Wenn es um Arten geht, sagt die biologische Anthropologin Rebecca Ackermann: „Vergessen Sie alles, was Sie in der High School gelernt haben.“Die klassische Lehrbuchdefinition, bekannt als das biologische Artenkonzept, ist eine Gruppe von Organismen, die nur fruchtbare Nachkommen miteinander produzieren. Nach dieser Regel sind domestizierte Hunde eine einzige Art — ob Dackel oder Deutsche Dogge – aber ein Esel und ein Pferd sind es nicht.Ackermann, Professor an der südafrikanischen Universität Kapstadt, favorisiert eine andere Definition, die nicht von erfolgreichem Sex abhängt: eine Gruppe von Organismen, die eine Mischung aus anatomischen, verhaltensbezogenen und genetischen Merkmalen teilen, die sie von anderen Gruppen unterscheidet. Aber sie fügt hinzu: „Viele, viele Evolutionsbiologen, die ich kenne, meiden das Wort Spezies oft ganz.“
Das liegt daran, dass der Evolutionsbaum verheddert ist und sich viele Organismen auf divergierenden Zweigen immer noch kreuzen können. „Caniden haben, Schweine haben, Mäuse haben. Sie nennen es, und es hat „, sagt Evolutionsbiologe Michael Arnold von der University of Georgia. „Unter jedem Busch ist ein Hybrid.“
Das schließt unsere Vorfahren ein. Genetische Beweise haben gezeigt, dass sich der alte Homo sapiens vor 100.000 bis 40.000 Jahren mehrmals mit Neandertalern und ihren östlichen Cousins, Denisovans, kreuzte. Neandertaler und Denisovaner paarten sich miteinander, und Denisovaner schlossen sich einer entfernten Linie an, noch nicht aus Fossilien bekannt, das könnte näher am früheren Homo erectus gewesen sein.In jüngsten DNA-Studien gibt es fast „jedes Mal, wenn ein neues Individuum aus dem menschlichen Fossilienbestand sequenziert wird“, sagt Ackermann, „einen neuen Beweis für den Genfluss.“
Kreuzung mag ein gemeinsames Thema in der menschlichen Evolution gewesen sein, aber es ist heute schwer zu verstehen, wenn unsere die einzige Homo-Spezies ist, die noch übrig ist. Um unsere Vergangenheit besser zu erfassen, haben Anthropologen wie Ackermann begonnen, andere Tiere zu erforschen, die sich über klassische biologische Artenlinien hinweg paaren.
Es gibt ein großes Problem mit dem biologischen Artenkonzept: Es kann nicht auf Organismen angewendet werden, die sich asexuell vermehren, einschließlich der meisten Mikroben. Das Geschlecht Anforderung stellt auch eine Herausforderung für ausgestorbene Tiere dar, da Paläontologen nicht nur anhand zweier ähnlicher Fossilien feststellen können, ob sich die Kreaturen paaren könnten. Ausgestorbene und asexuelle Organismen auszuschließen bedeutet, dass das biologische Artenkonzept für die überwiegende Mehrheit des existierenden Lebens nicht funktioniert.Trotzdem haben sich Biologen lange für die Definition eingesetzt, zum Teil, weil sie zum vorherrschenden Bild der Evolution als verzweigter Baum passte, in dem eine einzelne Ahnenart in unterschiedliche Abstammungslinien von Nachkommenarten divergiert.
„Das war eine klassische Idee“, sagt Arnold. Stattdessen, sagt er, müssen wir erkennen, dass bei der Verzweigung der Nachkommen „Gene immer noch ausgetauscht werden, obwohl wir sie verschiedene Arten nennen.“
Bei 10 Prozent der Tierarten und 25 Prozent der Primaten wurde nun eine Kreuzung festgestellt, einschließlich laufender Kreuzungen zwischen entfernten Verwandten wie Gelada- und Pavianaffen, deren letzter gemeinsamer Vorfahr vor etwa 4 Millionen Jahren lebte.Arnold erkannte die Allgegenwart der Kreuzung unter Primaten und verfasste vor einem Jahrzehnt ein Buch, in dem er argumentierte, dass Hybridisierung wahrscheinlich in der menschlichen Evolution vorkam. Es erhielt einige vernichtende Kritiken von Anthropologen, die dachten, Homo sapiens nehme nicht an Interspezies—Angelegenheiten teil – bis einige Monate später, als die Sequenzierung des Neandertaler-Genoms ergab, dass sie es taten.“Ich habe versucht, mich nicht zu selbstgefällig zu fühlen, weil ich mich in meiner wissenschaftlichen Karriere in so vielen Dingen so geirrt habe“, erinnert sich Arnold.
