Hinweise auf das mysteriöse Verschwinden der großen Säugetiere Nordamerikas vor 50.000 Jahren in uraltem Knochenkollagen gefunden

Vor 50.000 Jahren war Nordamerika von Megafauna beherrscht. Schwerfällige Mammuts durchstreiften die Tundra, während die Wälder die Heimat riesiger Mastodonten, wilder Säbelzahntiger und riesiger Wölfe waren. Bisons und außergewöhnlich große Kamele zogen in Herden über den Kontinent, während riesige Biber die Seen und Teiche bevölkerten. In vielen Regionen östlich der Rocky Mountains wurden riesige Riesenfaultiere mit einem Gewicht von über 1.000 kg gefunden.

Und dann, irgendwann am Ende der letzten Eiszeit, verschwand der Großteil der Megafauna Nordamerikas. Wie und warum, ist nach wie vor umstritten. Einige Forscher glauben, dass die Ankunft des Menschen ausschlaggebend war. Vielleicht wurden die Tiere gejagt und gegessen, oder vielleicht veränderten die Menschen einfach ihren Lebensraum oder konkurrierten um lebenswichtige Nahrungsquellen.

Andere Forscher sind jedoch der Meinung, dass der Klimawandel die Ursache sei, da die Erde nach mehreren tausend Jahren eisiger Temperaturen auftaute und die Umwelt sich schneller veränderte, als die Megafauna sich anpassen konnte. Zwischen diesen beiden Schulen herrschte heftige Meinungsverschiedenheit und die Debatten waren kontrovers.

Trotz jahrzehntelanger Forschung ist dieses Eiszeit-Mysterium noch immer ungelöst. Den Forschern fehlen schlicht die Beweise, um das eine oder andere Szenario auszuschließen – oder auch andere vorgeschlagene Erklärungen (z. B. Krankheit, Kometeneinschlag, eine Kombination verschiedener Faktoren). Einer der Gründe dafür ist, dass viele der Knochen, anhand derer sie die Präsenz der Megafauna nachweisen, zersplittert und schwer zu identifizieren sind.

Während die Überreste der Megafauna an manchen Fundstätten wirklich gut erhalten sind, waren die Bedingungen an anderen Orten hart für die Tierknochen und haben sie in kleinere Fragmente zerlegt, die zu stark verändert sind, um sie identifizieren zu können. Zu diesen Zerfallsprozessen gehören Freilegung, Abrieb, Bruch und biomolekularer Zerfall.

Aufgrund solcher Probleme fehlen uns wichtige Informationen darüber, wo bestimmte Megafauna-Arten verbreitet waren, wann genau sie verschwanden und wie sie auf die Ankunft des Menschen oder die klimatischen Veränderungen der Umwelt im Spätpleistozän reagierten.

Anwendung moderner Technologie auf alte Knochen

Ein neues Werk, veröffentlicht In Grenzen der Säugetierforschunghaben sich zum Ziel gesetzt, dieses Informationsdefizit zu beheben. Zu diesem Zweck haben sie ihre Aufmerksamkeit auf die außergewöhnlichen Sammlungen des Smithsonian National Museum of Natural History in Washington, DC, gerichtet. Das Museum beherbergt die Funde zahlreicher archäologischer Ausgrabungen der letzten hundert Jahre und ist ein außergewöhnlicher Fundus an Tierknochen, die für die Frage, wie die Megafauna Nordamerikas ausgestorben ist, von großer Bedeutung sind.

Viele dieser Überreste sind jedoch stark fragmentiert und nicht identifizierbar, so dass sie zumindest bislang nur begrenzt dazu beitragen konnten, Licht auf diese Frage zu werfen.

Glücklicherweise wurden in den letzten Jahren neue biomolekulare Methoden für archäologische Erkundungen entwickelt. Anstatt neue Stätten auszugraben, wenden sich Archäologen zunehmend dem wissenschaftlichen Labor zu und untersuchen vorhandenes Material mit neuen Techniken.

Eine dieser neuen Techniken heißt ZooMS – kurz für Zooarchäologie durch Massenspektrometrie. Die Methode basiert auf der Tatsache, dass die meisten Proteine ​​nach dem Tod eines Tieres schnell abgebaut werden, während andere, wie etwa Knochenkollagen, über lange Zeiträume erhalten bleiben. Da sich Kollagenproteine ​​zwischen verschiedenen taxonomischen Tiergruppen und sogar einzelnen Arten häufig in kleinen, subtilen Details unterscheiden, können Kollagensequenzen eine Art molekularen Barcode liefern, mit dem sich Knochenfragmente identifizieren lassen, die sonst nicht identifizierbar wären.

Aus winzigen Knochenmengen extrahierte Kollagenproteinsegmente können getrennt und mit einem Massenspektrometer analysiert werden, um Knochenreste zu identifizieren, was herkömmlichen Zooarchäologen nicht möglich ist.

