Eine unerwartete Zeitkapsel
Was uralter Zahnstein über Ernährung, vergessene Heilmittel und die Entwicklung des menschlichen Mikrobioms verrät. Ein Gespräch mit der Archäologin und Anthropologin Antonella Pedergnana
Für Forschende ist Zahnstein – also der mineralisierte Zahnbelag auf jahrhunderte- oder jahrtausendealten Zähnen – eine wahre Fundgrube. In diesen festen Auflagerungen sind mikroskopisch kleine Spuren von Nahrung, Arzneimitteln und Mikroben eingeschlossen, die Einblicke in den Alltag längst vergangener Zivilisationen ermöglichen. Und diese Informationen können Jahrtausende überdauern.
In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus altem Zahnstein erstaunliche Geschichten ans Licht gebracht. In Thailand konnten Forschende beispielsweise chemische Rückstände der Betelnuss in 4.000 Jahre altem Zahnstein nachweisen – der bislang früheste biomolekulare Beleg für die berauschende Praxis des Betelnusskauens. Ein Hinweis darauf, dass Menschen offenbar schon immer Wege gesucht haben, sich zu „entspannen“. Andere Studien liefern Hinweise darauf, dass Neandertaler Heilpflanzen verzehrten und möglicherweise Krankheiten mit natürlichen Mitteln behandelten.
„Zahnstein ist wie eine Zeitkapsel“, sagt Antonella Pedergnana, Archäologin und Anthropologin am Institut für Mumienforschung von Eurac Research. „Er konserviert mikroskopische Spuren von Nahrung, Bakterien, DNA und Proteinen, die sonst vollständig verloren gegangen wären.“
Derzeit untersucht Pedergnana Zahnstein aus zwei frühmittelalterlichen Gräberfeldern in Mitteleuropa. Mithilfe von Mikroskopie, der Analyse alter DNA, der Paläoproteomik – der Untersuchung von Proteinen in archäologischen Funden – sowie der Metabolomik, bei der kleine Stoffwechselprodukte analysiert werden, rekonstruiert sie die Ernährung vergangener Zeiten, erforscht das orale Mikrobiom und sucht nach Hinweisen auf die Nutzung von Heilpflanzen. Sie hat uns erzählt, was Zahnstein über Menschen verraten kann, die vor mehr als tausend Jahren lebten.
Was macht Zahnstein für die Archäologie so wertvoll?
Zahnstein ist im Grunde ein biologisches Archiv. Sobald sich Zahnbelag mineralisiert, können darin mikroskopisch kleine Spuren von Nahrung, Bakterien, DNA, Proteinen sowie Partikel aus der Umwelt über Jahrtausende hinweg erhalten bleiben. Knochen verraten uns viel über das Alter eines Menschen, sein biologisches Geschlecht oder bestimmte Krankheiten, aber Zahnstein eröffnet hingegen einen Blick auf den Alltag, auf Aspekte des Lebens, die sonst unsichtbar wären. Der Zahnstein bewahrt Spuren, die in der Archäologie in der Regel nicht überliefert werden. Wir können untersuchen, welche Pflanzen Menschen gegessen haben, welche Mikroorganismen ihre Mundhöhle besiedelten und welche Rückschlüsse sich daraus auf ihre Gesundheit ziehen lassen. Möglicherweise finden wir sogar Hinweise auf Heilpflanzen. In gewisser Weise macht Zahnstein das Unsichtbare sichtbar.
„Zahnstein eröffnet hingegen einen Blick auf den Alltag, auf Aspekte des Lebens, die sonst unsichtbar wären.”
Antonella Pedergnana, archeologa e antropologa
Wie wird Zahnstein, der mehr als tausend Jahre alt ist, untersucht?
