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Knochensplitter

Paläogenetik Glyptodon war ein Giganten-Gürteltier

Glyptodonten: So seltsam, wie es nur geht Fotos
Carl Buell

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Moderne Untersuchungsmethoden revolutionieren die Paläontologie: An die Stelle begründeter Vermutungen treten zunehmend konkrete Messungen. So gelang jetzt zumindest teilweise die Entschlüsselung des Glyptodon-Erbguts.

Wenig Zeit? Am Textende gibt's eine Zusammenfassung.


Vor rund vier Millionen Jahren schoben sich zum ersten Mal Glyptodonten der Gattung Doedicurus wie riesige, gepanzerte Rasenmäher über die Ebenen Südamerikas.

Wenn sie auffielen, dann nur wegen ihrer Größe: Denn eigentlich gehörten grasfressende Säugetiere mit rundbuckeligen Rückenschilden und keulenartigen Schwänzen seit 48 Millionen Jahren zum dortigen Landschaftsbild. Über 60 Arten hatten die Glyptodontidae, wie man sie zusammenfasst, hervorgebracht. Aber Doedicurus war eben ein ganz besonders dicker Brocken - mit einer Länge von 3,60 Meter und einem Gewicht von zwei Tonnen hätte man das Tier im Dunkeln mit einem VW-Käfer verwechseln können. Auch dass Doedicurus erst vor rund 11.000 Jahren ausstarb, zeichnet ihn gewissermaßen aus - denn das machte es nun möglich, DNA-Material aus seinen fossilen Knochen zu extrahieren und zu sequenzieren.

Je älter das Material, desto weniger intakte DNS

Man hört so etwas immer öfter, aber es ist durchaus nicht trivial. Es ist etwas anderes, DNA aus dem tiefgefrorenen Kadaver eines Mammut zu gewinnen oder aus dem fossilen Knochenmaterial eines Tieres wärmerer Breiten. Denn DNA ist eine fragile Substanz, die sich über die Zeit zersetzt: Das Biomolekül ist Träger all unserer Erbinformationen - eine Art Bauplan der Lebewesen.

Der Zerfall dieser DNA passiert mit stetigem Tempo. Man kann die Geschwindigkeit, in der sich jeweils die Hälfte des erhaltenen Materials zersetzt, benennen. Das ist wie bei der Halbwertszeit radioaktiver Proben: Je älter desto weniger intaktes Ausgangsmaterial ist noch zu finden.

Bestimmte Umstände im Prozess der Fossilisierung können das Überdauern der Erbinformation jedoch begünstigen, die "Halbwertszeit" ist also nicht immer dieselbe. Mit etwas Forscherglück kann also auch aus vergleichsweise alten Fossilien noch DNA gewonnen werden.

Hightechdisziplin Paläontologie: Spaten und Spektrometer

Lange Zeit war die Paläontologie als Disziplin der Buddler und Bastler verschrien. Für gut ein Jahrhundert war sie eine klassische Gelehrtenwissenschaft: Funde wurden ausgegraben, beurteilt und eingeordnet. Vieles davon hat bis heute Bestand, etliches aber musste revidiert werden, als physische und biochemische Messmethoden ihren Weg in die Wissenschaft fanden.

Heute liefern biochemische Untersuchungsverfahren und Scans bis auf die molekulare Ebene Daten darüber, was genau ein Tier vor Millionen Jahren fraß, in was für einer Art Umwelt es lebte und welche Farbe seine Schuppen oder Federn hatten. Virtuelle Rekonstruktionen von Körperhöhlungen und Atemapparaten lassen Millionen Jahre nicht mehr gehörte Rufe wieder ertönen. Und Tomographen helfen, den Aufbau fossiler Froschbeine zu rekonstruieren, um sie in digitaler Simulation mit lebenden Tieren wetthüpfen zu lassen.

Zu den schärfsten Werkzeugen der Wissenschaft gehört heute aber die Paläogenetik.

Möglich wurde das erst durch die sogenannte Polymerasekettenreaktion (PCR). Grob gesagt ist das eine Methode, geringe Mengen von DNA im sprichwörtlichen Reagenzglas zu vervielfältigen (Sie wissen schon: das, was die Fahnder bei "CSI" immer machen). Es hat dazu geführt, dass man auch winzige Spuren und Reste untersuchen kann.

Auch die nun von Forschern des McMaster Ancient DNA Center im Fachmagazin "Current Biology" veröffentlichte, auf Gen-Analyse beruhende Einordnung der Glyptodontidae in den Stammbaum der Nebengelenktiere begann mit dem Fund winziger Reste mitochondrieller DNA (mDNA) aus einem fossilen Knochen.

Die mDNA ist gewissermaßen ein "Nebenspeicher" von Erbinformationen in der Zelle: Das Gros der Erbinformation wird im Zellkern vorgehalten, während mDNA nur vergleichsweise wenige Eigenschaften eines Lebewesens codiert.

Zum idealen Gegenstand paläogenetischer Untersuchungen wird sie durch eine andere Eigenschaft: Sie enthält zwar weniger Informationen, liegt in der einzelnen Zelle aber etwa 500-mal so häufig vor wie reguläre DNA. Damit ist auch die Chance, sie zu finden, deutlich höher.

