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Evolution des Gehirns

    GehirnFossilien und DNA deuten darauf hin, dass der moderne Homo sapiens vor etwa dreihunderttausend Jahren entstanden ist, doch erst vor fünfzig-bis fünfundsechzigtausend Jahren wurden Werkzeuge, Artefakte und Höhlenkunst geschaffen, die Grundlagen für komplexe Technologien und Kulturen. Diese Werkzeuge waren noch recht einfach, denn erst später tauchten fortschrittliche Technologien wie Projektilwaffen wie Bögen oder Speere, auch Angelhaken, Keramik oder Nähnadeln auf. Gegenständliche Kunst und Höhlenmalerei nahm zu, was darauf hinweist, dass sich die künstlerischen Fähigkeiten ausprägten, wobei auch Musikinstrumente hergestellt wurden, gleichzeitig wurde der Mensch vor fünfundsechzigtausend Jahren mobiler und entdeckte die Seefahrt. Dieses Aufblühen der Technologie gilt als ein Zeichen dafür, dass sich das moderne menschliche Gehirn vollständig entwickelte, wobei aber Fossilien und DNA zeigen, dass die Entwicklung vom Affen zum Menschen schon früher stattgefunden haben muss, denn vor etwa dreihunderttausend Jahren tauchte der primitive Homo sapiens in Afrika auf, dessen Gehirn größer als das heutige war. Nach rund zweihunderttausend Jahren folgte der anatomisch moderne Homo sapien, wobei erst vor etwa hunderttausend Jahren die Gehirnform der heutigen Form ähnlich ist. Die menschliche DNA deutet auf frühere Ursprünge des modernen Menschen hin, denn alle lebenden Menschen haben den gleichen Ursprung, wobei Gemeinsamkeiten der Spezies in Form von bestimmte Verhaltensweisen vererbt wurden, die bei Menschenaffen fehlen. Menschen unterscheiden sich von anderen Primaten also nur wenn es um Mode, Familie, Moral oder Kultur geht. Daher ist man sich einig, dass es einen einzigen Ursprung geben muss, von dem sich der Affe zum Menschen entwickelt hat. Zu Beginn hat sich die Kultur und die Technologie nur langsam verändert, während heute ein ständiger Wandel stattfindet. Voraussetzung dafür war neben der Besiedelung des gesamten Planeten auch die zunehmende Größe der Gemeinschaften, denn das erforderte Innovationen wie Arbeitsteilung und Spezialisierung der Fähigkeiten. Offenbar handelt es sich um einen Rückkopplungsprozess, denn jede Innovation brachte auch eine Neuerungen im Alltag, wobei Technologien, bessere Waffen, Kleidung und Unterkünfte dazu beitrugen, dass die Bevölkerung wuchs und sich die kulturelle Entwicklung beschleunigte. Dabei war es nicht die Intelligenz auf individueller Ebene, die eine Kultur anspruchsvoll machte, sondern die Interaktion zwischen Individuen und Gruppen. Während sich Gesellschaft und Kultur sich in den letzten dreihunderttausend Jahren schnell verändert haben, haben sich die Gehirne relativ langsam entwickelt.

    Siehe auch Das menschliche Gehirn – kompakt.

    Alexandra Rigos gab in ihrem Hypertext „Evolution des Gehirns“ in der GEO.de – Heftreihe GEOkompakt einen anschaulichen Überblick über die evolutionäre Gehirnentwicklung. Sie leitete ein: „Mehr als 650 Millionen Jahre brauchte die Evolution, um die anfangs sehr simplen Nervensysteme in der Tierwelt – etwa bei Quallen und Seeanemonen – zum menschlichen Gehirn weiterzuentwickeln. Erlaubt man sich für einen Augenblick, die Natur zu vermenschlichen, dann ging sie im Verlauf der Evolution vor wie ein etwas verschrobener Baumeister, der im Laufe seines Lebens ein Gartenhäuschen nach und nach zu einer Villa ausbaut: Kaum etwas wurde weggeworfen, nur selten eine Wand eingerissen, stattdessen immer wieder an und umgebaut. Neue Raumfluchten entstanden, während alte Kämmerchen weiterhin genutzt wurden und der Keller fast unverändert blieb. So nahm nach und nach ein Prachtbau Gestalt an, der zu vielerlei Zwecken taugt.“

