Metaboliten der Urzeit: So sah die Welt früher Menschen aus

Metabolomic Profiling: Winzige Moleküle in Fossilien zeigen, wie die Welt unserer Vorfahren wirklich aussah

Metabolomic Profiling liest winzige Stoffwechselreste aus fossilen Tierknochen. Damit lassen sich Klima und Umwelt rekonstruieren, in denen frühe Menschen lebten.

Ein Knochen liegt im Staub der Olduvai-Schlucht. Porös, unscheinbar, brüchig. Doch in seinem Inneren steckt mehr als Kalk und Zeit. Eingeschlossen in winzigen Wasserfilmen haben sich chemische Spuren erhalten, die bis in die Zeit vor rund drei bis einer Million Jahren zurückreichen. Diese Metaboliten der Urzeit bewahren Informationen über Regenzeiten, Vegetation und Krankheiten – Details aus einer Welt, die lange verloren schien. Sie helfen zu verstehen, unter welchen Umweltbedingungen sich frühe Menschen entwickelten – und wie stark Klima und Gesundheit schon damals miteinander verknüpft waren.

Knochen und Zähne sind damit keine stummen Überreste. Sie funktionieren wie biologische Archive. Während sie wachsen, nehmen sie Moleküle aus dem Blutkreislauf auf. Diese Stoffwechselprodukte geraten in mikroskopische Nischen und bleiben dort eingeschlossen. Untersucht wurden insgesamt acht Fossilien, die Millionen Jahre später Hinweise auf Klima, Landschaft und Gesundheit bewahren. Damit wird nachvollziehbar, welche Lebensräume Anpassung förderten – und welche Risiken frühe Populationen begleiteten.

Wie Fossilien zu chemischen Zeitkapseln werden

Die entscheidende Eigenschaft liegt in der Struktur von Knochen und Zähnen. Zwischen Mineral und Kollagen existieren winzige Hohlräume mit gebundenem Wasser. In ihnen bleiben Stoffwechselprodukte eingeschlossen, geschützt vor Luft und fließendem Wasser. Diese Moleküle werden mit einer Methode namens „Metabolomic Profiling“ untersucht, bei der chemische Rückstände aus fossilen Tierknochen gezielt ausgelesen und ausgewertet werden.

Ein internationales Team um Timothy G. Bromage, an dem auch Ottmar Kullmer von der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung beteiligt ist, weist in der aktuellen Studie nach, dass diese Moleküle selbst in sehr alten Fossilien erhalten bleiben.

Wir konnten zeigen, dass bestimmte Moleküle während der Bildung von Knochen und Zähnen eingeschlossen werden und dort wie in einem winzigen Archiv konserviert sind.

_{Timothy G. Bromage}

Afrikanische Fundorte zeichnen ein neues Bild

Untersucht wurden Fossilien aus mehreren Schlüsselregionen Afrikas, darunter die Olduvai-Schlucht in Tansania, die Chiwondo Beds in Malawi und der Höhlenfundort Makapansgat in Südafrika. Über alle Fundorte hinweg zeigt sich ein konsistentes Muster: feuchte, strukturreiche Landschaften mit stabilen Ressourcen.

Besonders für Olduvai sprechen die Metaboliten für Wälder, offene Grasflächen und Süßwasser in unmittelbarer Nähe. Die Region war damals kein karges Übergangsgebiet, sondern ein vielfältiges Umfeld, das langfristige Besiedlung ermöglichte. Heute dominieren dort trockene Savannen, spärliche Vegetation und meist nur saisonal wasserführende Flussläufe.

