerhalb des Gebisses, wie etwa die Anzahl und Form der Kronenhöcker, die Rillen- und Furchenmuster auf der Kaufläche oder das Vorhandensein oder Fehlen von Weisheitszähnen. „Diese Merkmale sind vererbbar, was bedeutet, dass wir sie verwenden können, um genetische Beziehungen zwischen Menschen aus der Eiszeit nachzuverfolgen, ohne gut erhaltene alte DNA zu benötigen“, erklärt Dr. Rathmann.

Da diese Merkmale mit bloßem Auge erkennbar sind, untersuchte das Team auch Hunderte von veröffentlichten Fossilienfotos. „Die Untersuchung historischer Fotos auf Zahnmerkmale war besonders spannend, da wir dadurch wichtige Fossilien einbeziehen konnten, die leider nicht mehr existieren, wie etwa solche, die im Zweiten Weltkrieg verloren gingen oder zerstört wurden“, sagt Dr. Rathmann.

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass von vor etwa 47.000 bis 28.000 Jahren – während der Mittleren Pleniglazialzeit – Populationen in West- und Osteuropa genetisch gut miteinander verbunden waren. „Dieser Befund steht im Einklang mit unseren bisherigen Erkenntnissen aus archäologischen Untersuchungen, die weitverbreitete Ähnlichkeiten bei Steinwerkzeugen, Jagdwaffen und tragbarer Kunst aus den verschiedenen Regionen festgestellt haben“, erklärt Co-Autorin Dr. Judith Beier vom DFG-Kolleg Words, Bones, Genes, Tools an der Universität Tübingen.

In dieser Zeit war Europa größtenteils von offenen Steppenlandschaften geprägt, die große Herden von Säugetieren – der Hauptnahrungsquelle der Jäger und Sammler – ernähren konnten. Diese Bedingungen begünstigten wahrscheinlich die Vernetzung der Populationen.

In der darauffolgenden Periode, dem Späten Pleniglazial zwischen 28.000 und 14.700 Jahren vor unserer Zeitrechnung, konnten die Forscher keine genetischen Verbindungen zwischen West- und Osteuropa feststellen. Zudem zeigen die Analysen, dass es in beiden Regionen zu einem deutlichen Bevölkerungsrückgang kam, der zu einem Verlust der genetischen Vielfalt führte.

„Dieser drastische demografische Wandel wurde wahrscheinlich durch massive Klimaveränderungen verursacht: Die Temperaturen in diesem Zeitraum sanken auf die niedrigsten Werte des gesamten Jungpaläolithikums und kulminierten im Letzten glazialen Maximum, einer Zeit, als die Eisschilde ihre größte Ausdehnung erreichten und den größten Teil Nord- und Mitteleuropas bedeckten“, erklärt Dr. Rathmann.

„Das sich verschlechternde Klima führte zu einer Verschiebung der Vegetation von der Steppe hin zu einer überwiegend tundraartigen Landschaft, was sich auf den Lebensraum der Beutetiere und damit auch auf die von ihnen abhängigen Jäger und Sammler auswirkte.“

Dr. Beier ergänzt: „Unsere Ergebnisse stützen die seit langem vertretene Theorie, dass Populationen durch vorrückende Eisschichten nicht nur nach Süden getrieben wurden, sondern sich auch in weitgehend isolierte Rückzugsgebiete mit günstigeren Umweltbedingungen aufspalteten.“ Ein weiteres bemerkenswertes Ergebnis der Studie ist die Entdeckung, dass Populationen in Westeuropa am Übergang von der mittleren zur späten Pleniglazialzeit ausstarben und durch eine neue Population ersetzt wurden, die aus Osteuropa einwanderte.

Nach dem späten Pleniglazial stiegen die Temperaturen wieder stetig an, Gletscher zogen sich zurück und Steppen- und Waldvegetation kehrten zurück, was die erste Wiederbesiedlung zuvor verlassener Gebiete ermöglichte. Das Forschungsteam beobachtete, dass während dieser Zeit die zuvor isolierten und stark dezimierten Populationen in West- und Osteuropa wieder zu wachsen begannen und die Migration zwischen den Regionen wieder aufgenommen wurde.

„Unsere neue Methode, die auf einem maschinellen Lernalgorithmus basiert, den wir Pheno-ABC nennen, hat es uns erstmals ermöglicht, komplexe prähistorische demografische Ereignisse anhand morphologischer Daten zu rekonstruieren. Soweit wir wissen, ist dies noch nie zuvor gelungen“, sagt Co-Erstautorin Dr. Maria Teresa Vizzari von der Universität Ferrara, die maßgeblich an der Entwicklung des Algorithmus beteiligt war.

Das neue Analysetool ermöglicht es, aus vielen getesteten Szenarien das wahrscheinlichste demografische Szenario zu identifizieren. Laut den Forschern könnte die Pheno-ABC-Methode in Zukunft die Analyse der Morphologie fossiler Skelette revolutionieren.

„Unsere Studie liefert wichtige Einblicke in die demografische Geschichte der eiszeitlichen Europäer und verdeutlicht die tiefgreifenden Auswirkungen von Klima- und Umweltveränderungen auf das Leben der prähistorischen Menschen. Wir sollten dringend aus unserer Vergangenheit lernen, wenn wir die komplexen Umweltprobleme der Zukunft angehen wollen“, erklärt Dr. Rathmann.