    Das Gehirn der rätselhaften Frühmenschen Homo naledi – er wurde in einer Höhle in Südafrika entdeckt – war mit einem Volumen von nur 460 bis 550 Millilitern sehr klein, trotzdem war dieses erstaunlich weit entwickelt, wie nun Hirnabdrücke in Schädelfragmenten enthüllen. Die vor rund 250.000 Jahren lebende Menschenart besaß bereits Hirnstrukturen, die mit Sprache, Werkzeugnutzung und sozialem Lernen verknüpft sind. Homo naledi könnte daher trotz seines rätselhaft geringen Hirnvolumen durchaus fortgeschrittene Fähigkeiten besessen haben. Ein Indiz dafür fand man im Stirnlappen des Frühmenschen, denn bei Menschenaffen und dem Australopithecus besitzt dieser noch eine ausgeprägte Einkerbung am Hinterrand (fronto-orbitaler Sulcus). Bei der Gattung Homo und dem modernen Menschen jedoch ist diese Kerbe reduziert, denn der überproportional stark wachsende Stirnlappen überwölbte diese Senke. Auch der Homo naledi hatte keinen fronto-orbitalen Sulcus mehr, auch war die linke Hirnhälfte gegenüber der rechten ein wenig nach vorne verschoben, eine Asymmetrie, die denen späterer Homo-Arten mit größeren Gehirnen ähnelt. Offenbar verlief die Gehirnentwicklung weniger geradlinig als lange angenommen.

    Gehirnabddruck des Dikika-Kindes.
    © Philipp Gunz, CC BY-NC-ND 4.0

    Die Gehirne moderner Menschen sind nicht nur größer als die von Menschenaffen, sondern sie sind auch anders organisiert und entwickeln sich über einen längeren Zeitraum. Menschenkinder lernen länger als Schimpansen, sind dafür aber auch länger von elterlicher Fürsorge abhängig. Sowohl das veränderte Gehirn als auch die lange Kindheit sind wichtig für die geistigen Fähigkeiten des Menschen und sein soziales Verhalten. Drei Millionen Jahre alte Gehirnabdrücke zeigen nun, dass die Kinder des Australopithecus afarensis lange auf elterliche Fürsorge angewiesen waren. Der Australopithecus afarensis lebte vor mehr als drei Millionen Jahren in Ostafrika und nimmt eine Schlüsselposition im Stammbaum der Homininen ein, denn von dieser Art stammen vermutlich alle späteren Hominiden ab, einschließlich des Menschen. Sie gingen aufrecht, hatten Gehirne, die etwa zwanzig Prozent größer waren als die von Schimpansen, und sie haben möglicherweise scharfe Steinwerkzeuge verwendet. Um das Wachstumsmuster und die Organisation des Gehirns bei Australopithecus afarensis besser zu verstehen, hat man den fossilen Schädel des Dikika-Kindes und sieben weitere gut erhaltene fossile Schädel aus Äthiopien mit hochauflösender Computertomographie untersucht, wobei jedes Gehirn einen Abdruck im knöchernen Schädel hinterlässt, da es sich im Laufe der Kindesentwicklung ausdehnt. Dadurch kann man das Gehirnvolumen schätzen, und aus den sichtbaren Gehirnwindungen wichtige Aspekte der Gehirnorganisation ableiten. Beim Vergleich des Gehirnvolumens von Säuglingen mit dem von Erwachsenen zeigte sich, dass das Gehirn bei Australopithecus afarensis lange wächst, so wie beim Menschen. Ein markanter Unterschied zwischen den Gehirnen von Menschenaffen und Menschen liegt in der Organisation des Scheitellappens und des Hinterhauptlappens, denn bei allen Affengehirnen liegt der primäre visuelle Cortex am Rand einer gut sichtbaren halbmondförmigen Furche (sulcus lunatus), der aber bei Gehirnabdrücken moderner Menschen nicht zu erkennen ist. Auf dem gut erhaltenen Gehirnabdruck des Dikika-Kindes identifizierte man einen eindeutigen Abdruck eines affenähnlichen sulcus lunatus, den man auch in einem erwachsenen Australopithecus fand. Da aber die Gehirne von Australopithecus afarensis Erwachsenen etwa zwanzig Prozent größer waren als die von Schimpansen, deutet das kleine Gehirnvolumen des Dikika-Kindes auf ein längeres Gehirnwachstum als bei Schimpansen hin. Bei Primaten hängen das Wachstumsmuster und die Fürsorge-Strategie für die Jungtiere miteinander zusammen, sodass die verlängerte Wachstumsphase des Gehirns bei Australopithecus afarensis möglicherweise auf eine lange Abhängigkeit der Kinder von den Eltern hindeuten könnte. Alternativ könnte ein langes Gehirnwachstum auch in erster Linie eine Anpassung an Umweltbedingungen sein, denn bei Nahrungsmangel würde der Energiebedarf abhängiger Nachkommen so über viele Jahre verteilt. In beiden Fällen bildete das lange Gehirnwachstum bei Australopithecus afarensis eine Grundlage für die spätere Evolution des Gehirns und des Sozialverhaltens bei Homininen, und für die Evolution einer langen Kindheit (Gunz et al., 2020).

