🧠 Unsere menschlichen Vorfahren waren Blei ausgesetzt, und das beeinflusste unsere Evolution

Die Entdeckung chemischer Bleisignaturen in Hominiden-Fossilien stellt unser Verständnis alter Umweltbelastungen in Frage. Diese Anwesenheit des toxischen Metalls, die weit vor menschlichen Industrietätigkeiten liegt, wirft Fragen über seine Rolle in der Gehirnentwicklung unserer Vorfahren auf.

Zahnanalysen zeigen eine wiederkehrende Exposition über viel längere Zeiträume als gedacht und belegen eine dauerhafte Wechselwirkung zwischen Geochemie und biologischer Evolution.


Interdisziplinäre Forschungen, die Archäologie, Genetik und Neurowissenschaften kombinieren, zeigen, wie dieses natürliche Element die evolutionären Wege der Hominiden beeinflusst haben könnte. Die Untersuchung von Fossilproben aus mehreren Standorten weltweit dokumentiert erstmals das Alter und die Beständigkeit dieser Bleiexposition.

Fossile Beweise für eine alte Exposition

Die Untersuchung von 51 fossilen Zähnen mit hochpräzisen geochemischen Techniken ergab charakteristische Signaturen einer Bleiexposition. Diese Analysen, die von der Forschungsgruppe für Geoarchäologie der Southern Cross University durchgeführt wurden, entdeckten Bänder mit Bleikonzentrationen, die verschiedenen Phasen des Zahnwachstums entsprechen. Das Vorhandensein dieser chemischen Marker in Exemplaren, die bis zu zwei Millionen Jahre zurückreichen, deutet auf wiederholte Expositionsereignisse während der frühen Kindheit hin.

Die geografische und chronologische Verteilung der analysierten Proben umfasst mehrere Kontinente und Arten. Die Forscher konnten Vergleiche zwischen verschiedenen Hominidengruppen anstellen, einschließlich Vertretern der Gattung Homo und Australopithecinen. Die Expositionsmodalitäten variieren je nach Art, wahrscheinlich im Zusammenhang mit ihren Ernährungsgewohnheiten und ihren jeweiligen Umgebungen. Einige Gruppen zeigen intensivere Signale als andere, was möglicherweise Verhaltensunterschiede widerspiegelt.

Die wahrscheinlichen Quellen dieser alten Kontamination umfassen natürliche Prozesse wie vulkanische Aktivität oder Grundwasserzirkulation in metallreichen geologischen Formationen. Im Gegensatz zur heutigen industriellen Verschmutzung war diese prähistorische Exposition intermittierend und mit spezifischen Umweltfaktoren verbunden.

Differenzielle Auswirkungen auf die Gehirnentwicklung

Das Team der University of California in San Diego entwickelte in-vitro-Gehirnmodelle, um die neuroentwicklungsbezogenen Auswirkungen dieser alten Exposition zu testen. Diese Miniaturgehirnstrukturen, die aus Stammzellen gezüchtet wurden, wurden speziell programmiert, um zwei verschiedene Formen des Gens NOVA1 zu produzieren. Dieses Gen, das als Dirigent bei der Gehirnbildung wirkt, existiert in einer modernen Version beim heutigen Menschen und in einer archaischen Form, die die Neandertaler trugen. So konnten die Forscher in einer kontrollierten Umgebung vergleichen, wie diese beiden genetischen Varianten auf dieselbe toxische Belastung reagierten.

Die Bleiexposition verursachte signifikante Störungen in der Organisation von Neuronen, die das Gen FOXP2 exprimieren, insbesondere in Organoiden mit der archaischen Variante von NOVA1. Diese Veränderungen betrafen hauptsächlich Gehirnregionen, die mit der Entwicklung von Sprache und Kommunikation verbunden sind. Die Modelle mit der modernen Version des Gens zeigten eine erhöhte Resistenz gegen diese neurotoxischen Effekte.

Die umfassende proteomische Studie zeigte Unterschiede in den Signalwegen auf, die durch Blei je nach genetischer Variante beeinflusst werden. Die moderne Variante scheint einen relativen Schutz zu verleihen, indem sie die Reaktion auf oxidativen Stress moduliert und die Integrität spezialisierter neuronaler Schaltkreise bewahrt. Diese Arbeit bietet neue Einblicke in die molekularen Mechanismen, die die Evolution kognitiver Fähigkeiten bei Hominiden beeinflusst haben könnten.

Um mehr zu erfahren: Was ist ein Gehirnorganoid?

Gehirnorganoide sind dreidimensionale Strukturen, die im Labor aus Stammzellen gezüchtet werden. Sie reproduzieren teilweise die Organisation und einige Funktionen menschlicher Gehirngewebe. Diese Modelle ermöglichen es, die neuronale Entwicklung unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen.

Ihre Herstellung beinhaltet die Lenkung der Differenzierung von Stammzellen in spezifische neuronale Typen. Im Laufe der Wochen organisieren sich diese Zellen selbst zu komplexen Strukturen. So können Forscher Entwicklungsprozesse beobachten, die im lebenden menschlichen Gehirn nicht zugänglich sind.

Diese Modelle weisen einige Einschränkungen auf, wie das Fehlen von Vaskularisierung und Verbindungen zu anderen Gehirnregionen. Dennoch bieten sie eine ethische Alternative zu Tierversuchen. Ihre Verwendung verbreitet sich in der Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen.

Welche Rolle spielt das Gen FOXP2 in der Sprache?

Das Gen FOXP2 kodiert für einen Transkriptionsfaktor, der für die Entwicklung neuronaler Schaltkreise der Sprache essentiell ist. Mutationen dieses Gens führen beim Menschen zu schweren Störungen der Artikulation und Grammatik. Seine Beteiligung an der Koordination orofazialer Bewegungen ist gut belegt.

Bei Wirbeltieren beeinflusst FOXP2 das vokale Lernen und die Plastizität spezialisierter Gehirnkerne. Singvögel zeigen dynamische Expressionsmuster dieses Gens während des Erlernens ihres Gesangs.

Aktuelle Forschungen deuten darauf hin, dass FOXP2 die Expression von Hunderten anderer Gene in Neuronen reguliert. Es interagiert mit verschiedenen Signalwegen, die an der Synaptogenese und neuronalen Migration beteiligt sind. Seine Veränderung beeinflusst multiple Aspekte der Gehirnentwicklung.