Es war 1970, als der Archäologe Peter Bogucki, inmitten fruchtbarer Felder Südpolens, bei der Ausgrabung einer Steinzeitfundstätte auf sehr merkwürdige Artefakte stieß. An Ort und Stelle hatten rund 7000 Jahre vorher die vielleicht ersten Bauern Europas gelebt. Hinterlassen haben sie Tonscherben, die wegen ihrer vielen winzigen Löcher wie gepunktet erschienen: Sie sahen fast so aus, als ob der grobkörnige rote Ton gebrannt, dabei aber gleichzeitig mit Strohhalmen durchbohrt worden war. Später, bei seiner Recherche im Fundus der archäologischen Fachliteratur, entdeckte Bogucki dann Beispiele für ganz ähnliche, uralte, perforierte Töpferwaren: "Die waren derart ungewöhnlich, dass fast alle Autoren sie in ihren Veröffentlichungen genau beschrieben haben", erinnert sich Bogucki, der heute an der Princeton University in New Jersey arbeitet. Sie erinnerten ihn vage an etwas, das ihm in der Küche eines Freundes aufgefallen war: Ein siebartiges Utensil zur Käseherstellung. Könnte die alten Töpferware ähnlichen Zwecken gedient haben? Und wie sollte man das herausfinden können?

Die mysteriösen Tonscherben wurden sicher verstaut – und blieben es bis 2011. Dann zog Melanie Roffet-Salque sie zu Analysezwecken heran: Die Geochemikerin der University of Bristol machte sich auf die Suche nach im Ton erhaltenen Lipidrückständen. Sie fand Spuren von Milchfetten im Übermaß – der Beweis, dass die frühen Bauern die Töpferware tatsächlich zum Käsesieben benutzt hatten, um die fetthaltigen Milchfeststoffe von der wässrigen Molke zu trennen. Die Fundstücke aus Polen halten seitdem den Rekord als älteste Belege des Käserei-Knowhows weltweit [1].

Roffet-Salques Detektivarbeit ergänzt eine ganze Reihe ähnlicher Entdeckungen: Die historischen Ursprünge der europäischen Milchwirtschaft liegen als Forschungsthema im Trend. Gleich mehrere Arbeiten profitieren dabei von einem 3,3 Millionen Euro schweren Fördertopf, den seit 2009 Archäologen, Chemiker und Genetiker anzapfen können. Die Ergebnisse lassen erkennen, wie sehr die Besiedlungsgeschichte des Kontinents von der Milchwirtschaft geprägt wurde.

Dabei war Milch für Erwachsene über den längsten Teil der letzten Eiszeit hinweg vor allem eines: giftig. Anders als Kinder verfügten ältere Menschen nicht über das Laktase-Enzym zur Zerlegung des Milchzuckers, der Laktose, dem häufigsten Zucker in der Milch. Schließlich aber begann, ausgehend vom Mittleren Osten vor etwa 11 000 Jahren, die Landwirtschaft für die Ernährung der Menschen immer wichtiger zu werden, während der Beitrag von Jägern und Sammlern stetig schrumpfte. Die Milchviehhalter fanden auch immer neue Wege, den Laktosegehalt verschiedener Nahrungsmittel auf weniger schädliche Mengen zu senken; sie fermentierten Milch zum Beispiel zu Käse und Joghurt. Ein paar tausend Jahre später breitet sich dann eine Mutation im europäischen Genpool aus, die die Fähigkeit mit sich brachte, auch als ausgewachsener Mensch weiter Laktase zu produzieren und damit Milch das ganze Leben hindurch zu sich nehmen zu können. Erst diese Anpassung ließ Nahrungsquellen sprudeln, ohne die die wachsenden Gemeinschaften im Notfall – also zum Beispiel nach Missernten – womöglich nie hätten gedeihen können.

Starke Mägen

Überall auf der Welt produzieren fast alle jungen Kinder Laktase, mit der sie den Milchzucker in der Muttermilch verwerten können. Dann aber schalten die meisten das Enzym-Gen ab: Nur 35 Prozent der Menschheit können Laktose auch noch als Sieben- oder Achtjährige verdauen [2]. "Wenn Sie als Laktoseintoleranter ein halbes Glas Milch trinken, wird es ihnen ziemlich schlecht gehen – inklusive explosionsartig heftigem Durchfall", erklärt der Archäologe Oliver Craig von der University of York in England. "Tödlich wäre das nicht – aber ganz sicher ziemlich unangenehm."