Was uns die Paviane beigebracht haben
Obwohl die DNA bestätigt, dass sich alte Homininen kreuzten, erzählt sie nicht die ganze Geschichte, einschließlich der Frage, wie es hybriden Nachkommen in verschiedenen Umgebungen oder Gesellschaften ergangen ist.“Wir werden niemals in der Lage sein, Interaktionen zwischen archaischen Homininen und unserer eigenen Linie in Echtzeit zu beobachten, aber das können wir mit nichtmenschlichen Primaten tun“, sagt Jenny Tung, eine biologische Anthropologin an der Duke University.
Tung untersucht Paviane im kenianischen Amboseli-Becken. Die Bevölkerung wird seit Jahrzehnten beobachtet. Obwohl es sich hauptsächlich um gelbe Paviane handelt, bemerkten Forscher in den 1980er Jahren gelegentlich Anubis-Paviane, eine separate Art im Norden.
Die Abstammungslinien teilten sich vor etwa 1,4 Millionen Jahren — mehr als doppelt so lange, wie man dachte, Neandertaler und moderne Menschen zu trennen. Trotz physischer und genetischer Unterschiede zwischen den Arten sind die unter den Pavianen dokumentierten Hybriden fruchtbar und gedeihen.“Das hat viele Fragen aufgeworfen, wie diese beiden Elternarten voneinander getrennt bleiben können, wenn sie sich ziemlich frei zu vermischen scheinen“, sagt Tung.
Um diesen Prozess zu verstehen, haben Tung und Kollegen Abstammungstests durchgeführt — „Wir sehen zu, wie Abby, der Pavian, kackt, und dann nehmen wir ihre Kotprobe und extrahieren DNA daraus“ — und vergleichen diese Ergebnisse mit Verhaltensbeobachtungen.In der jüngsten Studie des Teams hatten die 22 getesteten Amboseli-Paviane 12 bis 72 Prozent Anubis-Vorfahren, einschließlich Individuen, die wie reine Gelbtöne aussahen. Die allgegenwärtigen genetischen Signaturen von Anubis deuten darauf hin, dass sich die Arten seit Hunderten, sogar Tausenden von Generationen paaren.
Weitere Analysen, darunter Paviane aus weiter entfernten Gebieten, zeigten jedoch, dass Hybride nur in einer engen Übergangszone zwischen den Kerngebieten von Anubis und gelben Pavianen existieren. Es ist möglich, so Tung, dass hybride Merkmale in diesem bestimmten Lebensraum oder in dieser sozialen Gruppe anderswo nicht von Vorteil sind. Zum Beispiel kann das dunklere Anubis-Fell, das einige Hybriden haben, Paviane in reingelbem Gebiet überhitzen, das im Vergleich zu Bergwäldern aus reinem Anubis-Land tendenziell heißer, trockener und savannenartiger ist. Wenn ja, deutet dies darauf hin, dass die Hybridisierung zwischen Homininen auch in einigen Umgebungen und Gesellschaften nützlich gewesen sein könnte, in anderen jedoch nicht.
Wie man einen Hybrid entdeckt
Ackermann forscht auch an Pavianen, aber ihre sind tot. Als Expertin für Skelettanatomie interessierte sie sich Anfang der 2000er Jahre für Hybridisierung, als sie Knochen von Pavianen mit bekannten Stammbäumen untersuchte. Sie bemerkte, dass einige Individuen etwas ungewöhnlich aussahen, nur um ihre Aufzeichnungen zu überprüfen und festzustellen, dass sie Hybriden waren.
„Sehr schnell entschied ich, dass ich versuchen würde, das, was ich sah, quantitativ zu charakterisieren“, erinnert sich Ackermann.
