Woher kommt der Mensch? (1)

Unser Stammbaum im Mathe-Style

Von J. Francis Thackeray
 - 11:50
zur Bildergalerie

Im Jahr 1836 besuchte Charles Darwin auf seiner Weltumsegelung an Bord der „Beagle“ Südafrika. Ein Jahr später machte er sich bereits Gedanken zur Evolution von Arten. Es war ihm früh bewusst, dass eine klare Abgrenzung zwischen Arten schwierig ist. Diese Problematik wurde von ihm in zwei umfangreichen Büchern behandelt, die 1851 und 1854 erschienen. In seinem später veröffentlichten berühmten Buch „Über die Entstehung der Arten“ beschrieb er die Notwendigkeit, Unterschiede zwischen Arten möglichst genau zu beschreiben und messbar zu machen, doch war Darwin selbst kein Mathematiker. Seither wurden in der vergleichenden Untersuchung anatomischer Merkmale verschiedener moderner und ausgestorbener Tierarten anhand von Skelettresten enorme Fortschritte erzielt.

In der Paläoanthropologie sind vor allem fossile Schädelreste im Detail untersucht worden, um Arten wie Australopithecus africanus aus Südafrika, Homo habilis aus Ostafrika und Homo erectus aus Afrika und Asien zu unterscheiden. Doch die paläontologischen Wissenschaften haben immer noch große Probleme, Arten zu unterscheiden, da oft nur wenige fossile Überreste des Skelettes vorhanden sind und so die grundlegende Frage bleibt: Wie definieren wir eine Art, insbesondere, wenn es die fossilen Schädelreste von ausgestorbenen Verwandten von Homo sapiens betrifft, die vor rund 2 Millionen Jahren lebten?

Eine Methode zur Bewertung der Unterschiede zwischen Arten bietet die Mathematik mit der sogenannten Regression. Ich habe die Regressionsgleichung angewandt, um eine statistische Wahrscheinlichkeit zu definieren, mit der die Zugehörigkeit einer Auswahl fossiler Reste zu einer Art berechnet werden kann. Dies kann hilfreich sein bei der Bewertung der Unterschiede zwischen Hominiden-Arten aus Afrika und anderen Gebieten, da unter der Berücksichtigung paläoklimatischer und habitatbezogener Veränderungen auf dem afrikanischen Kontinent vor etwa 1,8 bis 3 Millionen Jahren offensichtlich keine klare Grenze in den anatomischen Merkmalen zwischen Australopithecus und Homo besteht.

Doch zunächst zurück zu Charles Darwin. Er hatte, als er die Welt umsegelte, die Gelegenheit, auf vielen Erdteilen die enorme Vielfalt lebender Pflanzen und Tiere zu sehen. Bevor er 1859 sein Buch „Über die Entstehung der Arten“ veröffentlichte, widmete er einen Großteil seiner Zeit der Untersuchung des Konzepts der Arten. Hierfür studierte er eine als Rankenfußkrebse bekannte Tiergruppe. Bei der Beschreibung dieser Tiere stieß er auf ein Problem. Ihm wurde klar, dass die Grenzen zwischen Arten anfingen, sich aufzulösen, je mehr Rankenfüßer-Arten sich in seiner Sammlung anhäuften. Zu Beginn war es recht einfach, ein Exemplar der Art A von einem Exemplar der Art B zu unterscheiden, doch mit einer steigenden Anzahl von Exemplaren von A und B wurde die Abgrenzung zwischen den einzelnen Arten immer verschwommener - bis er schließlich große Schwierigkeiten hatte, die Arten zu klassifizieren.