Auswahl archäologischen Materials für Studien

Forscher entschieden sich, diese Methode zu verwenden, um das Archivmaterial des Smithsonian Museums erneut zu untersuchen. Ihre Pilotstudie stellte die Schlüsselfrage: Würden die im Smithsonian Museum aufbewahrten Knochen genügend Kollagen bewahren, damit wir mehr über das fragmentierte Knochenmaterial in seinen Lagerräumen erfahren könnten?

Die Antwort war nicht offensichtlich, denn viele der Ausgrabungen hatten bereits vor Jahrzehnten stattgefunden. Zwar wurde das Material in den letzten zehn Jahren in einer hochmodernen, klimatisierten Anlage gelagert, doch aufgrund des frühen Datums der Ausgrabungen wurden bei der Handhabung, Verarbeitung und Lagerung nicht unbedingt in allen Phasen moderne Standards angewendet.

Das Team untersuchte Knochenmaterial von fünf archäologischen Stätten. Die Stätten stammen alle aus dem Spätpleistozän/frühesten Holozän (ca. 13.000 bis 10.000 Kalenderjahre vor der Gegenwart) oder früher und befanden sich in Colorado im Westen der USA. Die früheste Fundstätte wurde 1934 ausgegraben, die letzte 1981.

Obwohl einige der Funde identifizierbar waren, war ein Großteil stark fragmentiert und wies keine diagnostischen Merkmale auf, die eine zooarchäologische Identifizierung nach Art, Gattung oder sogar Familie ermöglichen würden. Einige der Knochenfragmente sahen wenig vielversprechend aus – sie waren gebleicht und verwittert oder hatten abgerundete Kanten, was darauf schließen ließ, dass sie vor ihrer Bestattung an der Fundstätte durch Wasser oder Sediment transportiert worden waren.

Entdeckung hervorragender Konservierung biomolekularer Stoffe

Was sie fanden, überraschte sie. Trotz des hohen Alters vieler Sammlungen, des wenig vielversprechenden Aussehens eines Großteils des Materials und der antiken Herkunft der Knochen selbst lieferten sie hervorragende ZooMS-Ergebnisse. Tatsächlich enthielten bemerkenswerte 80 % der untersuchten Knochen genügend Kollagen für die ZooMS-Identifizierung. 73 % konnten bis auf Gattungsebene identifiziert werden.

Zu den Taxa, die sie mithilfe von ZooMS identifizierten, gehörten Bison, Mammuthus (die Gattung, zu der Mammuts gehören), Camelidae (die Kamelfamilie) und möglicherweise Mammut (die Gattung, zu der Mastodonten gehören). In einigen Fällen konnten sie die Exemplare nur breiten taxonomischen Gruppen zuordnen, da für viele nordamerikanische Tiere noch immer keine ZooMS-Referenzbibliotheken vorhanden sind. Diese Datenbanken, die für Eurasien vergleichsweise gut entwickelt sind, für andere Regionen jedoch nicht, sind für die Identifizierung der Spektren, die eine Probe erzeugt, wenn sie diese auf einem Massenspektrometer laufen lässt, unerlässlich.

Ihre Erkenntnisse haben weitreichende Auswirkungen auf Museumssammlungen. Das Material, das die Forscher untersuchten, ist in jeder Hinsicht das arme Pendant zu den glamourösen Exponaten naturhistorischer Museen.

Diese fragmentarischen, kleinen und nicht diagnostischen Tierknochen sind auf den ersten Blick nicht sehr inspirierend und wenig informativ. Doch wie andere biomolekulare Werkzeuge enthüllt ZooMS die Fülle an Informationen, die in vernachlässigten Proben stecken, die jahrzehntelang weder die Aufmerksamkeit von Forschern noch von Besuchern auf sich gezogen haben.

Die Ergebnisse unterstreichen auch das Potenzial solcher Sammlungen, um die laufenden Debatten darüber zu beantworten, wann genau, wo und wie die Megafauna ausgestorben ist. Indem ZooMS das fragmentierte Knochenmaterial, das einen Großteil der Megafauna-Aufzeichnungen ausmacht, für die Analyse zugänglich macht, kann es dazu beitragen, eine Fülle neuer Forschungsdaten bereitzustellen, um seit langem bestehende Fragen zum Aussterben der Megafauna zu beantworten. ZooMS bietet eine relativ einfache, schnelle und kostengünstige Möglichkeit, neue Informationen aus vor langer Zeit ausgegrabenen Stätten zu gewinnen.

Ihre Forschung unterstreicht auch die Bedeutung der Erhaltung archäologischer Sammlungen. Wenn Forscher und Institutionen finanziell knapp bei Kasse sind, werden archäologische Artefakte und Knochen, die nicht glamourös sind oder keinen offensichtlichen unmittelbaren Nutzen haben, möglicherweise vernachlässigt oder sogar weggeworfen. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Museen ausreichende Mittel erhalten, um archäologische Überreste langfristig zu pflegen und unterzubringen.

Wie ihre Analyse zeigt, kann derart altes Material auf unerwartete Weise zu neuem Leben erwachen. In diesem Fall können wir mithilfe winziger Knochenfragmente dem Rätsel, warum einige der größten Tiere der Erde aus der Landschaft des alten Nordamerika verschwanden, ein Stück näher kommen.