Referat "Out of Africa" - Die Gene der Welt - Polymerasekettenreaktion, Andere Theorien, Thesenpapier

"Out of Africa"

Die Gene der Welt

Mit Hilfe mitochondrialer DNA kann man heutzutage ein Stammbaum bis hin zu einer gemeinsamen Vorfahrin zurückverfolgen. Damit man die vermutlich richtige Abstammung herausfinden kann, muss man nach der sparsamsten Erklärung vorgehen. Demnach gelten die einfachsten Verwandtschaftsgrade zwischen den Individuen. So entstehen viele Stammbäume die man mit anderen Daten auf Einheitlichkeit prüft. Wenn diese übereinstimmen, kann man geografische Zusammenhänge einbeziehen.

1988 hat Thomas D. Kocher durch diese Methode die Verwandtschaft von 14 Menschen aus verschiedenen Teilen der Welt ermittelt. Er fand zur Erklärung der genetischen Unterschiede 13 Gabelungspunkte. Als zweiten Schritt bezog er die Herkunft der Testpersonen ein und kam auf Afrika als ursprünglichen Herkunftsort. Das ist ein weiteres Indiz für die Theorie dass der Mensch aus Afrika stammt. Die globale Verteilung der in seiner Studie untersuchten DNA-Typen, bringt ihn auf nur drei Auswanderungswellen aus Afrika.

Solch eine Untersuchung ist allerdings nur war, wenn sich die DNA selbst in verschiedenen Stämmen in gleichen Abständen weiterentwickelt (bzw. mutiert). Dazu untersuchte Kocher noch zusätzlich die entsprechenden Sequenzen von drei Zwergschimpansen. Er entdeckte dass die DNA - Sequenzen aller 14 Menschen praktisch den gleichen Abstand zu denen der Zwergschimpansen hatten. Das heißt dass die DNA bei diesen 14 Menschen in ähnlichen Abständen mutiert ist. Dieser Untersuchung nach besitzt die gesamte Menschheit vergleichbare Mutationsraten. Bei Schimpansen trifft das nicht zu, sie haben eine zehnmal so große Abweichung untereinander wie Menschen. Daraus schließt man dass die heutigen Bevölkerungsgruppen ursprünglich aus ziemlich kleinen Gruppen abstammen.

Später haben Kocher und Stoneking eine noch größere Untersuchung durchgeführt, diesmal mit 241 Personen, die nicht weiter als 150 Kilometer von einander entfernt wohnten. Auch diesmal kamen sie zum gleichen Ergebnis, die zwei Hauptäste des so entstandenen Stammbaumes führten nach Afrika zurück.

Neuguinea

Seine Untersuchungen zeigten auch dass man nicht unbedingt zur selben Stammeslinie gehören muss wie der Nachbar, der neben einem wohnt.

Ein passendes Beispiel hierfür ist Papuan-Neuguinea. Wenn die These vom afrikanischen Ursprung des modernen Menschen stimmt, kann man erwarten das ihre Bevölkerung vielfältige Gene besitzt, weil auf der Insel viele Sprachfamilien leben. Die Neuguineer tauchen in ihrem Stammbaum auf mehreren verschiedenen Zweigen auf. Ihre letzte gemeinsame Vorfahrin lebte folglich noch nicht auf der Insel. Die Bevölkerung muss also aus zahlreichen Müttern abstammen, die asiatischer Abstammung wahren. Die Siedler, die aus Afrika Richtung Osten auswanderten, zogen erst nach Asien, diese Auswanderung hat allerdings sehr lange gedauert. Später erst erreichten einige Gruppen Neuguinea. Die ersten Siedler in Asien hatten noch nicht die kennzeichnenden Merkmale die die Bevölkerung Neuguineas besitzt, sie sind erst später durch Mutationen der Gene entstanden.

Vermutlich entstand die helle Haut der Europiden auch genauso, allerdings erst in Europa.

Bei seiner Arbeit musste sich Thomas Kocher damit zufrieden geben die DNA von schwarzen Amerikanern statt von Afrikanern zuverwenden, weil die Kühlung und der Transport der DNA in die USA zu mühsam erschien. Damals benötigte man viel Genmaterial für eine Analyse, weil die Polymerasekettenreaktion noch nicht erfunden war.

Polymerasekettenreaktion

(englisch für PCR: polymerase chain reaction). Die PCR ist eine hilfreiche Technik zur Vermehrung eines DNA-Teiles. Das Verfahren wurde 1983 von Kary Mullis entwickelt. Anfangs braucht man zwei kurze DNA-Sequenzen. Die DNA, die den zu vermehrenden Teil enthält, wird dann durch Erhöhung der Temperatur in die Einzelstränge gespalten (Oligonucleotide). Die beiden gespaltenen Stränge kreuzt man mit den Enden der ursprünglichen DNA. Schließlich gibt man ein Enzym hinzu, die DNA-Polymerase, es verlängert die gebundenen Einzelstränge zu kompletten Kopien der gewünschten DNA. So hat man schon zwei Exemplare des DNA-Moleküls. Man kann diesen Schritt immer wiederholen, bis man die gewünschte Menge hat. Es findet jedes Mal eine Verdoppelung statt, innerhalb von einigen Stunden hat man so das DNA-Fragment millionenfach vorliegen.

