Biologie

Forscher schreiben die Familiengeschichte der Elefanten um

Die Verwandtschaftsverhältnisse unter den Rüsseltieren sind anders als lange angenommen, wie Erbgut-Analysen zeigen.

Foto: Christian Vorhofer / imago/Westend61

Die Verwandtschaftsverhältnisse unter den Rüsseltieren sind anders als lange angenommen, wie Erbgut-Analysen zeigen. Foto: Christian Vorhofer / imago/Westend61

Berlin  Forscher nahmen für das Großprojekt urzeitliches Erbgut unter die Lupe. Auch in Deutschland waren einst riesige Elefanten heimisch.

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Einen eigenen Namen hatte der kleine Afrikanische Waldelefant schon lange. Loxodonta cyclotis – Kreisohr – hatten Wissenschaftler ihn genannt, zusammengesetzt aus den griechischen Wörtern cyklos (Kreis) und afti (Ohr). Seine runden Läppchen unterscheiden ihn von der wesentlich größeren Verwandtschaft, die durch die afrikanische Steppe stapft.

Unterschiedliche Lebensräume und Höhenunterschiede erschweren amouröse Begegnungen zwischen Wald- und Savannenelefant. Nur selten entstehen Mischlinge, und diese sind für Artgenossen genetisch so unattraktiv, dass sie kaum Partner finden.

Wissenschaftler schreiben Geschichte der Elefanten um

Trotzdem galt Loxodonta cyclotis bislang als eine Unterart des Afrikanischen Savannenelefanten Loxodonta africana. Artenschutzprogramme behandeln beide als eine Spezies. Das könnte sich bald ändern. Eine jetzt in den „Proceedings“ der US-Nationalen Akademie der Wissenschaften („PNAS“) veröffentlichte Studie zeigt: Der letzte gemeinsame Verwandte der beiden Elefanten lebte vor etwa drei Millionen Jahren.

Jetzt schreiben die Wissenschaftler die Familiengeschichte des größten lebenden Landsäugers um. Dafür holte sich ein internationales Forscherteam nicht nur das Erbgut der lebenden Vertreter, sondern auch längst verstorbener Arten ins Labor – von Mammut bis Mastodon. Zehn Jahre dauerte die Entschlüsselung aller Daten. Federführend bei diesem „Elephant Genome Project“ war das Broad-Insitut in den USA, ein Gemeinschaftsprojekt unter anderem der Harvard University und des Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Erbgutanalyse von Mammut bis Mastodon

„Wir haben den ersten vollständigen Stammbaum des Elefanten mit kompletten genetischen Sätzen von sieben Arten erstellt“, sagt Co-Autor Michael Hofreiter, Professor für Evolutionäre Adaptive Genomik an der Universität Potsdam. In seinen Laboratorien wurden einige der genetischen Proben der urzeitlichen Elefanten-Verwandtschaft auf die Analyse vorbereitet.

„Die fossilen Gebeine werden dafür in einer Knochenmühle zermahlen. Das Pulver wird in einer chemischen Flüssigkeit aufgelöst, aus der sich dann die DNA isolieren lässt“, erklärt Hofreiter. Schwerpunkt seiner Arbeit an dem Projekt war der ausgestorbene Europäische Waldelefant.

Erbgut des Europäischer Waldelefanten war am ältesten

Der Gigant unter den Dickhäutern übertraf mit einer Schulterhöhe von über vier Metern selbst das Wollhaarmammut und hinterließ seine ersten Spuren vor rund 800.000 Jahren – auch in Deutschland. Männchen des Palaeoloxodon antiquus brachten es auf über zehn Tonnen Gewicht, ihre Stoßzähne kamen auf drei Meter Länge. Die letzten seiner Art, die im heutigen Mittelmeerraum vor der einbrechenden Eiszeit Wärme suchten, starben nach Hofreiters Schätzung vor rund 115.000 Jahren aus.

Das Erbgut des Europäischen Waldelefanten war damit das älteste unter den Proben und stellte die Forscher vor einige Hürden. „Je länger die Knochen im Sand liegen, umso mehr Zeit haben Mikroorganismen, um die darin enthaltene Erbsubstanz zu zersetzen“, sagt Hofreiter. So könne aus dem verflüssigten Knochenpulver häufig nur noch Bakterien-DNA isoliert werden.