Sie hoffte, Skelettmerkmale zu finden, die aus der Kreuzung im Allgemeinen resultieren, die verwendet werden könnten, um Hybriden unter menschlichen Fossilien zu erkennen. Es war ein provokatives Ziel, Jahre bevor genetische Methoden die Hybridisierung von Homininen bestätigen würden. Aber ihr Ansatz hat einen Vorteil gegenüber selbst der modernsten genetischen Analyse: Während alte DNA Hybride zuverlässig identifizieren kann, ist sie selten in Knochen aus warmen Regionen erhalten, die älter als 10.000 Jahre sind. Weil sie sich auf sichtbare Skelettmerkmale konzentriert, Ackermann kann möglicherweise Hybridfossilien identifizieren, die die mehr als umfassen 6 Millionen Jahre Geschichte der Homininen.Bei der Messung von Schädeln von 169 gelben, Anubis- und Hybridpavianen, die in Gefangenschaft gelebt hatten, stellte sie fest, dass Hybriden nicht einfach Zwischenprodukte der Elternarten sind. Sie haben jedoch häufig Anomalien wie zusätzliche oder falsch ausgerichtete Zähne. Es machte Sinn, Ackermann: Die Entwicklung von Hybriden würde Befehle von den Genomen beider Elternteile erhalten, die möglicherweise nicht synchronisiert werden, wenn sich bestimmte Zähne oder Knochen bilden sollten. Diese kleinen Störungen würden die evolutionäre Fitness des Individuums nicht beeinträchtigen, aber sie könnten Forscher auf einen Hybrid hinweisen.
Ackermann fand die gleichen Entwicklungsmacken in verschiedenen Säugetiergruppen wie Gnus und Gorillas. Dann wandte sie ihre Methode auf menschliche Vorfahren an.Anthropologen haben lange diskutiert, ob bestimmte Hominin-Fossilien Hybriden darstellen könnten, aber in der Regel stützten ihre Argumente auf die unbegründete Annahme, dass Hybriden Zwischenprodukten oder Durchschnittswerten ihrer Eltern ähneln. In einer Studie aus dem Jahr 2010 verwendete Ackermann Entwicklungsanomalien, um Hybridkandidaten vorzuschlagen, wie 130.000 Jahre alte Neandertaler aus Kroatien mit abnormalen Prämolaren und 100.000 Jahre alte moderne Menschen aus Israel mit Merkmalen wie falsch ausgerichteten Zähnen und einem asymmetrischen Gesicht.
Sie enthielt auch einen 35.000 Jahre alten anatomisch modernen menschlichen Schädel aus Rumänien. Fünf Jahre nach Ackermanns Studie ergab alte DNA von einem anderen Homo sapiens an derselben Stelle, dass das Individuum einen Neandertaler-Vorfahren hatte, der nur vier bis sechs Generationen zurücklag.
Evolution im Schnellvorlauf
Ackermann und ihre Kollegen wollen wissen, wie häufig diese Entwicklungs-Macken bei Hybriden sind und ob sie in nachfolgenden Generationen bestehen bleiben. Ihre Kollegen an der University of Calgary züchteten für das Projekt mehrere Generationen von Mäusen aus drei Unterarten und zwei Arten. Kerryn Warren von der Universität Kapstadt, eine Doktorandin in Ackermanns Team, analysierte die Knochen.
Das Projekt läuft, aber Warrens Doktorarbeit mit dem Titel „Of Mice and Hominins“ bietet eine Vorschau: Hybride Gemeinschaften sind überraschend vielfältig. Nachkommen können einem Elternteil oder einer Mischung ähneln – oder Formen annehmen, die keinem Elternteil ähneln. Die Beimischung ermöglicht es den Arten, ihre Gene auszutauschen und zu mischen, und die neuartigen Merkmale, die zu diesen „hoffnungsvollen Monstern“ führen, wie Warren und andere Forscher Hybriden nennen, könnten nützliche evolutionäre Abkürzungen sein, insbesondere für unsere Vorfahren.Als Homo sapiens weltweit expandierte, sahen sie sich neuen Umgebungen, Nahrungsmitteln und Krankheiten gegenüber. Die Migranten hätten sich an diesen Druck anpassen können, aber es hätte viele Generationen gedauert.Einige Gruppen konnten diesen Prozess jedoch beschleunigen: Durch die Paarung mit Neandertalern und Denisovanern, denen sie in ihrer neuen Welt begegneten, hätten die Abstammungslinien des neu angekommenen Homo sapiens über Jahrzehnte hinweg lokal adaptive Gene in Bezug auf Haut- und Haarfarbe, Stoffwechsel und Immunität erwerben können. „Das springt so weit voraus, was man durch natürliche Selektion erreichen könnte“, sagt Ackermann. „Die Hybridisierung hatte ernsthafte Auswirkungen, einen großen Einfluss auf die Menschen.”