Die meisten Menschen mit bis ins Erwachsenenalter funktionierender Milchverdauung können ihre Ahnenreihe nach Europa zurückverfolgen, wo ihre eigene Stoffwechselbesonderheit mit einer einzelnen Nukleotidveränderung zusammenhängt: Ein Cytosin der DNA wurde in der Nähe der Laktase-Genregion zu Thymin. Man kennt weltweit zwar noch andere regional begrenzte Gebiete der Laktasepersistenz – etwa in Westafrika [3], dem Mittleren Osten und Südasien – diese scheinen aber mit einer anderen Laktase-Mutation zusammenzuhängen.

Der Nukleotid-Schalter Europas ist offenbar vergleichsweise kürzlich umgelegt worden, meinen Thomas und seine Kollegen nach Analysen, bei denen sie den zeitlichen Verlauf der Ausbreitung einer Genveränderung in heutigen Bevölkerungsgruppen oder in Computersimulationen untersucht haben. So konnten sie berechnen, wie die Mutation sich womöglich in den frühen Menschengruppen verbreitet hat [4]. Wahrscheinlich, so ihre Erkenntnis, tauchte die Laktase-Persistenz (das "LP-Allel") erstmals vor rund 7500 Jahren in den weiten fruchtbaren Ebenen Ungarns auf.

Kräftiges Gen

Kaum gab es das LP-Allel, schon verlieh es seinen Trägern einen enormen Selektionsvorteil: 2004 hatten Forscher ausgerechnet, dass Menschen mit der Mutation wohl bis zu 19 Prozent mehr Nachkommen in die nächste Generation einbrachten als Menschen ohne LP. Ein derart starker Selektionsgrad sei "bislang an kaum irgendeinem Gen im Erbgut beobachtet worden". Potenziert über einige hundert Generationen könnte dieser Vorteil ausreichen, einer Population kontinentweit zum Durchbruch zu verhelfen. Allerdings nur, wenn "diese Gruppe auch immer mit genug Frischmilch versorgt ist und Molkerei betreibt", ergänzt Thomas: "Gene und Kulturtechniken koevolvieren, sie ergänzen sich und profitieren voneinander."

Um die Geschichte dieses Zusammenspiels zu beleuchten, hat sich Thomas mit Joachim Burger zusammengetan, einem Paläogenetiker der Universität Mainz, und mit Matthew Collins, der als Bioarchäologe an der University of York arbeitet. Die drei haben ein multidisziplinäres Projekt namens LeCHE angestoßen ("Lactase persistence in the early Cultural History of Europe"), mit dem sie ein Dutzend Nachwuchsforscher aus ganz Europa zusammenbringen.

Durch die human-molekularbiologischen und archäologischen Untersuchungen sowie chemischen Analysen der alten Töpferwaren hofft das LeCHE-Team eine Kernfrage angehen zu können: die der Herkunft der heutigen Europäer. "Die Frage ist ein archäologischer Dauerbrenner: Stammen wir von Bauern aus dem Mittleren Osten ab, oder doch von den einheimischen Jägern und Sammlern?", erklärt Thomas. Am Ende spitzt der Streit sich zu auf die Frage "Evolution oder Verdrängung": Haben die einheimischen Wildbeuter Europas einst die Agrartechniken erlernt und übernommen? Oder gab es einen Zustrom agrarisch versierter Kolonialisten, die am Ende alle Ureinwohner mit überlegener Technologie und Genausstattung ausgestochen haben?

Einige Indizien lieferten Studien, in denen die bei archäologischen Grabungen gefundenen Tierknochen analysiert wurden. Denn wird Rindvieh vor allem zur Milchgewinnung gehalten, so schlachtet man die Kälber noch vor ihrem ersten Geburtstag, um stets die Muttertiere melken zu können. Vor allem als Fleischquelle gezüchtetes Vieh wird dagegen später als ausgewachsenes Tier geschlachtet. Dasselbe Muster, wenn auch nicht unbedingt der exakte Zeitablauf in Lebensjahren, trifft auch auf Schafe und Ziegen zu, die ebenfalls ihren Beitrag zur Molkerei-Technologierevolution geleistet haben.

Die Analysen der Knochenwachstumsmuster lassen spannende Schlüsse zu. So vermutet etwa der Archäozoologe des Pariser Staatlichen Naturkundemuseums Frankreichs, Jean-Denis Vigne, dass die Milchwirtschaft im Nahen Osten schon ihren Anfang genommen hat, als die Menschen überhaupt gerade erst begonnen hatten, Tiere zu domestizieren: vor rund 10 550 Jahren [6]. Die Ursprünge lägen damit kaum später als die neolithischen Umwälzung im Mittleren Osten, bei der die Agrarökonomie die alten Wildbeuterkulturen zu ersetzen begann. Molkerei, so Vignes Pariser Archäozoologie-Kollege Roz Gillis, "könnte ein auslösender Faktor für Menschen gewesen sein, Wiederkäuer wie Kuh, Schaf und Ziege überhaupt einzufangen und zu halten".

