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Anthropologie

Was Zahnschmelz über Frühmenschen verrät

Ein Dünnschliff eines Homo erectus Zahns, der für die chemische Analyse mittels Laser-Ablation-Plasma-Massenspektrometrie eingesetzt wurde. © Alessia Nava/ Luca Bondioli

In fossilen Zähnen steckt noch ungenutztes Potenzial für die Anthropologie, geht aus einer Studie hervor: In der Zusammensetzung von bestimmten Spurenelementen in den Wachstumslinien des Zahnschmelzes spiegeln sich Veränderungen der Ernährungsweise im Jahresverlauf wider. Dies konnten die Forscher im Fall von Zähnen zeigen, die von Frühmenschen sowie von Orang-Utans stammen, die vor über 700.000 Jahren auf der Insel Java gelebt haben. Es zeichnet sich ab, dass Homo erectus als flexiblerer Allesesser dort weniger vom saisonalen Nahrungsangebot abhängig war als der Menschenaffe, berichten die Wissenschaftler.

Einst standen eher die äußeren Formen von fossilen Knochenstrukturen und Zähnen im Fokus. Doch mittlerweile hat zunehmend Hightech in die Erforschung der urzeitlichen Primaten Einzug gehalten. Neben DNA-Überresten können auch andere „innere Werte“ der harten Körperstrukturen Hinweise liefern: Durch Untersuchungen bestimmter Substanzen in den Strukturen von Zähnen konnten Forscher bereits grundlegende Hinweise auf die Ernährung von Lebewesen gewinnen. Nun haben die Wissenschaftler um Jülide Kubat von der Goethe-Universität Frankfurt erfolgreich noch detailliertere Einblicke gewonnen.

Im Visier ihres Analytikverfahrens standen dabei die sogenannten Retzius-Streifen in den Zähnen, die beim Wachstum des Zahnschmelzes entstehen. Dieses Material wird bereits im Mutterleib gebildet und formt dann Schicht für Schicht die bleibenden Zähne, bis sie später die Milchzähne eines jungen Menschen ersetzen. Wie bei allen Säugetieren wird der Zahnschmelz in mikroskopisch feinen Schichten schubweise angelagert. So entstehen die Retzius-Streifen, die quer über den Zahn verlaufen. Es ist bekannt, dass sich im Abstand dieser Streifen zueinander bestimmte Aspekte widerspiegeln können: Die Entwicklungsgeschwindigkeit eines jungen Menschen ist ablesbar und Krankheiten können Spuren hinterlassen. In der variierenden chemischen Zusammensetzung des Zahnschmelzes können außerdem zeitlich fein aufgelöste Hinweise auf Veränderungen in der Ernährungsweise stecken, erklären die Wissenschaftler.

Feine Zahnstrukturen im Visier

Inwieweit Analysen spezieller Substanzverhältnisse in den Retzius-Streifen tatsächlich solche Hinweise liefern können, haben sie nun ausgelotet. Das internationale Team hat dazu fossile Zähne aus Museumssammlungen untersucht, die auf der indonesischen Insel Java gefunden wurden. Sie stammen von Frühmenschen der Art Homo erectus sowie von Orang-Utans und weiteren Tieren, die dort vor 1,4 Millionen bis 700.000 Jahren gelebt haben. Zur Analyse des Zahnschmelzes wurden die Zähne in hauchdünne Scheiben von 150 Mikrometer Dicke geschnitten. Anschließend trug ein spezieller Laser Zahnmaterial ab, das dann mittels Massenspektrometrie auf bestimmte Substanzgehalte hin analysiert wurde.

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Im Fokus standen dabei vor allem die Elemente Strontium und Kalzium, denn ihr Verhältnis zueinander ist von der Nahrung abhängig, erklärt Seniorautor Wolfgang Müller von der Goethe Universität Frankfurt: „Strontium wird – quasi als Verunreinigung des essenziellen Kalziums – vom Körper nach und nach ausgeschieden. In der Nahrungskette führt das dazu, dass das Strontium-Kalzium-Verhältnis von Pflanzenessern über Allesesser bis hin zu den Fleischessern kontinuierlich abnimmt“, so Müller. Dies spiegelte sich in den Ergebnissen auch grundsätzlich wider, stellten die Wissenschaftler zunächst fest: Raubkatzen wiesen ein niedriges Strontium-Kalzium-Verhältnis auf, reine Pflanzenfresser wie Nashörner, Hirsche und Flusspferde besaßen hingegen ein hohes Strontium-Kalzium-Verhältnis und pleistozäne Schweine lagen als Allesesser erwartungsgemäß etwa in der Mitte.

Ernährung im Jahresverlauf

Besonders spannend wurde dann der Detailblick auf die Strontium-Kalzium-Verhältnisse (Sr/Ca) im Jahresverlauf bei Homo erectus und bei seinem im Vergleich zu den anderen Arten näheren Verwandten, dem Orang-Utan. Bei dem Menschenaffen spiegelte sich in den Ergebnissen neben der vorwiegend vegetarischen Ernährungsweise eine deutliche Veränderung der Nahrungszusammensetzung im Jahresrhythmus wider, berichten die Forscher: Sie stellten ausgeprägte Sr/Ca-„Spitzen“ fest. Kubat erklärt dazu: „Die Ergebnisse deuten auf ein reichhaltiges pflanzliches Nahrungsangebot in der Regenzeit hin, während der im Regenwald etwa viele Früchte gebildet wurden. In der Trockenzeit mussten die Orang-Utans auf andere Nahrungsquellen umsteigen, die vielleicht Insekten oder Eier einschlossen“.

Eine so deutliche Nahrungsumstellung im Jahresverlauf zeichnet sich beim Homo erectus hingegen nicht ab, stellte das Team fest: Die weniger ausgeprägten Peaks und grundsätzlich niedrigeren Sr/Ca-Werte verdeutlichen, dass er ein eher ausgeprägter Allesesser oder zeitweiser Fleischkonsument war. „Unsere Daten legen nahe, dass Homo erectus auf Java die verfügbaren Ressourcen maximierte und weniger von Schwankungen in der saisonalen Verfügbarkeit von Nahrungsquellen abhängig war als der Orang-Utan“, schreiben die Wissenschaftler.

Wie sie abschließend betonen, zeigen ihre Ergebnisse nun vor allem das grundsätzliche Potenzial ihres Verfahrens für die Anthropologie auf. „Insgesamt zeigt die Analyse, dass die räumlich hoch-aufgelöste Laser-Analyse von Spurenelementen zusammen mit Zahnschmelzchronologie einen zeitlich bemerkenswert detaillierten Einblick in die Lebensgeschichte unserer Vorfahren geben kann“, so Müller.

Quelle: Goethe-Universität Frankfurt am Main, Fachartikel: Nature Ecology and Evolution, doi: 10.1038/s41559-022-019470

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