Charles Darwin entdeckte vor 180 Jahren in Uruguay und Argentinien als Erster Knochen der in Südamerika heimischen Huftiere Toxodon und Macrauchenia. Ihr genauer Platz im Stammbaum der Säugetiere wurde in Wissenschaftlerkreisen seit langer Zeit heftig debattiert. Ein internationales Forscherteam der Universität York und des Naturkundemuseums in London, des Amerikanischen Naturkundemuseums in New York und des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig hat jetzt das evolutionäre Rätsel um die laut Darwin "seltsamsten jemals entdeckten Tiere" gelöst. Es ist den Forschern gelungen, Lebewesen mithilfe von Proteinsequenzen aus dem Pleistozän stammesgeschichtlich einzuordnen - eine technische Meisterleistung, die ein neues Kapitel in der Paläontologie einleiten könnte.

Das Natural History Museum und das American Museum of Natural History haben ein Forscherteam damit beauftragt, das Rätsel um die stammesgeschichtliche Einordnung der Fossilien von Toxodon und Macrauchenia, zweier in Südamerika heimischer Huftierarten, zu lösen. Macrauchenia erinnerte äußerlich an ein Kamel und starb vor zehn bis zwanzigtausend Jahren aus. Toxodon wog wohl bis zu zwei Tonnen und glich einer Art Nashorn mit Flusspferdkopf. Bisher war unklar, ob die vor 180 Jahren von Darwin in Uruguay und Argentinien entdeckten Fossilien, einen einzigen Ursprung hatten oder mehrere. Auch ob sie vor oder nach der Kreidezeit entstanden sind innerhalb der Klasse der Säugetiere derselben Ordnung wie Elefanten oder derselben Ordnung wie Rinder und Pferde angehören, war nicht bekannt.

Zunächst haben die Forscher vergeblich versucht, die Herkunft der beiden Huftierarten durch morphologische Untersuchungen von Knochenfunden und die Analyse alter DNA zu bestimmen. Letzteres schlug fehl, weil die Fossilien keine identifizierbare Säugetier-DNA enthielten. Vermutlich ist das auch bei zahlreichen anderen wichtigen Fossilien aus tropischen oder gemäßigten Ablagerungsgebieten der Fall, denn der Erhalt der DNA hängt von den Temperaturen ab, denen das fossile Material im Laufe der Zeit ausgesetzt war.

Das Strukturprotein Kollagen hingegen kann etwa zehnmal länger überleben als DNA. In einem nächsten Schritt untersuchten die Forscher 48 Huftier-Knochenproben, die im 19. Jahrhundert in demselben Gebiet gefunden worden waren, in dem zuvor auch Darwin fündig wurde. Die erzeugte Sequenz umfasste mehr als 90 Prozent des Kollagen-Moleküls und lieferte den Wissenschaftlern einen stammesgeschichtlichen "Barcode" für die beiden Tierarten.

Die Kollagen-Sequenzen zeigten, dass Toxodon und Macrauchenia eng mit Pferden, Nashörnern und Tapiren verwandt sind. "Mithilfe der bisher umfangreichsten Sequenzierung dieser Art konnten wir jetzt die taxonomische Einordnung der beiden Säugetierarten klären und eine Frage beantworten, die Paläontologen seit mehr als einem Jahrhundert beschäftigt hat", sagt Jessica Thomas von der Universität York.

"Wir haben jetzt das Potenzial, viele weitere Herausforderungen anzunehmen und den evolutionären Prozess weiter als bisher in die Vorgeschichte hinein zurückzuverfolgen", sagt Matthew Collins, der das Yorker Forscherteam leitet. Frido Welker vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie und der Universität York ergänzt: "Wir entwickeln neue Techniken zur Analyse von Proteinen und wenden diese auf archäologische und paläoanthropologische Funde an. Eine Sequenz von 90 Prozent für beide Arten zu erhalten, ist wirklich fantastisch, wenn man bedenkt, unter welchen Bedingungen und wie lange die Knochen in der Erde ruhten."

"Unsere langjährige Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern von Bruker Daltonics hat ermöglicht, diese Proben mithilfe modernster massenspektrometrischer Instrumente zu untersuchen", sagt Jane Thomas-Oates, Direktorin des Yorker Exzellenzzentrums für Massenspektrometrie. "Die hervorragende Qualität der Daten war für uns bei der Bestimmung der Kollagen-Sequenzen eine wichtige Voraussetzung."

"Die Untersuchung fossiler Proteine ist neben der Sequenzierung alter DNA ein völlig neuer Ansatz zur Erforschung der Evolution bereits ausgestorbener Säugetiere, einschließlich der Homininen", sagt Jean-Jacques Hublin, Direktor am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie.

Originalpublikation:
Frido Welker, Matthew J. Collins, Jessica A. Thomas, Marc Wadsley, Selina Brace, Enrico Cappellini, Samuel T. Turvey, Marcelo Reguero, Javier N. Gelfo, Alejandro Kramarz, Joachim Burger, Jane Thomas-Oates, David A. Ashford, Peter Ashton, Keri Rowsell, Duncan M. Porter, Benedikt Kessler, Roman Fisher, Carsten Baessmann, Stephanie Kaspar, Jesper Olsen, Patrick Kiley, James A. Elliott, Christian Kelstrup, Victoria Mullin, Michael Hofreiter, Eske Willerslev, Jean-Jacques Hublin, Ludovic Orlando, Ian Barnes & Ross D. E. MacPhee
Ancient proteins resolve the evolutionary history of Darwin's South-American ungulates
Nature, 18. März 2015, DOI: 10.1038/nature14249

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