Mit der neolithischen Umwälzung verbreitete sich dann auch das Molkereiwesen, meint Gillis, der Knochenfunde aus 150 Ausgrabungsstätten von Anatolien bis ganz Europa untersucht hat. Die Milchwirtschaft folgte demnach dem Muster des Ackerbaus, der sich über zwei Jahrtausende hinweg in Europa ausgedehnt hat.

Die Tierknochenanalysen sagen für sich genommen nichts darüber aus, ob die neolithische Umwälzung in Europa eher einen evolutiven Charakter hatte oder dem Verdrängungsszenario folgte – sie liefern aber einige wichtige Indizien. In einer Vorläuferstudie hatten Burger und andere LeCHE-Forscher schon herausgefunden, dass die domestizierten Rinder im Europa der Jungsteinzeit meist enger mit den Herden im Mittleren Ostens verwandt waren als mit den einheimischen wilden Auerochsen: Ein deutlicher Fingerzeig, dass die einwandernden Viehhalter ihre eigenen Herden mit sich führten und nicht die heimischen Tiere domestizierten, erklärt Burger [7]. Ein ganz ähnliches Bild liefert allmählich auch die genetische Spurensuche, die man anhand der Analysen alter menschlicher DNA-Spuren betreibt, die man aus einigen mitteleuropäischen Ausgrabungsstätten gewinnen konnte. Demnach stammen die jungsteinzeitlichen Bauern offenbar nicht von den Jägern und Sammlern ab, die früher an Ort und Stelle gelebt hatten [8].

Milch oder Fleisch

Das Molkereiwesen begann im Mittleren Osten Jahrtausende vor dem Entstehen des LP-Allels – also müssen die frühen Hirten Mittel und Wege gekannt haben, den Laktosegehalt der Milch irgendwie reduzieren. Es liegt nahe, dass die Käse- und Joghurtherstellung dabei eine Rolle spielte: In fermentiertem Käse wie Feta oder Cheddar findet sich nur ein Bruchteil der Laktose aus Frischmilch; in lang gelagerten Hartkäsen wie Parmesan gibt es fast gar keinen Milchzucker mehr.

Die chemischen Analysen alter Töpferscherben dienten verschiedenen LeCHE-Forschern dazu, diese Theorie zu testen. Das grobkörnige, poröse Tonmaterial enthält ausreichend Rückstände der einst beim Kochen absorbierten Fette: Chemiker können bestimmen, ob er aus Fleisch oder Milch stammte, von Wiederkäuern wie Kühen, Schafe und Ziegen oder von anderen Tieren. "Auf diese Weise konnten wir herausfinden, was man damals im Kochtopf gehabt hat", erklärt Richard Evershed, Chemiker von der University of Bristol.

Am Ende haben Evershed und seine LeCHE-Kollegen bis zu 8500 Jahre alte Milchfettrückstände in Tonscherben aus dem fruchtbaren Halbmond des Mittleren Ostens nachgewiesen [9]. Roffet-Salques Untersuchung der polnischen Fundstücke belegt überdies recht eindeutig, dass die Hirten Europas ihren Speiseplan schon vor 6800 bis 7400 Jahren mit Käse anreicherten. Damals trug die Molkerei schon ihren Anteil zur jungsteinzeitlichen Ernährung bei, war aber noch nicht die wichtigste Komponente der Landwirtschaft.

Überhaupt verlief die Entwicklung nun wohl zunächst etwas langsamer – womöglich, weil sich die genetisch bedingte Laktase-Persistenz erst einmal ausbreiten musste. Wirklich verbreitet war das LP-Allel in der Bevölkerung erst einige Zeit nach ihrer Entstehung: Burger, der nach der Mutation in alten DNA-Spuren geforscht hat, entdeckte sie bislang erst in gerade einmal 6500 Jahre altem Erbgut aus Norddeutschland.

Ein Modell des LeCHE-Mitglieds Pascale Gerbault, einem Populationsgenetiker des University College London, beschreibt, wie das Merkmal sich im Genpool verbreitet haben könnte. Als die neolithischen Kulturträger sich aus dem Mittleren Osten nach Europa ausbreiteten, dürften sie die Wildbeuter vor Ort nach und nach durch ihr überlegenes Agrar- und Viehhaltungsknowhow ausgestochen haben. Beim Vorstoß der "Südlichter" gen Norden surfte die Mutation dann an der Front der Migrationswoge. Im Süden tat sich die Laktasepersistenz dagegen viel schwerer: Hier hatten sich die neolithische Bauernkultur schon ausgebreitet, bevor es die Mutation überhaupt gab. Beim Weg der Agrargesellschften in die neuen nördlichen und westlichen Ländereien verlieh die Laktasepersistenz dagegen einen viel größeren Startvorteil. "Wo die Bevölkerung rasch zunahm – an vorderster Front der Ausbreitungswelle –, dort konnte auch der Anteil des Allels stark wachsen", erklärt Gerbault.

