Frühaufsteher? Sind die Neandertaler-Gene schuld?

Machen die Gene der Neandertaler manche Menschen zu Frühaufstehern? Eine neue Veröffentlichung in der Zeitschrift Genome Biology and Evolution, die von der Oxford University Press herausgegeben wurde, zeigt, dass genetisches Material von Vorfahren des Neandertalers dazu beigetragen haben könnte, dass manche Menschen heute zu den "Frühaufstehern" gehören

Alle anatomisch modernen Menschen haben ihren Ursprung in Afrika vor etwa 300 000 Jahren, wo Umweltfaktoren viele ihrer biologischen Merkmale geprägt haben. Vor etwa siebzigtausend Jahren begannen die Vorfahren des modernen eurasischen Menschen, nach Eurasien auszuwandern, wo sie auf verschiedene neue Umgebungen trafen, darunter höhere Breitengrade mit größeren jahreszeitlichen Schwankungen bei Tageslicht und Temperatur.

Andere Homininen, wie die Neandertaler und Denisova-Mensch, lebten jedoch schon seit mehr als 400 000 Jahren in Eurasien. Diese archaischen Homininen trennten sich vor etwa 700 000 Jahren vom modernen Menschen. Dies hatte zur Folge, dass sich unsere Vorfahren und die archaischen Homininen unter unterschiedlichen Umweltbedingungen entwickelten. Im Ergebnis führte dies zu einer Anhäufung von stammbaumspezifischen genetischen Variationen und Phänotypen.

Als der moderne Mensch nach Eurasien kamen, kreuzten sich dessen Vertreter mit den archaischen Homininen. Dies schuf die Möglichkeit, dass die modernen Menschen genetische Varianten erhielten, die bereits an diese neuen Umgebungen angepasst waren.

Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass ein großer Teil der Gene archaischer Hominin-Vorfahren für moderne Menschen nicht von Vorteil war. Diese Gene wurden durch natürliche Selektion entfernt. Aber einige der Gene der Neandertaler verblieben in menschlichen Populationen. So wurden beispielsweise Gene aus den archaischen Populationen der Neandertaler oder Denisova-Menschen mit dem höheren Hämoglobingehalt von Tibetern, die in höheren Lagen leben in Verbindung gebracht. Oder die Immunresistenz gegenüber neuen Krankheitserregern, der Grad der Hautpigmentierung und der Fettzusammensetzung werden durch Gene des Neandertalers gesteuert.

Auch Veränderungen im Muster und in der Stärke der Lichtexposition haben biologische und verhaltensbezogene Konsequenzen, die zu evolutionären Anpassungen führen können. Wissenschaftler haben die Evolution der zirkadianen Anpassung bei Insekten, Pflanzen und Fischen bereits ausgiebig erforscht, aber beim Menschen ist sie noch nicht gut untersucht.

Die eurasische Umwelt, in der Neandertaler und Denisovaner mehrere hunderttausend Jahre lang lebten, liegt in höheren Breitengraden mit variableren Tageszeiten als die Landschaft, in der sich der moderne Mensch entwickelte, bevor er Afrika verließ. Daher untersuchten die Forscher, ob es genetische Hinweise auf Unterschiede in den zirkadianen Uhren von Neandertalern und modernen Menschen gibt.

Die Forscher definierten eine Gruppe von 246 zirkadianen Genen durch eine Kombination aus Literaturrecherche und Expertenwissen. Sie fanden Hunderte von genetischen Varianten, die für jede Abstammungslinie spezifisch sind und das Potenzial haben, Gene zu beeinflussen, die an der zirkadianen Uhr beteiligt sind.

Mithilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz ermittelten sie 28 zirkadiane Gene, die Varianten enthalten, die das Spleißen beim archaischen Menschen verändern könnten, und 16 zirkadiane Gene, die wahrscheinlich zwischen dem heutigen Menschen und den archaischen Homininen unterschiedlich reguliert werden. Dies deutet darauf hin, dass es wahrscheinlich funktionelle Unterschiede zwischen den zirkadianen Uhren von archaischen Homininen und modernen Menschen gibt.