Was Metaboliten aus der Urzeit über die frühe Welt verraten

Die chemischen Spuren liefern kein grobes Umweltbild, sondern Einblicke aus unmittelbarer Körpernähe. Sie stammen aus Fossilien von Nagetieren, Schweinen, Elefanten und Antilopen, also aus Tiergruppen, die sehr unterschiedliche Lebensräume nutzten. Erstmals lassen sich damit Umweltbedingungen und Krankheitsrisiken direkt aus dem Inneren fossiler Knochen rekonstruieren. Fünf zentrale Erkenntnisse lassen sich aus den Metaboliten ableiten:

Die Umwelt war feuchter und vielfältiger als lange angenommen.
Pflanzen- und Pilzmetaboliten sprechen für regelmäßige Regenzeiten, nährstoffreiche Böden und stabile Süßwasserquellen. Regionen wie die Olduvai-Schlucht waren keine trockenen Steppen, sondern ökologisch produktive Lebensräume.
Wälder, Grasland und Wasser lagen dicht beieinander.
Gleichzeitig nachweisbare Metaboliten von Schatten- und Sonnenpflanzen deuten auf kleinräumige Landschaftsmosaike hin. Nahrung, Schutz und Wasser waren in kurzer Distanz verfügbar – ein Vorteil für Tiere und frühe Menschen.
Das Klima war milder und stabiler.
Die Kombination der Moleküle erlaubt Rückschlüsse auf Temperaturspannen und Niederschläge. In mehreren Regionen lassen sich Jahreswerte von mehreren Hundert bis über 2.000 Millimetern Regen ableiten. Extreme Trockenheit war nicht der Normalzustand.
Krankheiten gehörten zum Alltag der Ökosysteme.
In verschiedenen Fossilien tauchten Metaboliten und Proteine auf, die mit Trypanosoma brucei in Verbindung stehen, dem Erreger der afrikanischen Schlafkrankheit. Infektionen begleiteten Tiere – und vermutlich auch frühe Menschen – bereits damals.
Die Rekonstruktion erfolgt aus dem Inneren des Körpers.
Anders als Pollen oder Sedimente spiegeln Metaboliten das wider, was Lebewesen tatsächlich aufgenommen und erlebt haben. Sie beschreiben kein abstraktes Durchschnittsklima, sondern konkrete Lebensbedingungen.

Fossilien aus der Olduvai-Schlucht (links), und Chiwondo Beds (rechts): Die helle Struktur zeigt erhaltenes Kollagen im Knochen und Zahn. Es gilt als wichtiger Hinweis darauf, dass biologische Moleküle aus der Urzeit im Inneren der Fossilien überdauert haben. © Studie

Strenge Kontrollen sichern die Aussagen ab

Um Verunreinigungen auszuschließen, wurden die Fossilien mit Bodenproben aus denselben Schichten verglichen. Zusätzlich analysierten die Forscher Knochen, die durch Eulenverdauung gegangen waren. Verdauungsenzyme zerstören Metaboliten deutlich, statt neue zu erzeugen.

Auch moderne Vergleichstiere spielten eine Rolle. Ihre Knochen zeigten ähnliche Muster wie die Fossilien, obwohl sie keinen Kontakt zu jahrmillionenalten Böden hatten. Diese Kontrollen sprechen dafür, dass die entscheidenden Signale tatsächlich aus dem ursprünglichen Gewebe stammen.

Kurz zusammengefasst:

Fossile Knochen und Zähne bewahren Metaboliten, winzige Stoffwechselprodukte, die während des Wachstums eingeschlossen wurden und Millionen Jahre später noch Informationen über Klima, Vegetation und Gesundheit liefern.
Diese Moleküle zeigen eine feuchte, vielfältige Umwelt mit Wäldern, Grasland und Süßwasser in engem Nebeneinander sowie Hinweise auf milde Temperaturen, regelmäßige Regenzeiten und frühe Krankheitsrisiken.
Metaboliten ermöglichen erstmals einen Blick aus Körpernähe, weil sie das tatsächlich erlebte Umfeld früher Menschen widerspiegeln – präziser als Sedimente oder Pollen allein.

Übrigens: Während Fossilien heute sogar Klima und Umwelt früher Menschen entschlüsseln, zeigen neue Funde aus Australien, dass vor 517 Millionen Jahren ein erbitterter Überlebenskampf tobte – winzige Meerestiere verstärkten ihre Schalen, Räuber griffen gezielt an. Mehr dazu in unserem Artikel.