DNA aus fossilen Eierschalen

Eierschalen werden in der archäologischen Forschung bereits seit längerer Zeit als Untersuchungsobjekte genutzt. Sie können einen Beitrag zur Ermittlung paläoökologischer Verhältnisse leisten oder auch zur Feststellung von Ernährungsgewohnheiten vergangener Kulturen. Auch zu Datierungszwecken sind fossile Eierschalen genutzt worden.

Jetzt legten Oskam et al. (2010) eine Studie zur Isolierung und Charakterisierung von DNA aus fossilen Vogeleiern vor. Dabei zeigt sich, dass Eierschalen aufgrund ihres Aufbaus sehr gut geeignet sind für die Erhaltung fossiler Nukleinsäure-Makromoleküle. Die Schalen von Vogeleiern bestehen zu ca. 97% aus Calcit (einem Calciumcarbonat-Mineral; CaCO₃) und ca. 3% organischem Material. Im Uterus wird bei Vögeln auf der Schalenhaut (Membranen, die das Ei umschließen) die Kalkschale aufgebaut. Die Schale schützt den sich entwickelnden Embryo vor mechanischer Zerstörung und vor Mikroorganismen. Durch die Eierschale erfolgt der Austausch von Gasen und Wasser. In früheren Studien (Miller et al. 2000) war gezeigt worden, dass die organischen Komponenten eher intra- als interkristallin (also eingebettet in die Mineralkristalle und nicht zwischen diesen) vorkommen. Von diesem strukturierten Aufbau scheinen auch Biomakromoleküle zu profitieren, denn sie sind in den Calcitkristallen auch vor einem Abbau durch Mikroorganismen geschützt.

Oskam et al. berichten von Versuchen, durch die in den vergangenen Jahren DNA aus der Schalenhaut von Eiern aus Museen isoliert und charakterisiert wurde. Aus dem Jahr 2009 führen sie zwei Arbeiten an, in denen DNA-Profile (Mikrosatelliten) aus frischen, pulverisierten Eierschalen der Silbermöwe (Larus argentatus) und von Hühnchen (Gallus gallus) beschrieben wurden.

Oskam und Mitarbeiter untersuchten Proben aus fossilen Eierschalen von Emus (Dromaius novaehollandiae), Donnervögeln (Genyornis), Elefantenvögeln (Mullerornis agilis) und verschiedenen Moaarten (Dinornis sp.) aus Australien, Madagaskar und Neuseeland. Die Alter der Fossilien lagen zwischen 400 bis ca. 50 000 Jahren. Aus den ältesten Fossilien (ca. 50 000 Jahre) konnte keine DNA isoliert und nachgewiesen werden. Aus jüngeren Proben konnten sie z. B. aus 19 000 Jahre alten fossilen Eierschalen von Emus mitochondriale DNA (mtDNA) isolieren.

Wo in der Eierschale befindet sich die DNA? Mit Fluoreszenzfarbstoffen konnte DNA in Proben angefärbt werden und bei mikroskopischen Untersuchungen zeigte sich, dass DNA gleichmäßig in der gesamten Schale verteilt vorkommt, auch wenn sie gelegentlich konzentriert an bestimmten Strukturen (mammillary cones) nachzuweisen ist.

Die Autoren haben verschiedene Methoden zur Extraktion von DNA (sowohl mitochondriale DNA, mtDNA, als auch DNA aus Zellkernen, nuDNA) ausprobiert und für die verschiedenen Proben optimiert. Um zu untersuchen, welcher Anteil der DNA von Bakterien stammt, wurden jeweils für Bakterien und Vögel spezifische Sequenzen verglichen. Die Resultate zeigen, dass in fossilen Eierschalen von Moas sehr viel weniger bakterielle DNA nachzuweisen ist als in deren fossilen Knochen.

Die Untersuchungen wurden parallel in zwei verschiedenen Labors durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass historische und fossile Eierschalen verheißungsvolle Quellen für fossile DNA darstellen. Mit diesen Untersuchungen konnten Oskam et al. zeigen, dass auch aus Lebensräumen in feuchtem oder trockenem, heißem Klima fossile DNA zugänglich sein kann. Nach diesen Resultaten sind die Schalen von Vogeleiern potentielle Quellen dafür, auch wenn bereits jetzt feststeht, dass auch intrakristallin eingelagerte Biomakromoleküle nicht beliebig lange konserviert werden. Mit diesen Untersuchungen ist ein neues Feld eröffnet zur Erforschung ausgestorbener Vögel anhand molekularer Daten. Auf die ersten aussagekräftigen DNA-Sequenzen darf man gespannt sein.

H. Binder

[Miller GH, Hart CP, Roark EB & Johnson BJ (2000) Isoleucine epimerization in eggshells of the flightless Australian birds, Genyornis and Dromaius. In: Perspectives in amino acid and protein geochemistry (eds.: Goodfriend GA, Collins MJ, Fogel ML, Macko SA & Wehmiller JF) S. 161„181. Oxford, MA: Oxford University Press; Oskam CL, Haile J, McLay E, Rigby P, Allentroft ME, Olsen ME, Bengtsson C, Miller GH, Schwenninger J-L, Jacomb C, Walter R, Baynes A, Dortch J, Parker-Pearson M, Gilbert MTP, Holdaway RN, Willerslev E & Bunce M (2010) Fossil avian eggshell preserves ancient DNA. Proc. Roy. Soc. B doi: 10.1098/rspb.20092019.]