Zunächst entnehmen wir eine kleine Probe des Zahnsteins und lösen im Labor die mineralisierte Matrix auf. Nach der Entkalkung können wir die eingeschlossenen Bestandteile unter dem Mikroskop untersuchen oder mit Methoden wie der Analyse alter DNA, der Paläoproteomik und der Metabolomik analysieren. Ich arbeite derzeit mit Zahnstein aus zwei frühmittelalterlichen Gräberfeldern in Mitteleuropa – eines in der Nähe von Wien, das andere bei Bern. Insgesamt untersuchen wir die Überreste von rund achtzig erwachsenen Männern und Frauen; Kinder sind in dieser Studie nicht vertreten. Bislang konnten wir zahlreiche Hinweise auf den Verzehr verschiedener Getreidearten nachweisen, darunter alte Weizensorten, Gerste und Hirse. Mithilfe der Proteinanalysen fanden wir bei einigen Individuen außerdem Milchproteine. In zwei Fällen konnten wir Beta-Lactoglobulin identifizieren, ein Protein, das in Milch vorkommt.
Kann Zahnstein tatsächlich verraten, was Menschen gegessen haben?
Bis zu einem gewissen Grad, ja. Unter dem Mikroskop entdecken wir häufig Stärkekörner und sogenannte Phytolithe, mikroskopisch kleine Strukturen, die von Pflanzen gebildet werden. Sie können über Jahrhunderte oder sogar Jahrtausende erhalten bleiben. Ist ihr Erhaltungszustand gut und weisen sie charakteristische Merkmale auf, lassen sie sich häufig einer Pflanzengattung und in selteneren Fällen sogar einer bestimmten Art zuordnen. Zahnstein liefert uns zwar keinen vollständigen Speiseplan, aber er gibt uns wertvolle Hinweise.
Ein Schwerpunkt Ihres Projekts ist die Suche nach Hinweisen auf Heilpflanzen. Warum haben Sie sich diesem Thema gewidmet?
Heilpraktiken sind archäologisch oft kaum nachweisbar. Historische Quellen berichten zwar, dass Kräuter und andere Pflanzen in großem Umfang genutzt wurden. Biologische Belege dafür zu finden, ist jedoch deutlich schwieriger.
Gerade hier bietet Zahnstein eine einzigartige Chance, denn durch den wiederholten Kontakt mit bestimmten Pflanzen können deren chemische Verbindungen in den Zahnbelag eingebaut werden. Anders als die Überreste einer einzelnen Mahlzeit entsteht Zahnstein über einen langen Zeitraum. Dadurch kann er Hinweise auf langfristige Nahrungsgewohnheiten bewahren. Finden wir Verbindungen, die typisch für Heilpflanzen sind, spricht das eher für eine regelmäßige Anwendung als für ein einmaliges Ereignis.
Manche Pflanzen enthalten Stoffe, die für eine bestimmte Gattung oder Pflanzenfamilie charakteristisch sind und deshalb als zuverlässige Biomarker dienen können. Arten der Gattung Artemisia produzieren beispielsweise Artemisinin, einen Wirkstoff, der für seine antimalarischen Eigenschaften bekannt ist und typisch für diese Pflanzengruppe ist. Solche spezifischen Verbindungen ermöglichen es uns, Rückstände mit hoher Sicherheit einer bestimmten Pflanze zuzuordnen.
Die meisten Moleküle, die wir im Zahnstein nachweisen, sind allerdings deutlich weniger eindeutig. Stoffe wie Limonen, Pinen oder Linalool kommen in zahlreichen Pflanzen vor. Sie zeigen zwar, dass Pflanzen konsumiert wurden, erlauben aber keine Aussage darüber, um welche Art es sich genau handelte. Dasselbe gilt für Proteine: Viele kommen in unterschiedlichen Organismen vor und eignen sich deshalb nicht für eine eindeutige taxonomische Zuordnung. Sowohl in der Metabolomik als auch in der Proteomik besteht die Herausforderung darin, unter Hunderten unspezifischer Signale die wenigen wirklich aussagekräftigen Marker zu finden – sprichwörtlich die Nadel im Heuhaufen. Manchmal gelingt genau das.
Frühere metabolomische Studien konnten bereits Verbindungen nachweisen, die mit Heilpflanzen in Zusammenhang stehen, und haben damit das Potenzial dieser Methode gezeigt. Auf die Ergebnisse unserer eigenen Metabolomik-Analysen warten wir derzeit noch. Wir hoffen, dass sie uns ähnlich spannende Einblicke in die medizinische Pflanzennutzung der Vergangenheit liefern werden.
