Forschende der Uni Bonn untersuchen, wie Computertomographie eingesetzt werden kann, ohne DNA in Proben von Menschen aus der Urzeit zu zerstören
Wie lässt sich die rasante Zunahme der Untersuchungen an alter DNA mit der Notwendigkeit in Einklang bringen, unersetzliche menschliche Überreste zu bewahren? Dieser Frage ist ein internationales Forschungsteam unter Federführung der Universität Bonn nachgegangen. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift PLOS ONE veröffentlicht.
Der Felsenbeinteil des Schläfenbeins ist der härteste Knochen im menschlichen Skelett. Es beherbergt das Innenohr, einschließlich der Cochlea, und schützt so unser Gleichgewichts- und Hörorgan. So weit, so unscheinbar für den Laien. Für die Wissenschaft ist dieser Knochenteil jedoch von unschätzbarem Wert, bewahrt es doch gleich für mehrere Forschungsgebiete Informationen über vergangene Zeiten. Das Innenohr ist bereits nach nur acht Wochen in der Gebärmutter völlig entwickelt und verändert sich danach nicht mehr. Zudem ist die Cochlea der dichteste und mineralisierteste Teil des menschlichen Skeletts. Das führt dazu, dass sie über Jahrhunderte außergewöhnlich gut erhalten bleibt – und somit eine optimale Quelle für uralte DNA und andere Biomoleküle darstellt. So wurden mithilfe dieses unscheinbaren Knochenteils bereits über 10.000 uralte humane Genome untersucht; in fast der Hälfte aller sequenzierten Individuen wurde die uralte DNA aus dem Felsenbein heraus gewonnen.
Es fehlt ein nachhaltiger Ansatz
Die große Beliebtheit hat aber auch seine Schattenseiten. „Durch seine strukturelle Stabilität lassen sich am Felsenbein auch feine morphologische Details untersuchen und das Auftreten zufälliger evolutionärer Veränderungen bewerten“, erzählt Dr. Lumila Paula Menéndez vom Institut für Archäologie und Kulturanthropologie der Universität Bonn. „Daher ist das Felsenbein auch für andere Disziplinen als die Analyse uralter DNA sehr interessant.“ Das Problem: Durch die aktuell verfügbaren Methoden zur Gewinnung uralter DNA werden die Proben zerstört. So bleiben für wissenschaftliche Untersuchungen mit anderen Zielen keine Überreste mehr übrig.
„Es fehlt an einer Strategie, um Proben aus Felsenbeinen nachhaltig zu untersuchen“, sagt Menéndez. „Ein einheitlicher wissenschaftlicher Ansatz könnte sicherstellen, dass menschliche Überreste aus verschiedenen Perspektiven und auf unterschiedliche Fragestellungen hin untersucht werden können. Gleichzeitig könnten die Überreste für zukünftige Generationen aufbewahrt werden.“
Keine Zerstörung durch Mikro-Computertomographie?
Mithilfe der Mikro-Computertomographie könnten Forschende Proben digital konservieren, bevor sie für DNA-Untersuchungen genutzt werden. „Doch es gibt Bedenken, dass die bei der Tomographie verwendeten Röntgenstrahlen die DNA beschädigen könnten“, so Menéndez. Ob dem tatsächlich so ist, untersuchte Dr. Lumila Paula Menéndez zusammen mit Kolleginnen und Kollegen in der nun veröffentlichen Studie.
Das Team analysierte 93 Felsenbein-Proben aus archäologischen Stätten in Argentinien aus dem mittleren bis späten Holozän (6000 bis 200 Jahren vor heute). 50 der 93 Proben wurden vor der molekularen Analyse mittels Mikro-Computertomographie gescannt; die anderen 43 Proben nicht. Anhand von sechs gängigen Parametern verglichen die Forschenden die Felsenbeine der beiden Gruppen. „Wir haben zum Beispiel den endogenen DNA-Gehalt untersucht“, erklärt Menéndez. „Dieser Parameter zeigt uns, wie groß der Anteil endogener DNA ist, also wie viel der DNA von den Überresten stammen im Gegensatz zu mikrobieller DNA aus der Umwelt.“ Weitere Parameter bezogen sich auf die Anzahl auslesbarer Basenpaare der DNA, sowie inwieweit die mitochondriale und nukleäre DNA durch Fremd-DNA verunreinigt wurde.
Das Ergebnis: Die Forschenden konnten keine statistisch relevanten Unterschiede zwischen den gescannten und nicht-gescannten Proben beobachten. Ausgehend von dieser Beobachtung schlagen sie einen nachhaltigen Arbeitsablauf vor, um Felsenbeine, aber auch die gesamten menschlichen Überreste, möglichst für viele Forschungsfragen zu konservieren. „Unser mehrstufiger Ansatz beginnt mit der makroskopischen Erfassung des Zustands – also was kann ich mit dem bloßen Auge erkennen – und führt über die digitale Konservierung bis hin zur Probenentnahme“, erklärt Menéndez. Mit diesem Ansatz könnten die aus Skelettsammlungen gewonnenen wissenschaftlichen Informationen nicht nur maximiert und Verfahren, bei denen die Proben zerstört werden, minimiert werden. Es wäre auch eine Antwort auf die ethischen Aspekte im Umgang mit menschlichen Überresten.
Beteiligte Institutionen und Förderung:
An der Studie waren neben der Universität Bonn verschiedene Universitäten und Forschungsinstitutionen aus Costa Rica, Argentinien, Österreich, Frankreich, UK, USA, Mexiko, Bolivien, Chile, Brasilien und Spanien beteiligt. Das Projekt wurde gefördert durch die Wenner-Gren Foundation ((Grant N° 9708 und Grant N° 10755), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Project N° 415489479) sowie den Europäischen Forschungsrat (Grant N° 948800), das Institut Pasteur und CNRS (Grant ANR-16-CONV-0005).
Publikation: Lumila Paula Menéndez, et. al.: µCT Scanning Effects on a DNA and a Multi-Step Workflow for Archaeological Petrous Portions. PLOS ONE 2026 DOI: 10.1371/journal.pone.0334682
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0334682