Es ist bekannt, dass er Seiten aus den Rankenfüßer-Aufzeichnungen zerriss, ehe die Bücher schließlich 1851 und 1854 veröffentlicht wurden. Das Hauptproblem lag darin, dass er gezwungen war, über Variabilität innerhalb einer Art („Varietäten“) nachzudenken. Was Darwin schreibt, ist hochinteressant, da wir in der Forschung auch heute noch immer mit der gleichen Frage konfrontiert sind. Eine wachsende Anzahl von Neufunden hominider Fossilien, die zur Art Australopithecus africanus oder zu frühen Arten der Gattung Homo gerechnet werden, lassen die Arten von Hominiden zunehmend verschwimmen. Ob sie nun in Südafrika gefunden wurden, der „Wiege der Menschheit“, oder anderswo in Afrika wie in Malawi, Tansania, Kenia, Uganda, Äthiopien und dem Tschad, Darwin zögerte die Veröffentlichung seines Buchs zur Entstehung der Arten über viele Jahre hinaus. Ich vermute, dass einer der Gründe hierfür darin lag, dass er Schwierigkeiten hatte, klare Grenzen zwischen Arten zu erkennen.

In diesem Werk nimmt Charles Darwin praktisch keinen Bezug auf die Evolution der Menschen, mit Ausnahme der Bemerkung, dass „die Entstehung des Menschen in einem neuen Licht erscheinen wird“. Einige Zeit später, im Jahr 1871, wagte er, ein Buch mit dem Titel „Die Abstammung des Menschen“ zu schreiben. In diesem Buch würdigt er Afrika als den Kontinent, auf dem die Evolution der Menschen ihren Ursprung nahm. Diese Erkenntnis basierte allerdings nicht auf einzelnen Fossilfunden, sondern auf der vergleichenden Anatomie. Er hatte die Skelette von Schimpansen, Gorillas, Menschen, anderen Affen und einer Vielzahl heute lebender Primaten untersucht und dabei festgestellt, dass sich Gorillas und Schimpansen in Bezug auf ihre Anatomie am ähnlichsten waren. In einem weiteren Schritt erkannte er, dass Schimpansen und Gorillas nur in Afrika vorkommen. Auf dieser Grundlage deutete er sehr vorsichtig an, dass die „Vorläufer“ oder entfernten Verwandten des Menschen ihren Ursprung in Afrika hatten. Er war davon überzeugt, dass Schimpansen und Menschen einen gemeinsamen Vorfahren teilen, der vor langer Zeit in Afrika lebte.

Darwins Ansichten wurden tatsächlich durch Fossilien aus Afrika bestätigt. Im Jahr 1925 beschrieb Professor Raymond Dart von der University of the Witwatersrand in Johannesburg eine neue Hominidenart als Australopithecus africanus. Diese Beschreibung basierte auf der Entdeckung des sogenannten „Kindes von Taung“ an der Fundstätte Buxton in Südafrikas Nordwest-Provinz. Das Fossil ist circa 2,5 Millionen Jahre alt und stammt aus dem späten Pliozän.

Dart vertrat die Ansicht, das Kind von Taung sei ein entfernter Verwandter aller Menschen, im Einklang mit Darwins Vorhersage. Weitere Fossilien aus der „Wiege“ wurden von anderen Wissenschaftlern in Südafrika entdeckt, darunter Dr. Robert Broom, Phillip Tobias, Bob Brain, Lee Berger, Ron Clarke und Jose Braga, der mit mir an einer aufregenden Fundstelle namens Kromdraai arbeitet.

Im Jahr 1997 gelang Nkwane Molefe, Stephen Motsumi und Ron Clarke eine weitere bedeutende Entdeckung mit dem Fund eines Skeletts in den Höhlen von Sterkfontein in der Nähe von Johannesburg, dem sie den Spitznamen „Little Foot“ (Kleiner Fuß) gaben. Es handelt sich dabei um ein außergewöhnliches Australopithecus-Fossil (Australopithecus prometheus) mit einem Alter von 3,67 Millionen Jahren. Es ist älter und vollständiger als die berühmte „Lucy“ (Australopithecus afarensis) aus Äthiopien. Ron Clarke arbeitete eng mit dem inzwischen verstorbenen Professor Phillip Tobias zusammen, der seit 1966 über viele Jahre hinweg die Ausgrabungen in Sterkfontein leitete.

