DNA aus Fossilien eines Eisbären – neue Einsichten in deren Entstehungsgeschichte

Abb. 1: Im Visier der Genomforschung: der Eisbär, Ursus maritimus. (Creative Commoms Lizenz)

Auf der zu Spitzbergen (Norwegen) gehörenden schmalen Insel Prinz Karls Forland wurde kürzlich ein fossiler Unterkiefer (linker Bogen mit Zähnen) eines Eisbären gefunden (Ingólfsson & Wiig 2009). Untersuchungen zur ¹⁴C-Datierung an einem Eckzahn ergaben ein Alter von mehr als 45.000 Jahren; aufgrund weiterer Untersuchungen (Stratigraphie, Ablagerungszusammenhänge und Infrarot-angeregte Lumineszenz von Sedimenten) gaben die Autoren ein Alter von 130.000 bis 110.000 Jahre an. Damit ist dieses Fossil der mit Abstand älteste fossile Beleg für Eisbären, von denen im Übrigen extrem wenige Fossilien bekannt sind (Ingólfsson & Wiig 2009).

In einem ersten Schritt untersuchten Lindqvist und ihr Team (2010) die gesamte DNA, die sie aus der Probe des Eckzahns gewinnen konnten, d. h. auch DNA aus anderen Quellen (s. u.). Dazu nutzten sie modernste Sequenzierungstechnologie („next generation“ sequencing technology), wobei aus kleinen Proben – auch von degenerierter DNA aus Fossilien – viele kurze DNA-Sequenzen erhalten und parallel analysiert werden.

Durch Datenvergleich konnten die Autoren feststellen, dass ca. 40% der DNA-Sequenzen dem Eisbären zuzuordnen sind, während ca. 55% bakteriellen und 4,5% menschlichen Ursprungs sind. Die Länge der gefundenen Fragmente und der hohe Anteil an Eisbären-DNA (größtenteils DNA aus dem Zellkern) bestätigen die Bedeutung von tiefen Temperaturen über lange Zeit, Vereisung und Permafrost-Umgebung für Erhaltung fossiler DNA.

Aus insgesamt 482.364 Sequenzfragmenten konnten 1.290 der mitochondrialen DNA (mt DNA) des Eisbären zugeordnet werden. Damit konnte das mt-Genom 14 mal gelesen werden, was die Fehlerhaftigkeit der Sequenzdaten reduziert.

Für Vergleichszwecke wurden die mt-Genome von sechs weiteren heute lebenden Bären analysiert. Die so gewonnenen sieben mt-Daten bildeten zusammen mit weiteren Literaturdaten die Grundlage für phylogenetische Studien.

Das errechnete Kladogramm (Ähnlichkeitsbaum) bestätigte die Ergebnisse bisheriger Studien und zeigt darüber hinaus überraschenderweise, dass der fossile Eisbär unmittelbar in der Nähe der Aufspaltung zwischen Eisbären und Braunbären von den zu Alaska gehörenden ABC-Inseln liegt. Der fossil überlieferte Eisbär wird also sehr nahe bei dem letzten gemeinsamen Vorfahren von Braunbär und Eisbär angenommen.

Die Daten, zu deren Absicherung die Autoren auch noch weitere Datensätze herangezogen haben, weisen auf eine vergleichsweise junge und schnelle Ausbreitung der modernen Eisbären im gesamten Bereich der Arktis seit dem Pleistozän hin.

Untersuchungen über Isotope in dem fossilen Eckzahn (δ¹³C = –13,9‰ und δ¹⁵N = –19,4‰) deuten auf Ernährungsgewohnheiten (marine Beutetiere) wie bei modernen Eisbären hin (gleichzeitig unterscheiden sie sich deutlich von denen fossiler und moderner Braunbären). Lindqvist et al. (2010) betonen abschließend, dass ihre Untersuchungen darauf hindeuten, dass frühe Eisbären sich extrem rasch in morphologischer und physiologischer Hinsicht ihrem heutigen einheitlichen Lebensraum angepasst haben (und zwar innerhalb von nur 10.000 – 30.000 Jahren nach der Aufspaltung mit den Braunbären).

Mit dieser Untersuchung von fossiler DNA ist ein weiteres Beispiel von sehr rascher Evolution dokumentiert. Dieses kann durch die angekündigte Sequenzierung des kompletten Genoms von modernen Eisbären sowie durch weitere Analysen fossiler Proben erhärtet werden. Die bisher bekannten Daten über Bären (von denen hier nur ein sehr kleiner Ausschnitt angesprochen wurde) deuten stark darauf hin, dass es sich bei den Bären um einen Grundtyp (Scherer 1993) handeln könnte.

H. Binder

[Ingólfsson Ó & Wiig Ø (2009) Late Pleistocene fossil find in Svalbard: the oldest remains of a polar bear (Ursus maritimus Phipps, 1744) ever discovered. Polar Res. 28, 455-462; Lindqvist C, Schuster SC, Sun Y, Talbot SL, Qi J, Ratan A, Tomsho LP, Kasson L, Zeyl E, Aars J, Miller W, Ingólfsson Ó, Bachmann L & Wiigd Ø (2010) Complete mitochondrial genome of a Pleistocene jawbone unveils the origin of polar bear. Proc. Nat. Acad. Sci. USA; doi 10.1073/pnas. 0914266107; Scherer S (Hrsg.) (1993) Typen des Lebens. Studium Integrale, Berlin.]