Die ursprünglich aus Afrika in den kalten Norden eingewanderten Wollhaarmammuts haben einfach ihren Sauerstoffwechsel den hohen Minusgraden angepasst: Durch eine Erbgutveränderung ist eine spezielle Form des Sauerstoff-Transportproteins in den roten Blutkörperchen entstanden, die auch bei tiefen Temperaturen den Sauerstoff leicht an die Zellen abgibt. Das hat ein internationales Forscherteam bei der genetischen Analyse eines 43.000 Jahre alten Mammuts herausgefunden. Bei Elefanten ? nahen Verwandten der Mammuts ? bindet das Hämoglobin in den Blutkörperchen bei Kälte den Sauerstoff sehr stark, wodurch die Extremitäten nur schlecht mit Sauerstoff versorgt werden. Das nun entdeckte Mammut-Hämoglobin erlaubte den Rüsseltieren zusammen mit anderen Anpassungen ihren Wärmeverlust zu minimieren, berichten die Wissenschaftler um Kevin Campbell von der University of Manitoba in Winnipeg.
Die Vorfahren der Mammuts lebten einst nur in den tropischen Regionen Afrikas. Vor 1,2 bis zwei Millionen Jahren wanderten einige Tiere Richtung Norden und fanden in den hohen Breiten Eurasiens und Nordamerikas ihren neuen Lebensraum. In Lauf ihrer Evolution zum Wollhaarmammut (Mammuthus primigenius) wappneten sie sich gegen die Kälte nicht nur mit sichtbaren Merkmalen wie einem zottigen wärmeisolierenden Fell oder kleinen Schwänzen und Ohren. Wie Campbell und seine Kollegen nun herausfanden, veränderte sich auch der Sauerstofftransport im Blut als Anpassung an die tiefen Temperaturen. Dazu analysierten die Forscher die DNA eines vor 43.000 Jahren lebenden Wollhaarmammuts und verglichen sie mit dem Erbgut von heutigen Elefanten.
Sie stellten beim Mammut Veränderungen an den Genen fest, die für die Codierung der Produktion von Hämoglobin zuständig sind. Dieser Proteinkomplex setzt sich aus vier Bausteinen zusammen, die aus Ketten von Aminosäuren bestehen. Im Vergleich mit den Genen von modernen Elefanten waren die Mammutgene mutiert, so dass bei der Hämoglobin-Herstellung plötzlich andere Aminosäuren in den Bausteinen entstanden. Die kleine Veränderung hatte starke Auswirkungen: Die speziellen Aminosäuren sorgten für eine schwache Bindung des Sauerstoffs an das Transportprotein ? auch bei niedrigen Temperaturen. Im Gegensatz dazu nimmt bei Elefanten und den meisten Wirbeltieren die Bindung zwischen dem Hämoglobin und dem Sauerstoff bei Kälte stark zu: Dies erschwert die Sauerstoffabgabe an die Zellen speziell in den kälteempfindlichen Extremitäten. Durch die Mutation mussten die Wollhaarmammuts ihr Blut weniger stark auf Temperatur halten, um das Gewebe mit Sauerstoff zu versorgen ? im rauen Klima der eisigen Tundren ein entscheidender Vorteil.
Bis zum Massensterben vieler großer Säugetierarten am Ende der letzten Eiszeit vor 10.000 bis 12.000 Jahren waren Mammuts fast weltweit verbreitet. Die letzten Mammuts lebten noch vor 3700 Jahren isoliert auf der westsibirischen Wrangelinsel.
Kevin Campbell (University of Manitoba, Winnipeg) et al.: Nature Genetics, Bd. 42, Nr. 5, doi:10.1038/ng.574 ddp/wissenschaft.de ? Thomas Neuenschwander