Vor sechs Jahren berichteten Lee Berger und sein Team über den Fund zweier weiterer, rund 2 Millionen Jahre alter Skelette aus der Fundstätte Malapa in Südafrika. Erst kürzlich verblüffte Berger die Wissenschaft mit seinem erstaunlichen Fund von Schädel- und Skelettteilen, die von 15 Individuen einer neuen Art namens Homo naledi stammen und deren Alter bislang noch nicht genau bekannt ist (vermutlich ein bis zwei Millionen Jahre alt). In der nahe gelegenen Höhle von Swartkrans entdeckte Bob Brain zahlreiche Hominiden-Fossilien sowie Hinweise auf den kontrollierten Einsatz von Feuer vor mehr als einer Million Jahren.

Meave Leakey und andere Forscher beschrieben kürzlich drei neue Hominiden-Fossilien aus dem frühen Pleistozän von der Fundstätte Koobi Fora in Kenia. Bernard Wood verwendet den Begriff „überzeugend“ im Zusammenhang mit Hinweisen darauf, dass vor 1,8 bis 2 Millionen Jahren mindestens zwei Arten in der Gattung Homo existierten. Einige Forscher klassifizieren die beiden Arten als H. habilis und H. rudolfensis. Dabei konzentrieren sich Leakey und Wood allerdings hauptsächlich auf Funde aus Ostafrika, ohne die zusätzliche Komplexität zu berücksichtigen, die sich aus der Einbeziehung südafrikanischer Funde ergibt. Hierzu gehört das Material aus den erwähnten Fundstätten Sterkfontein, Swartkrans und Kromdraai, an denen sowohl frühe Angehörige von Homo als auch von Paranthropus (einem robusten Hominiden) in Ablagerungen etwa desselben Alters vorhanden sind.

Leakey räumt ein, dass Paranthropus „sich weitgehend mit frühen Beispielen von Homo überschneidet“ - anders gesagt: Es gibt keine klare Abgrenzung. Es bleibt festzuhalten, dass die Zahndimensionen des neuen Hominiden-Fundstücks KNM-ER 60000 aus Kenia Ähnlichkeiten mit den Maßen von OH 7 (Typusexemplar von Homo habilis aus der Olduvai Gorge in Tansania) aufweisen. Einige der Zahndimensionen des „Homo“-Exemplars aus Kenia ähneln darüber hinaus den Dimensionen des Typusexemplars von Paranthropus robustus (TM 1517) aus Kromdraai in Südafrika. Das stellt ganz offensichtlich eine gewaltige Herausforderung für die Paläoanthropologie dar, eine Klassifikation dieser und anderer Hominiden-Fossilien vorzunehmen.

Es gibt weitere Beispiele für Ähnlichkeiten zwischen Funden, die entweder frühen Arten der Gattung Homo oder Paranthropus zugeschrieben werden. Ich habe vergleichende Untersuchungen angestellt zwischen einem als KNM-ER 1470 bekannt gewordenen Schädel aus Kenia, entdeckt von Richard Leakey, der ihn der Gattung Homo zuschrieb, und zwei südafrikanischen Exemplaren (SK 1585 und SK 83), die als Paranthropus katalogisiert wurden. Die Ergebnisse sind hochinteressant und bestätigen meine Ansicht, dass die Abgrenzung zwischen den Arten und selbst den Gattungen fossiler Hominiden keineswegs klar ist.

Es stellt sich nun die Frage, ob einige der Gattung Paranthropus zugeschriebene Fundstücke und solche, die als frühe Beispiele von Homo angesehen wurden, nicht zu ein und derselben Art gehören, die eine Schädelkapazität im Bereich zwischen 500 und 750 Kubikzentimetern aufwies.

Die Entdeckung neuer afrikanischer Hominiden aus dem frühen Pleistozän bestätigt, dass zwischen den Hominiden-Arten und selbst den Gattungen nicht unbedingt klar erkennbare Abgrenzungen bestehen. Ähnlich wie in Darwins Rankenfüßer-Studien verschwimmen die Grenzen zwischen den als Taxa bezeichneten systematischen Gruppen mit steigender Stichprobengröße immer mehr.