Die PCR kann sogar an toten Zellen eingesetzt werden, wenn das Genmaterial noch gut erhalten ist. Einen Nachteil hat die Sache schon, wenn die DNA mit geringsten Mengen anderer Sequenzen verunreinigt ist, kann es schlagartig zu Verfälschungen kommen. Darum muss man sehr gründlich arbeiten.

Neue Ergebnisse

Jahre später überarbeitete Linda Vigilant mit dieser Methode den Stammbaum den Kocher aufgestellt hatte. Sie verwendete außerdem die DNA von 120 Afrikanern, die aus der Umgebung der Sahara kamen. Sie stellte fest dass die 14 am stärksten verwurzelten Aste nach Afrika führten. Die nicht afrikanischen Individuen dieser Linie ordnete sie später entsprungenen Abzweigungen zu. Sie bezeichnete die Wahrscheinlichkeit dass sich soetwas völlig zufällig ergebe mit 1 : 10 000.

Die jetzigen Populationen

Man weiß aus dem Vergleich von Menschen und Schimpansen dass sich die mitochondriale DNA bei Menschen seit Millionen von Jahren gleich entwickelt hat. Dadurch kann man errechnen wann unsere letzte gemeinsame Vorfahrin gelebt hat. Man muss dabei davon ausgehen, dass die menschliche Linie und die der Schimpansen sich vor fünf Millionen Jahren auseinander entwickelt haben (Sarichs). Wissenschaftler errechneten wie stark sich die Menschen untereinander auseinander entwickelt haben und in welchem Umfang sie sich von den Schimpansen unterscheiden. Sie kamen zum Ergebnis, dass sich der heute existierende Verwandtschaftszweig in weniger als 200 000 Jahren entwickelt hat.

Über einen Zeitraum von 5 Millionen Jahren kann es vorkommen dass in einigen Phasen Mutationen häufiger vorkommen und in anderen Phasen wieder seltener. Damit man solche Abweichungen übergehen kann, haben Wissenschaftler die Entwicklungsgeschwindigkeit an Hand von Populationen mit bekanntem Alter untersucht.

Neuguinea und Australien wurden vor weniger als 50 000 - 60 000 Jahren besiedelt. In diesen 50 000 Jahren hat sich ihre DNA nur zu einem Drittel gegenüber der gesamten Menschheitsentwicklung ausgebildet. Also hätte unsere gemeinsame "Eva" vor dreimal so vielen Jahren gelebt, vor etwa 150 000 bis 180 000 Jahren. Die erste gemeinsame Aufspaltung der Mitochondrien-Abstammung war nach Meinung einiger Wissenschaftler vor etwa 200 000 Jahren.

Zu dieser Theorie gibt es auch Anhaltspunkte die den Wahrheitsgehalt beweisen sollen. Die ältesten Ausgrabungen des modernen Menschen kommen aus Afrika, im Orient entdeckte Funde sind allerdings jünger und Funde aus Europa sind noch jünger. Es wird von Anthropologen vermutet: aus dem altertümlichen Menschen habe sich vor ca. 130 000 Jahren der moderne Mensch entwickelt.

Andere Theorien

Südliche Gebiete Eurasiens waren früher von Völkern bewohnt die vor rund 1 Million Jahren sich dort angesiedelt haben. Es wird nun vermutet dass bei diesen Populationen bestimmte Mutationen auftraten, so dass sie den modernen Menschen immer ähnlicher wurden. Daraus haben die Verfasser dieser These das Modell der Evolution des modernen Menschen entwickelt. Es besagt dass durch entsprechende genetische Veränderungen in verschiedenen Gebieten der Erde, sich mehrmals aus primitiven moderne Menschen entwickeln konnten. Dabei sollte aber ein reger Genaustausch stattgefunden haben, so dass die Populationen überhaupt als gemeinsame Gattung bestehen konnten. Nach diesem Modell sollte die heutige ostasische Bevölkerung ihren Vorgängern genetisch ähnlicher sein, als den jetzigen Afrikanern. Wenn das wahr ist, müßten in Eurasien weit zurückgehende Abstammungslinien zu finden sein.

Untersuchungen in verschiedenen Labors widerlegten aber dieses Modell, obwohl über 1 000 Versuchspersonen aus Eurasien, Australien, Ozeanien und Amerika untersucht wurden. Deshalb erkennen "Das Spektrum der Wissenschaft" und viele andere Universitäten das multiregionale Modell nicht an. Dennnoch behaupten Vertreter dieser These, sie besäßen Beweise für verschiedene Regionen, die eine anhaltende Veränderung der urzeitlichen zu den modernen Menschen bestätigen. Weiterhin heißt es, es sei unwahrscheinlich dass zugewanderte moderne Populationen ausgerechnet die gleichen Merkmale wie die "primitiven" Menschen dort entwickelt haben. Das hieße allerdings, dass die umstrittenen Schädelmerkmale sich nicht in ähnlicher Weise durch Selektion bei den "primitiven" Menschen entwickelt haben, sondern andere Funktionen erfüllen mussten.