    Die Gehirne des modernen Menschen unterscheiden sich von denen der Menschenaffen in Größe, Form und cortikaler Organisation, insbesondere in den Frontallappenbereichen, die an komplexen kognitiven Aufgaben wie sozialer Wahrnehmung, Werkzeuggebrauch und Sprache beteiligt sind. Sie gingen bereits aufrecht, aber ihre Gehirne waren nur halb so groß wie die heutiger Menschen, d. h., diese frühsten Homo-Populationen in Afrika hatten ursprüngliche, menschenaffenähnliche Gehirne, und zwar genau wie die Australopithecinen. Wann diese Unterschiede während der menschlichen Evolution entstanden sind, ist eine Frage, die immer wieder diskutiert wird. Die einstige Struktur von Gehirnen erschliesst sich nur aus Abdrücken, die die Gehirnwindungen und -furchen auf der Innenfläche fossiler Schädel hinterlassen haben, doch da diese Abdrücke individuell stark variieren, war es bisher nicht möglich, eindeutig festzustellen, ob ein bestimmtes Homo-Fossil ein eher menschenaffen- oder eher menschenähnliches Gehirn hatte. Durch computertomografische Analysen und den Vergleich der Darstellungen der inneren Oberfläche fossiler Hirnhüllen von frühen Homo aus Afrika, Georgien und Südostasien konnte man zeigen, dass diese strukturellen Innovationen später als die erste Ausbreitung der Gattung aus Afrika entstanden und wahrscheinlich vor 1,7 bis 1,5 Millionen Jahren vorhanden waren. Die moderne menschenähnliche Gehirnorganisation entstand also in Gehirnregionen, von denen man annimmt, dass sie mit der Herstellung von Werkzeugen, sozialer Kognition und Sprache zusammenhängen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Reorganisation des Gehirns keine Voraussetzung für die Ausbreitung aus Afrika war und dass es mehr als eine weiträumige Ausbreitung des frühen Homos gegeben haben könnte. Ponce de León et al. (2021) konnten nun zeigen, dass die Gehirne des frühen Homo aus Afrika und Westasien eine primitive, affenähnliche Organisation des Frontallappens beibehalten haben. Im Gegensatz dazu wiesen der afrikanische Homo, der jünger als 1,5 Millionen Jahre ist, sowie der gesamte südostasiatische Homo erectus eine abgeleitete, menschenähnliche Gehirnorganisation auf. Die Reorganisation des Frontallappens, die einst als Kennzeichen des frühesten Homo in Afrika galt, entwickelte sich also vergleichsweise spät und lange nach der ersten Ausbreitung des Homo aus Afrika.

    Auch Naturkatastrophen können Einfluss auf die Gehirnentwicklung nehmen

    Bei Säugern mit kleinen Gehirnen in evolutionären Verlauf fand man durchgehend eine disporportionale Größenabnahme des Gehirns im Vergleich zur Körpergröße, sodass es scheint, als ob es eine bestimmte minimale Körpergröße gibt, die nicht unterschritten werden kann. Auch zeigte sich, dass sich die Gehirngröße nach zwei katastrophalen Ereignissen in der Erdgeschichte sprunghaft am stärksten veränderte: nach dem Massenaussterben vor 66 Millionen Jahren und einer Klimaveränderung vor 23 bis 33 Millionen Jahren. Nach dem Massenaussterben am Ende der Kreidezeit verschob sich das Verhältnis von Gehirn- und Körpergröße bei Gruppen wie Nagetieren, Fledermäusen und Fleischfressern, als sie in die leeren Nischen eindrangen, die die Dinosaurier hinterlassen hatten. Etwa 30 Millionen Jahre später führte eine Abkühlung des Klimas zu noch tiefgreifenderen Veränderungen, wobei sich die Verhältnisse von Gehirn- und Körpergrößen bei Robben, Bären, Walen und Primaten verschoben. Ein Großteil der Variation in der relativen Gehirngröße von heute lebenden Säugetiere kann also durch Veränderungen erklärt werden, die ihre Vorfahren nach diesen katastrophalen Ereignissen durchmachten. Dazu gehört auch die Evolution der größten Säugetiergehirne, wie die der Delfine, Elefanten und Menschenaffen, die alle ihre extremen Proportionen nach der Klimaveränderung vor 23 bis 33 Millionen Jahren entwickelten.