Ein Blick ins Familienalbum der Rüsseltiere

Doch die Forscher hatten Glück. Ein etwa 120.000 Jahre alter Knochen aus der Nähe von Halle enthielt genug Gen-Material, um den Urzeit-Riesen zu durchleuchten. Die Ergebnisse überraschten: „Ein Drittel des Erbguts stammt vom Afrikanischen Waldelefanten und ebenso viel vom Mammut“, berichtet Hofreiter. Um zu verstehen, warum dieses Ergebnis Elefanten-Enthusiasten so begeistert, hilft ein Blick ins Familienalbum der Rüsseltiere.

Die Wurzel aller Elefanten liegt in Afrika. Hier trennte sich eine genetische Linie und wanderte vor rund vier Millionen Jahren Richtung Europa. Aus den Dickhäutern, die hier verweilten, gingen die Mammuts hervor.

Ihr populärster Vertreter, das Wollhaarmammut (Mammuthus primigenius), passte sich mit einem zotteligen Fell an die rapide sinkenden Temperaturen an und überlebte bis vor etwa 10.000 Jahren – wenige Exemplare soll es sogar noch bis vor etwa 4000 Jahren gegeben haben. Einige Tiere zogen noch weiter und besiedelten Asien, wo sie in Form des Asiatischen Elefanten (Elephas maximus) bis heute leben. Ursprünglich galt auch der Europäische Waldelefant als Abkömmling dieser Linie.

Beide Arten zeugten wohl Nachkommen.

Doch die genetische Untersuchung lässt nun auf eine gänzlich andere Entwicklung schließen. „Die Linien von Afrikanischem und dem späteren Europäischen Waldelefanten trennten sich in Afrika. Der Europäer war irgendwann deutlich größer und muss eine offene Waldlandschaft bewohnt haben, der kleinere Afrikanische Waldelefant den dichten Dschungel“, sagt Hofreiter. Trotz dieser ökologischen Trennung fanden Vertreter der beiden Arten wohl wieder zueinander und zeugten Nachkommen.

„Es ist bei Säugetieren sehr ungewöhnlich, dass sich einmal getrennte Arten wieder kreuzen“, erklärt der Genetiker. Diese Nachkommen zogen erst vor etwa einer Million Jahren nach Europa. Hier bandelten sie mit dem Steppenmammut (Mammuthus trogontherii) an, einem riesigen Vorgänger des Wollhaarmammuts. Aus dieser Verbindung, so zeigen die genetischen Untersuchungen, ging der Europäische Waldelefant hervor.

Mittelmeer-Elefanten in Haustiergröße

„Einige seiner Nachkommen wiederum flüchteten schließlich vor der Kälte auf die Mittelmeerinseln, wo sie mit der Zeit auf Haustiergröße schrumpften“, sagt Hofreiter. Beschrieben wurden etwa der Sizilianische Zwergelefant und der Zypern-Zwergelefant.

Kleinster bislang bekannter Vertreter der Elefanten-Familie ist das Kreta-Zwergmammut, das von den Wollhaarmammuts abstammen und eine Schulterhöhe von etwa einem Meter gehabt haben soll. „Obwohl es einige dieser Zwerge bis vor rund 6000 Jahren noch gab, sind nur wenige genetische Daten verfügbar. Durch das wärmere Klima wird die Erbsubstanz schneller zersetzt“, erklärt Hofreiter. Sie gingen daher nicht mit in die Studie ein.

Weitere Studien erforderlich

Geschafft haben es neben den drei noch lebenden Arten, dem Europäischen Waldelefanten und dem Wollhaarmammut auch das Präriemammut (Mammuthus columbi) und das Amerikanische Mastodon. Letzteres verabschiedete sich lange vor den anderen Rüsseltieren aus der genetischen Linie und breitete sich in Nordamerika aus, wo es noch bis vor 10.000 Jahren anzutreffen war.

„Das Mastodon diente als Referenz dafür, in welche Richtung die Evolution bei den späteren Elefanten gelaufen ist“, erklärt Hofreiter. Das entschlüsselte Erbgut der ersten sieben Arten steht jetzt öffentlich in einer Gendatenbank. Wie viele Vorfahren sich dazwischen noch tummelten, sollen weitere Studien zeigen.

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