Verschiedene Paläontologen sprechen sich auch gegen das multiregionale Modell aus. Ihrer Meinung nach gibt es von den modernen zurück zu den vorhergehenden Populationen keine Indizkette äußerlicher Merkmale, die bloß ein einziges Mal entstanden sind. Sie behaupten die damaligen früheren und modernen Bevölkerungen seien sich in manchen Eigenschaften ähnlich gewesen, weil einige Merkmale aus ihrer früheren Zeit, als sie noch gleich waren, erhalten blieben.

Thesenpapier

Abstammung des Menschen aus Afrika.

Es gab drei Auswanderungswellen aus Afrika.

Die heutigen Bevölkerungsgruppen stammen ursprünglich aus kleinen Gruppen ab.

Man muss nicht unbedingt zur selben Stammeslinie gehören wie sein Mitmensch.

Linda Vigilant hat mit Hilfe der PCR nochmals Kochers Stammbaum bestätigt.

Der heutige Verwandschaftszweig hat sich in weniger als 200 000 Jahren entwickelt.

Die erste gemeinsame Aufspaltung der Mitochondrien - Abstammung war vor etwa 200 000 Jahren.

Das multiregionale Modell besagt, dass durch entsprechende genetische Veränderungen in verschiedenen Gebieten der Erde, mehrmals sich aus primitiven moderne Menschen entwickeln konnten.

Polymerasekettenreaktion      polymerase chain reaction PCR

1983 von Kary Mullis entwickelt

zwei kurze DNA-Sequenzen werden durch Erhöhung der Temperatur in die Einzelstränge gespalten

die gespaltenen Stränge kreuzt man mit den Enden der ursprünglichen DNA

man gibt ein Enzym hinzu (DNA-Polymerase)

es verlängert die gebundenen Einzelstränge zu Kopien der ursprünglichen DNA

zichfache Wiederholung in halben Stunde > millionenfach vorliegen

selbst an toten Zellen, wenn gut erhalten

Nachteil: gründliche Arbeit

Mit mitochondrialer DNA kann man ein Stammbaum bis zu einer gemeinsamen Vorfahrin zw. mehreren Individuen zurückverfolgen. Weg der sparsamsten Erklärung viele Stammbäume prüfen mit andren Daten geograf. Zusammenhänge

Thomas Kocher ermittelte 1988 Verwandtschaft von 14 Menschen aus der Welt er fand 13 Gabelungspunkte Herkunft der Testpersonen führte nach Afrika

Alles nur wahr wenn DNA in verschiedenen Stämmen mit gleicher Rate mutierte

Er untersuchte Teile der DNA von 3 Zwergschimpansen und 14 Menschen DNA-Sequenzen d. Menschen haben fast den gleichen Abstand zu den Schimpansen gleiche Mutationsraten = gleiches Evolutionstempo Stammbaum stimmt. | Schimpansen haben 10 X so große Abweichung zw. Einander Die heutigen Bevölkerungsgruppen stammen aus ursprünglich kleinen Gruppen ab

2.te Untersuchung (Kocher und Stoneking) mit 241 Personen, die nicht mehr als 150 km von einander wohnen gleiches Ergebnis - 2 Hauptäste nach Afrika

Man gehört nicht unbedingt zur selben Stammeslinie wie sein Nachbar Papuan-Neuguinea wenn These vom afrikanischen Ursprung stimmt Bevölkerung besitzt vielfältige Gene, weil viele Sprachfamilien Neuguineer tauchen auf vielen Stammzweigen auf gemeinsame Vorfahrin lebte nicht auf der Insel viele Mütter asiatischer Abstammung Merkmale der Bevölkerung entstanden durch Mutation auf der Insel Helle Haut der Europiden auch erst in Europa

Kocher musste bei Arbeit sich mit DNA von schwarzen Amis statt von Afrikanern zufrieden geben < Kühlung, Transport in USA mühsam > keine PCR

Linda Vigilant über arbeitete Kochers Stammbaum mit 120 Afrikanern aus Saharaumgebung 14 am stärksten verwurzelten Aste führten nach Afrika Sie: völliger Zufall 1 : 10 000

Vergleich zw. Menschen und Schimpansen < Ausgang: Spaltung Mensch und Schimpanse vor 5 Mill. Jahren > Wissenschaftler errechneten: wie stark d. Menschen sich zw. unterscheiden; wie stark sie sich von den Schimpansen unterscheiden heutige Verwandschaftszweig entwickelte sich vor weniger als 200 000 Jahren

In 5 Mill. Jahren kann Mutationsrate schwanken Untersuchung an bekannten Populationen