    Die bisherige Annahme, dass der Mensch vor zwei Millionen Jahren sein großes Gehirn ausbilden konnte, weil er begann, Fleisch zu essen und weil er seinen Diätplan änderte, wurde jüngst von Paleoanthropologen infragegestellt. Sie haben die Funde aus Ausgrabungsstätten in der Wiege der Menschheit in Ostafrika untersucht und nachgewiesen, dass der Homo erectus zwar Fleischfresser war, doch wenn man die Daten quantitativ analysiert, bleibt bloß der Narrativ, wonach Fleischkost den Menschen quasi zum Menschen machte. Sie maßen den Fleischkonsum der Hominiden an der Gesamtzahl der Tierknochen mit Schnittspuren und aus dem Sedimentgestein, wobei nur einfach mehr Nachweise für Fleischkonsum mit einem entsprechenden Anstieg der Intensität der Probenahmen einhergehen (Barr et al., 2022).


    Übrigens ist die sprachliche Wendung “der Mensch stammt vom Affen ab” falsch, denn danach wäre der Affe der direkte Vorfahre des Menschen. Richtiger ist es zu sagen, dass Affen und Menschen verwandt sind. Nach dem heutigen Verständnis der Evolution hat sich aus einer bestehenden Prä-Affenpopulation mit der Zeit eine Subpopulation herausgebildet, die letztlich zum Menschen wurde. Dabei bezieht man sich auf das genetische Verwandtschaftsverhältnis, was bedeutet, dass man bei Menschen und Affen von gemeinsamen Vorfahren ausgeht. Gemeinsame Vorfahren gibt es aber nicht nur zwischen Affen und Menschen, sondern trifft z. B. auch auf Maus und Mensch zu, wobei die genetischen Abstände nur ein wenig größer sind, was dann auch größere Unterschiede mit sich bringt. Diese Unterschiede sind jedoch wesentlich kleiner, als manche Menschen denken, denn diese Tiere sind trotz ihres andersartigen Äußeren dem Menschen biologisch betrachtet sehr ähnlich, denn 95 Prozent der Gene im Erbgut der Maus besitzt auch der Mensch in ähnlicher Form, sodass etwa viele der Erkrankungen von Mäusen und Menschen dieselbe genetische Ursache aufweisen.

    Literatur

    Barr, W. Andrew, Pobiner, Briana, Rowan, John, Du, Andrew & Faith, J. Tyler (2022). No sustained increase in zooarchaeological evidence for carnivory after the appearance of Homo erectus. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119, doi:10.1073/pnas.2115540119.
    Brien, B. (2020). Vom Affe zum Menschen: Ein Faktor bestimmt den Zeitpunkt des Übergangs.
    WWW: https://www.futurezone.de/
    Gunz, Philipp, Neubauer, Simon, Falk, Dean, Tafforeau, Paul, Le Cabec, Adeline, Smith, Tanya M., Kimbel, William H., Spoor, Fred & Alemseged, Zeresenay (2020). Australopithecus afarensis endocasts suggest ape-like brain organization and prolonged brain growth. Science Advances, 6, doi:10.1126/sciadv.aaz4729.
    Holloway, Ralph L., Hurst, Shawn D., Garvin, Heather M., Schoenemann, P. Thomas, Vanti, William B., Berger & Lee R., Hawks, John (2018). Endocast morphology of Homo naledi from the Dinaledi Chamber, South Africa. Proceedings of the National Academy of Sciences, dot:10.1073/pnas.1720842115.
    Ponce de León, Marcia S., Bienvenu, Thibault, Marom, Assaf, Engel, Silvano, Tafforeau, Paul, Alatorre Warren, José Luis, Lordkipanidze, David, Kurniawan, Iwan, Murti, Delta Bayu, Suriyanto, Rusyad Adi, Koesbardiati, Toetik & Zollikofer, Christoph P. E. (2021). The primitive brain of early Homo. Science, 372, 165-171.
    Rigos, Alexandra (2008). Evolution des Gehirns. GEOkompakt Nr. 15 – 06/08.
    WWW: http://www.geo.de/GEO/heftreihen/geokompakt/57363.html (08-06-21)
    https://www.mpg.de/14624926/0325-evan-019609-lucy-hatte-ein-affenaehnliches-gehirn (20-04-01)
    https://www.mpg.de/16784957/naturkatastrophen-gehirngroesse?c=2191 (21-04-27)
    https://notiert.stangl-taller.at/grundlagenforschung/warum-gehirne-von-primaten-so-gross-werden/ (16-08-17)




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