Was kann Zahnstein uns sonst noch verraten?
Erstaunlich viel. Im Zahnstein bleiben Informationen über das orale Mikrobiom erhalten, also über die Mikroorganismen, die unseren Mund besiedeln. Heute wissen wir, dass diese Mikroorganismen eine wichtige Rolle für die Verdauung, das Immunsystem und unsere allgemeine Gesundheit spielen. Gleichzeitig können wir nachvollziehen, wie sich das Mikrobiom im Laufe der Zeit verändert hat und welchen Einfluss moderne Lebensgewohnheiten darauf haben, etwa wenn manche Mikroorganismen häufiger geworden sind und andere im Laufe der Jahrhunderte zurückgegangen sind.
Sie waren überrascht, wie unterschiedlich die Zahngesundheit der untersuchten mittelalterlichen Menschen war …
Ja, das hat uns tatsächlich erstaunt. Einige Individuen hatten kaum Karies, obwohl sie in denselben Gemeinschaften lebten und vermutlich eine sehr ähnliche Ernährung hatten. Andere wiederum hatten deutlich schlechtere Zähne. Das könnte darauf hindeuten, dass genetische Faktoren oder die Zusammensetzung des oralen Mikrobioms eine wesentlich größere Rolle spielen, als wir bislang angenommen haben. Möglich ist auch, dass manche Individuen Heilpflanzen verwendeten, die durch antibakterielle oder entzündungshemmende Eigenschaften das Risiko für Karies verringerten.
Gab es bislang Erkenntnisse, mit denen Sie nicht gerechnet hatten?
Ein besonders interessanter Fund sind mikroskopisch kleine Holzkohlepartikel, die im Zahnstein eingeschlossen sind. Warum einige Individuen deutlich höhere Konzentrationen dieser Partikel aufweisen als andere, wissen wir bislang nicht. Möglicherweise hängen sie mit Rauchbelastung, Kochpraktiken oder anderen Tätigkeiten zusammen, bei denen Feuer eine Rolle spielte.
Spannend sind auch die Abnutzungsspuren an den Zähnen. Bei einigen Menschen zeigen die Vorderzähne ungewöhnliche Verschleißmuster. Das könnte darauf hindeuten, dass sie ihre Zähne als Werkzeug nutzten, um Pflanzenfasern, Leder oder anderen Materialien zu verarbeiten.
Was ist die größte Herausforderung bei dieser Art von Forschung?
Der Erhaltungszustand der Proben. Deshalb kombiniert das Projekt MEDIEVAL Calculus verschiedene Analysemethoden – Mikroskopie, Proteomik, Metabolomik und die Untersuchung alter DNA –, um möglichst viele Informationen aus diesem außergewöhnlich reichen biologischen Material zu gewinnen. Dabei gilt der Grundsatz: Das Nichtvorhandensein eines Nachweises ist kein Nachweis für das Nichtvorhandensein. Wenn wir also keine Spuren einer bestimmten Pflanze oder eines Lebensmittels finden, bedeutet das nicht zwangsläufig, dass diese nie genutzt oder verzehrt wurden. Möglicherweise haben sich die entsprechenden Hinweise schlicht nicht erhalten.
Wie geht es nun weiter?
Die metabolomischen Analysen werden in Zusammenarbeit mit der Universität Parma durchgeführt und die Laborarbeiten sind inzwischen abgeschlossen. Jetzt beginnt die Auswertung und Interpretation der Daten – oft der anspruchsvollste Teil des gesamten Projekts. Zahnstein enthält ein äußerst komplexes Gemisch von Molekülen, die vom Menschen selbst, seiner Ernährung, seinem oralen Mikrobiom und der Umwelt stammen. Hinzu kommen die Spuren der Zeit: Moleküle zerfallen, Stoffe aus dem Boden können die Proben beeinflussen, und auch Mikroorganismen, die nach der Bestattung aktiv wurden, hinterlassen ihre Spuren. Diese überlagerten Signale voneinander zu trennen, ist eine aufwendige Arbeit. Doch genau darin liegen die spannendsten Entdeckungen verborgen.
Meine Cookie Einstellungen