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Der Kamelefant

Kamele mit Rüssel, Nashörner ohne Hörner: Forscher rekonstruieren mithilfe von Proteinketten die ausgestorbenen Südamerikanischen Huftiere – und lösen damit ein Rätsel der Evolution.

Ausgestorben vor gut 10'000 Jahren: «Rüsselkamel» Macrauchenia patachonica. Illustration: Robert Bruce Horsfall
Ausgestorben vor gut 10'000 Jahren: «Rüsselkamel» Macrauchenia patachonica. Illustration: Robert Bruce Horsfall

Das riesige Tier mit dem Gewicht eines modernen Autos ähnelt verblüffend einem Nashorn. Nur fehlt das Horn auf der Schnauze, und der Kopf erinnert eher an ein Flusspferd. Nicht viel kleiner ist das überdimensionale Kamel, das nicht weit entfernt mit seinem Rüssel Grünzeug aus dem Geäst eines Baumes rupft. Solche Szenen könnten aus einem Fantasy-Film stammen. Nur haben diese Tiere vor mehr als zehntausend Jahren in Südamerika tatsächlich gelebt.

Bereits der Vater der Evolutionslehre, Charles Darwin, hatte ihre Knochen untersucht. Seither grübeln Forscher über die Verwandtschaftsverhältnisse der ­kurios anmutenden Giganten. Erst Frido Welker vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie (EVA) in Leipzig und seine Kollegen konnten das Rätsel jetzt lösen: Die Tiere gehörten demnach zu den Unpaarhufern, zu denen heute die Pferde und Esel, aber auch Nashörner und Tapire zählen, berichten die Forscher in der Zeitschrift «Nature».

«Seit Darwin hatten sich Wissenschaft­ler an diesem Problem die Zähne aus­gebissen», sagt Michael Hofreiter von der Universität Potsdam. Die Mitglieder der von Darwin entdeckten Gattung ­Macrauchenia hatten zum Beispiel lange Beine und einen ebenfalls auffallend langen Hals. «Diese Tiere waren rund drei Meter lang und wogen vielleicht eine Tonne», sagt Hofreiter. Vermutlich ähnelten sie Kamelen und Pferden, die heute zu den typischen Bewohnern von Steppen und Halbwüsten gehören. Völlig überraschend aber liegt die Nasenöffnung auf der Oberseite des Schädels. Das aber ist typisch für Tiere mit einem Rüssel. Macrauchenia scheint also wie eine Mischung aus einem Kamel und ­einem Elefanten ausgesehen zu haben.

Proteine als Alternative zur DNA

Andere Vertreter der ­Südamerikanischen Huftiere, wie man eine grosse Gruppe dieser längst ausgestorbenen ­Lebewesen nennt, sahen ebenfalls verblüffend aus. Die Vorderbeine der Chali­cotheriinae zum Beispiel waren sehr lang, die ­Hinterbeine dagegen recht kurz. Diese Tiere waren vermutlich – ähnlich wie heutige Gorillas – eher langsam unterwegs. Anders als andere Huftiere aber hatten ihre Zehen lange Klauen. Vielleicht richteten sie sich auf ihren ­Hinterbeinen auf und schälten mit diesen Klauen die nahrhafte Rinde von den Bäumen? Die langen Vorderbeine hätten so die Reichweite vergrössert, spekulieren manche Forscher.

Genaues aber wusste niemand über diese kuriosen Tiere, vor allem ihre Verwandtschaftsverhältnisse blieben im Dunkeln. «Der Körperbau allein liess jedenfalls keine Entscheidung zu», sagt Hofreiter. Immerhin waren einige Vertreter der Südamerikanischen Huftiere erst ausgestorben, als Menschen vor mehr als zehntausend Jahren zum ersten Mal Südamerika erreichten (siehe Kasten). Es gab also durchaus Chancen, aus den gefundenen Knochen der Tiere ihr Erbgut zu isolieren und mit heute le­benden Tiergruppen zu vergleichen. Zunächst am Max-Planck-Institut in Leipzig und später an der Universität im englischen York aber scheiterte der seit 2013 an der Potsdamer Universität forschende Michael Hofreiter an dem Vorhaben: Die DNA war bereits viel zu stark abgebaut.

«Eine Alternative zur fragilen DNA bieten bis zu zehnmal länger haltbare Proteine wie etwa Kollagen, das in grossen Mengen in Haut und Knochen ­vorkommt», sagt EVA-Forscher Frido Welker. Das Grundgerüst der Proteine besteht aus 20 verschiedenen Aminosäuren, die sich zu langen Ketten zusammenfügen. «Das Kollagen eines Säugetiers besteht aus rund 2000 Aminosäuren», sagt Welker. Die Forscher können nun die Abfolge der Aminosäuren in den Proteinketten bestimmen.

Die Forscher in Leipzig, von den Universitäten in York und Potsdam sowie von den Naturkundemuseen in London und New York sammelten dann ­Knochen der kuriosen Südamerikaner. Aus ihnen versuchten sie Proteine herauszulösen. Das gelang bei den 48 untersuchten ­Knochenproben nicht immer, weil Eiweiss mit der Zeit abgebaut wird. In jeweils zwei Proben von den Rüsselkamelen (Macrauchenia) und von den Nashörnern mit Flusspferdkopf (Toxodon) aber war das Kollagen sehr gut erhalten.

Rätsel der Evolution gelöst

Dann konnten die Forscher mit der «Protein-Sequenzierung» beginnen. Mit einer sogenannten Massenspektroskopie identifizierten sie die einzelnen Aminsoäuren der Kollagen-Proteine. Die Proteinsequenz ähnelt dabei einem Barcode. Als Frido Welker die Kollagen-Barcodes der Fossilien mit denen heute lebender Tiere verglich, konnte er endlich die Verwandtschaftsverhältnisse der Südamerikanischen Huftiere klären. «Toxodon und Macrauchenia sind mit den Unpaarhufern verwandt, zu denen Pferde, Tapire und Nashörner gehören», sagt der EVA-Forscher.

«Rund 70 Millionen Jahre ist es her, seit sich diese beiden Linien voneinander getrennt haben», schätzt Welker. Auch wenn die heutigen Nashörner also den Toxodon durchaus ähneln, gingen sie schon getrennte Wege, als ein Meteo-ritentreffer vor 66 Millionen Jahren die ­Dinosaurier und etliche weitere Artengruppen auf der Erde auslöschte.

Die Forscher haben mit dieser Arbeit aber nicht nur ein jahrhundertealtes Rätsel der Evolution gelöst, sondern stellen auch eine Methode vor, mit der sie in Zukunft weitere Geheimnisse im Stammbaum der Artenvielfalt lüften könnten. «Kollagen könnte sich unter günstigen Bedingungen, wie etwa in Dauerfrostböden, zwei oder drei Millionen Jahre lang halten», sagt Welker. DNA-Analysen klappen dagegen unter ähnlich optimalen Bedingungen höchstens bei Proben, die wenige Hundert­tausend Jahre alt sind.

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