Darwin unterstrich die Notwendigkeit, das „Ausmaß“ der Variabilität innerhalb einer Art zu messen. Ich habe mich bemüht, dies im Zusammenhang mit der statistischen Definition einer Art zu tun. Die Anwendung der Methode auf früh-pleistozäne Hominiden aus Ost- und Südafrika führt zur Anerkennung eines Diversitätsspektrums in Hominiden aus der Zeitspanne von vor ungefähr 1,8 bis 3 Millionen Jahren, die sowohl frühen Angehörigen der Gattung Homo als auch Paranthropus und Australopithecus zugeschrieben wurden und die sich im geografischen Raum und im evolutionären Zeitablauf in ihrem Skelett verändert haben, unter Berücksichtigung des Konzepts der „Paläospektroskopie“.

Im Hinblick auf den fehlenden Konsens bezüglich einer geordneten Klassifikation und Stammesgeschichte fossiler Fundstücke, die unterschiedlichen Hominiden-Gattungen zugeschrieben werden, besteht ein klares Bedürfnis nach einer Artdefinition auch in der Paläoanthropologie. Mein Vorschlag der Artdefinition basiert nun auf mathematischen Analysen der Schädelmaße moderner Arten aus Museumssammlungen.

Meine Wahrscheinlichkeits-Definition einer Art steht im Zusammenhang mit dem Streuungsgrad um eine „Regressionslinie“, der sich anhand einer „LOG SEM“-Statistik berechnen lässt. Im Falle zahlreicher Vergleichsuntersuchungen von Schädelmaßen moderner Säuger, Vögel und Reptilien stellte sich heraus, dass die LOG-SEM-Werte einen Durchschnittswert von -1,61 aufweisen. Ich habe postuliert, dass dieser Wert von -1,61 annähernd einer biologischen Artkonstanten für Arten im evolutionären Zeitablauf und im geografischen Raum entspricht. Die „Standardabweichung“ (+/-0,1) ist eine Größe, die im Zusammenhang mit der Variabilität in Bezug auf den Durchschnittswert von -1,61 steht, der für moderne Arten charakteristisch ist. Dieser Ansatz ermöglicht nun nachvollziehbare Vergleiche mit Messwerten fossiler Hominiden.

Wir ermittelten Statistiken von adulten Hominiden-Fossilien aus dem frühen Pleistozän, um den Grad der Ähnlichkeit zwischen individuellen Exemplaren zu ermitteln. So wurden beispielsweise von Bernard Wood und Lee Berger veröffentlichte Messwerte von Hominiden-Schädeln im Detail analysiert. Die Wahrscheinlichkeits-Definition fand Anwendung auf ausgestorbene Hominiden-Exemplare, die den Arten Australopithecus africanus, A. sediba, Homo habilis, Homo rudolfensis, Homo erectus oder Homo ergaster sowie den robusten Paranthropus robustus und Paranthropus boisei zugeschrieben sind.

Der höchste Grad an Übereinstimmung zeigt sich beim Vergleich der Schädel KNM-ER 1813 und KNM-ER 3733, obwohl diese Exemplare zwei verschiedenen Arten, Homo habilis beziehungsweise Homo ergaster, zugeordnet wurden.

Die berühmte „Mrs Ples“ (Sts 5), ein etwas über 2 Millionen Jahren alter Schädel aus Sterkfontein, repräsentiert Australopithecus africanus. Er wurde bereits 1947 von Robert Broom und John Robinson gefunden. Die LOG-SEM-Statistik zeigt, dass er Ähnlichkeiten zu anderen Schädeln aufweist, die als Homo habilis klassifiziert wurden. Australopithecus sediba wurde unlängst von Lee Berger als eine neue Hominiden-Art mit Homo-artigen Merkmalen beschrieben. Die Art wird von zwei Skeletten repräsentiert, MH1 und MH2, mit einem Alter von etwas unter 2 Millionen Jahren. Hinsichtlich der neuen Statistik zeigt MH1 Abweichungen von anderen Funden, weist jedoch große Ähnlichkeiten mit KNM-ER 3733, KNM-ER 1813 und OH 24 auf, die alle der Gattung Homo zugeordnet wurden. MH1, mit einem bunten Mosaik von Merkmalen charakteristisch für Funde, die Australopithecus und Homo zugeschrieben werden, spiegelt deutlich das Fehlen einer klaren Abgrenzung zwischen zwei Gattungen wider.