Und sie liefert durchaus aussagekräftige Informationen - zum Beispiel über Verwandtschaftsverhältnisse zwischen ausgestorbenen und heutigen (Fachbegriff: rezenten) Arten.

Der Stammbaum der Glyptodontidae

Mit den klassischen Gelehrtenmethoden des anatomischen Vergleichs hatte man die Glyptodontidae in die Familie der sogenannten Nebengelenktiere eingeordnet. Das erklärte sie zu Verwandten von Faultieren, Ameisenbären und - vor allem - Gürteltieren.

Die ähneln ihnen ja sogar optisch. Aber heißt das auch zwangsläufig, dass man sie zu Verwandten erklären kann?

Gürteltiere waren 1821 von dem jungen britischen Zoologen John Edward Gray erstmals beschrieben worden. Über 50 Jahre später fasste der Forscher die verschiedenen Glyptodonten-Funde kurz vor seinem Tod zur Familie der Glyptodontidae zusammen und ordnete die unter den Nebengelenktieren ein. War da vielleicht der Wunsch Vater der Diagnose?

Keineswegs, Gray lag richtig. Die mDNA-Sequenzierung lieferte nun den schlüssigen Beweis: Die Daten weisen Glyptodontidae als enge Verwandte der Gürteltiere aus.

Ihre Vorfahren sind sie aber nicht. Denn obwohl Gürteltierfossile extrem selten sind und ihre Stammesgeschichte bisher wenig erforscht, sind die ältesten Gürteltierfunde rund zehn Millionen Jahre älter als die ersten Glyptodontidae-Fossilien, die man fand. Glyptodontidae entstanden also als Untergruppe der Gürteltiere und entwickelten sich von ihnen fort. Die ersten kleinen Vertreter der gepanzerten Säuger mögen sich bereits im Schatten der Dinosaurier bewegt haben.


Zusammengefasst: In der Paläontologie erlauben physikalische und chemische Analyseverfahren inzwischen Einblicke in die Vergangenheit, von denen Forscher früher nicht zu träumen wagten. Dank einer DNA-Untersuchung konnte nun die Verwandtschaftsbeziehung der Glyptodon-Gattung Doedicurus geklärt werden, ein Säugetier mit Rückenschilden und keulenartigem Schwanz, das vor 11.000 Jahren ausstarb. Es ist mit dem Gürteltier verwandt.

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Das Erbgut
Genom
Das Genom bezeichnet das gesamte Erbgut eines Organismus. Außer bei einigen Viren besteht es immer aus DNA (Desoxyribonukleinsäure). Das Genom beinhaltet den Bauplan für die Produktion sämtlicher Proteine (Eiweißmoleküle), die ein Organismus zum Leben benötigt. Ein Gen ist ein Sequenzabschnitt auf dem Genom und beinhaltet die Erbinformation für ein Protein. Die einzelnen Bausteine der DNA sind vier verschiedene Basen: A, C, T und G.
Messenger-RNA (mRNA)
Die mRNA ist eine Art Genabschrift oder Blaupause der DNA. Nur die mRNA kann von den Proteinfabriken der Zellen, den sogenannten Ribosomen gelesen werden. Sie gibt ihnen vor, in welcher Reihenfolge Aminosäuren - die Bausteine von Proteinen - für das jeweilige Protein zu verknüpfen sind.
Codon
Ein Codon ist eine Folge von drei Bausteinen (Nukleotiden oder Basen) der DNA und analog auch der mRNA. Ein Codon steht für eine bestimmte Aminosäure oder als Stoppsignal, welches das Ende einer Bauanweisung für ein Protein kennzeichnet.
Genetischer Code
Der genetische Code ist die Zuordnung der Basen-Dreiergruppen und der Aminosäuren. Da vier verschiedene Basen zur Auswahl stehen, umfasst der genetische Code insgesamt 64 Codons. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehr als ein Codon. So stehen beispielsweise die Codons CAG und CAA für die gleiche Aminosäure, die Glutaminsäure.
Transfer-RNA (tRNA)
Die tRNAs übernehmen eine Adapterfunktion beim Bau der Proteine: Jede tRNA hat auf der einen Seite jeweils ein sogenanntes Anticodon, das passend zum Codon auf der mRNA ist. Auf der anderen Seite ist sie mit der zugehörigen Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird der genetische Code auf der mRNA abgelesen und in die entsprechende Aminosäurekette zum Protein verwandelt. Dieser Prozess geschieht in den Ribosomen.
Zum Autor
  • Frank Patalong ist seit 1999 bei SPIEGEL ONLINE, bis 2011 als Leiter des Ressorts Netzwelt. Fossilien seiner Arbeit finden sich aber auch in den Archiven der Wissenschaft, Kultur, Politik und anderer Ressorts, denen er heute als Autor zuarbeitet. An der Paläontologie fasziniert ihn, wie sie über den Umweg der Popkultur Interesse an wissenschaftlichen Themen weckt und wachhält.
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