Dieses Muster hinterlässt Spuren bis heute. In Südeuropa ist die Laktasepersistenz, mit gerade einmal 40 Prozent in Griechenland und der Türkei, recht gering verbreitet. Zum Vergleich: In Großbritannien und Skandinavien können 90 Prozent der Erwachsenen Milch verdauen.

Kampf der Milchkuh

Ab der späten Jungsteinzeit oder der frühen Bronzezeit vor rund 5000 Jahren hatte sich das LP-Allel dann über den größten Teil Nord- und Mitteleuropas ausgebreitet und die Milchviehhaltung lieferten einen dominanten Beitrag zur Ernährung der Siedler. "Sie haben diese Art des Nahrungserwerbs erst kennenlernen müssen – um ihn dann zu intensivieren und immer weiter auszubauen, nachdem ihr Stoffwechsel die ernährungsrelevanten Vorteile auch nutzen konnte", so Burger. Zwei Drittel aller Tierknochen im späten Neolithikum und der Frühbronzezeit in Nord- und Mitteleuropa stammen dann auch vom Rind.

Dabei fragen sich die LeCHE-Forscher noch immer, warum die Fähigkeit zur Milchverdauung in der Region eigentlich einen derart großen Vorteil gehabt hatte. Vielleicht, vermutet Thomas, waren Molkereiprodukte ein letztes Mittel gegen Hungersnöte? Milchprodukte, die im kälteren Klima auch länger gelagert werden konnten, lieferten auch unabhängig von Jahres- und Erntezeiten viele Kalorien.

Womöglich war die Milch im Norden aber auch deshalb so wichtig, weil sie besonders viel Vitamin D enthält und damit etwa gegen Krankheiten wie Rachitis schützt. Der menschliche Organismus produziert Vitamin D nur bei Sonneneinstrahlung – womöglich aber im Norden und im Winter nicht genug. Dagegen spricht, dass sich die Laktasepersistenz auch im sonnigen Spanien festsetzen konnte; vielleicht war Milch als Vitamin-D-Lieferant also doch nicht so bedeutsam.

Das LeCHE-Projekt könnte als Vorzeigemodell dafür dienen, wie archäologische Fragestellungen in Zukunft mit interdisziplinär vielfältigen Methoden angegangen werden könnten. "Hier hat eine Vielzahl unterschiedlicher Helfer – aus der Archäologie und Paläoanthropologie, der Analytik von alter und neuer DNA oder der Chemie – auf ein gemeinsames Ziel hingearbeitet", fasst Ian Barnes zusammen, der als Paläogenetiker an der University of London selbst nicht beteiligt war. "So könnte man auch noch viele weitere Fragen über Ernährungsumstellungen beantworten".

Ein derartiger Forschungsansatz könnte zum Beispiel aufdröseln, wo und wann die Amylase entstanden ist – das Enzym, mit dem Stärke zerlegt wird. Bisher hatten Forscher spekuliert, das Enzym sei aufgekommen, als mit der Landwirtschaft der Appetit auf Körner wuchs, es könnte diesen Appetit aber womöglich auch erst möglich gemacht haben. Andere Wissenschaftler suchen indes nach dem Aufkommen der menschlichen Alkohol-Dehydrogenase, mit der Alkohol abgebaut wird – und sind damit letztlich dem Ursprung des Feierabenddrinks auf der Spur.

Einige LeCHE-Teilnehmer wenden sich mittlerweile noch älteren Zeiten zu – im Projekt BEAN (Bridging the European and Anatolian Neolithic), in dem beleuchtet werden soll, wie die allerersten Bauern und Viehzüchter nach Europa gekommen sind. Burger, Thomas und andere BEAN-Kollegen besuchen dazu in diesem Sommer die Türkei, um hier jungsteinzeitlichen Spuren mit Computermodellierungen und alt-DNA-Analysen nachzuforschen. Sie möchten ein klareres Bild der ersten Bauern und ihrer Migration nach Europa gewinnen.

Sicher wird ihnen dabei Beyaz Peynir über den Weg laufen: Der salzige Schafmilchkäse ist nahezu unverzichtbarer Bestandteil eines ordentlichen türkischen Frühstücks. Wahrscheinlich ähnelt er auch heute noch jenem Käse, den die Menschen der Jungsteinzeit vor Ort wohl vor 8000 Jahren genossen haben – also lange vor der Zeit, als die Laktasepersistenz es den Menschen leicht gemacht hat, ein Glas Frischmilch zu genießen.

Dieser Artikel erschien unter dem Titel "The milk revolution" in Nature 500, S. 20-22, 2013.