In weiten Teilen Afrikas kam es während der Übergangsphase von Australopithecus zu Homo vor etwa 2 bis 3 Millionen Jahren zu deutlichen Umweltveränderungen, etwa von Temperatur, Niederschlag und Vegetation. Eine wichtige Feststellung in diesem Zusammenhang ist, dass keine zwangsläufig klare Abgrenzung zwischen den Gattungen Australopithecus und Homo besteht. Ursache hierfür sind wohl Veränderungen im Genpool, die aus den durch Temperatur- und Niederschlagsänderung ausgelösten Veränderungen des Lebensraums resultierten.

Die Ergebnisse der Forschung der letzten Jahre bestätigen also, dass zwischen afrikanischen Hominiden-Arten und selbst Gattungen aus dem frühen Pleistozän keine klaren Abgrenzungen bestehen. Im Zusammenhang mit diesem Ergebnis steht ein einschlägiges Zitat von Buffon, der im Jahr 1749 feststellte, dass Variationen vorkommen können „von einer Art zu einer anderen und oftmals von einer Gattung zur anderen, mit nicht wahrnehmbaren Nuancen“. Locke schrieb 1689: „Die Abgrenzung zwischen Arten, auf deren Basis der Mensch sie sortiert, sind vom Menschen gemacht.“

Die Ergebnisse meiner Forschungsarbeit können als ein erster Versuch angesehen werden, sich dem Konzept einer „Chronospezies“ (Veränderungen im Verlauf der Zeit) unter Verwendung der Statistik anzunähern. Dabei erkennen wir, dass zwischen Hominiden-Taxa aus dem frühen Pleistozän keine klaren Abgrenzungen bestehen. Der hier umrissene Ansatz kann als „Paläospektroskopie“ verstanden werden. Ich rufe dazu auf, diesen Ansatz zu verwenden, um die Frage nach anatomischen Veränderungen im evolutionären Zeitverlauf aufzugreifen. Sich streng auf das von Karl Linnaeus eingeführte binomiale System der Nomenklatur von Organismen zu verlassen ist für die Frage der Menschwerdung nicht hilfreich.

J. Francis Thackeray gilt weltweit als einer der renommiertesten Paläoanthropologen. Er arbeitet am Evolutionary Studies Institute der University of the Witwatersrand in Johannesburg.

Die Serie: Woher kommt der Mensch?

Die Erkundung der gemeinsamen Wurzeln aller Menschen ist, gerade in Zeiten sich ausbreitender populistisch-rassistischer Tendenzen, eine der vielleicht wichtigsten wissenschaftlichen Unternehmungen. Die Serie „Woher kommt der Mensch?“ basiert auf einer Vortragsreihe am Frankfurter Senckenberg Naturmuseum und der Goethe-Universität Frankfurt am Main, die diese Zeitung redaktionell unterstützt, und die unseren Blick auf den Homo sapiens schärfen soll. Dabei geht es nicht nur um die menschliche Evolution als Ganzes, sondern auch um die Entwicklung unseres Denkens und unserer Intelligenz, unserer Emotionen und des Bewusstseins für Kunst und Ästhetik. Die Themenbreite macht deutlich: Es geht i n densechs Vorträgen von international hochangesehenen Referenten um Betrachtungen über die Fachdisziplingrenzen hinaus.

Quelle: F.A.Z.
  Zur Startseite
Ähnliche ThemenCharles DarwinAfrikaJohannesburgKeniaOstafrikaSüdafrikaTansaniaÄthiopienMathematik