Da sich die Vorfahren des modernen Menschen in Eurasien und des Neandertalers gekreuzt haben, war es möglich, dass einige Menschen zirkadiane Varianten vom Neandertaler übernommen haben.

Um dies zu prüfen, untersuchten die Forscher in einer großen Kohorte von mehreren hunderttausend Menschen aus der britischen Biobank, ob introgressierte genetische Varianten – Varianten, die vom Neandertaler auf den modernen Menschen übergingen – mit den Präferenzen des Körpers für Wachsein und Schlaf in Verbindung stehen.

Sie fanden viele introgressierte Varianten mit Auswirkungen auf die Schlafpräferenz, und am auffälligsten war, dass diese Varianten durchweg die Morgenneigung, also die Neigung, früh aufzuwachen, erhöhen.Dies deutet auf einen direktionalen Effekt auf das Merkmal hin und steht im Einklang mit Anpassungen an den hohen Breitengrad, die bei anderen Tieren beobachtet wurden.

Eine erhöhte Morgenmüdigkeit beim Menschen ist mit einer verkürzten Periode der zirkadianen Uhr verbunden. Dies ist in höheren Breitengraden wahrscheinlich vorteilhaft, da es nachweislich eine schnellere Anpassung von Schlaf/Wecken an externe Zeitangaben ermöglicht.

Verkürzte zirkadiane Perioden sind für die Synchronisation mit den verlängerten Sommerlichtperioden in hohen Breitengraden bei Fruchtfliegen erforderlich, und die Selektion auf kürzere zirkadiane Perioden hat in natürlichen Fruchtfliegenpopulationen zu Breitengrad-Klinen mit abnehmender Periode bei zunehmendem Breitengrad geführt.

Daher könnte die Neigung zur Morgenmüdigkeit bei introgressierten Varianten auf eine Selektion in Richtung einer verkürzten zirkadianen Periode in den Populationen in hohen Breitengraden hinweisen, schreiben die Wissenschaftler in dieser Meldung.

Ein Morgenmensch zu sein, könnte für unsere Vorfahren, die in höheren Breitengraden in Europa lebten, evolutionär vorteilhaft gewesen sein und wäre somit ein bewahrenswertes genetisches Merkmal der Neandertaler gewesen.

"Durch die Kombination von alter DNA, groß angelegten genetischen Studien an modernen Menschen und künstlicher Intelligenz entdeckten wir erhebliche genetische Unterschiede in den zirkadianen Systemen von Neandertalern und modernen Menschen", sagte der Hauptautor der Studie, John A. Capra.

"Dann analysierten wir die Teile der Neandertaler-DNA, die in den Genomen des modernen Menschen verblieben sind, und entdeckten einen auffälligen Trend: Viele von ihnen haben Auswirkungen auf die Steuerung der zirkadianen Gene des modernen Menschen, und diese Auswirkungen gehen überwiegend in die Richtung einer zunehmenden Neigung, ein Morgenmensch zu sein.

Diese Veränderung steht im Einklang mit den Auswirkungen des Lebens in höheren Breitengraden auf die zirkadianen Uhren von Tieren und ermöglicht wahrscheinlich eine schnellere Anpassung der zirkadianen Uhr an sich ändernde jahreszeitliche Lichtmuster.

Unsere nächsten Schritte umfassen die Anwendung dieser Analysen auf vielfältigere moderne menschliche Populationen, die Erforschung der Auswirkungen der von uns identifizierten Neandertaler-Varianten auf die zirkadiane Uhr in Modellsystemen und die Anwendung ähnlicher Analysen auf andere potenziell adaptive Merkmale".

Das Papier "Archaic Introgression Shaped Human Circadian Traits" ist (bis Mitternacht am 14. Dezember 2023) verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/gbe/evad203. Eine deutschsprachige Abhandlung zu obigem Thema lässt sich hier abrufen.