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Der aufrechte Gang ist ein Schlüsselmerkmal des Menschen, er unterscheidet uns von unseren nächsten Verwandten im Tierreich. Entscheidende Voraussetzung für den stabilen aufrechten Gang ist unser Becken. Anders als bei allen Menschenaffen ist es schalenförmig, das Darmbein bildet zwei flache, breite Schaufeln. Jetzt enthüllt eine Studie, wie diese einzigartig menschliche Beckenform zustande kam. Demnach geschah dies in zwei Schritten: Während der Embryonalentwicklung dreht sich zuerst die aus Knorpel und Knochenvorläuferzellen bestehende Wachstumsplatte des Darmbeins um 90 Grad zur Seite. Der zweite Schritt ist eine Abwandlung der für Säugetiere normalen Verknöcherung der Darmbeinplatte: Statt vom Zentrum her verknöchert es bei uns zunächst nur am Rand, die Mitte wird erst später zum Knochen. Dies begünstigt das Ansetzen der für unseren aufrechten Gang wichtigen Muskeln. Erst beides zusammen verlieh unseren Vorfahren die Fähigkeit zum balancierten aufrechten Gang.
Der aufrechte Gang war ein entscheidender Durchbruch in der menschlichen Evolution. Denn erst durch das stabile zweibeinige Gehen bekamen unsere Vorfahren die Hände frei, um komplexere Werkzeuge herzustellen und zu benutzen. Zwar können sich auch Menschenaffen – unsere nächsten Verwandten – für kurze Zeit aufrichten. Ihnen fehlen jedoch die anatomischen Voraussetzungen, um ihren Oberkörper und Kopf senkrecht über ihre Beine und Füße zu bringen. Dadurch können Gorilla, Schimpanse und Co nicht gerade stehen und in Balance bleiben.
Beckenschaufel statt länglicher Hüfte
Fossilien und Fußspuren legen nahe, dass sich der aufrechte Gang bei unseren Vorfahren erst allmählich herausgebildet hat. So lief der Vormensch Ardipithecus vor rund 4,4 Millionen Jahren zwar zeitweise aufrecht und zeigte erste Anpassungen an Schädelbasis und Hüfte, den größten Teil seiner Zeit kletterte er aber vermutlich noch. Das änderte sich vor rund 3,2 Millionen Jahren mit dem Australopithecus: „Lucy“ und ihre Verwandten besaßen bereits die nötige Anatomie und konnten gerade und menschentypisch gehen. Eine der entscheidenden Neuerungen, die uns und unsere Vorfahren von allen anderen Primaten unterscheidet, ist dabei unsere Beckenanatomie. Während Affen und alle anderen Säugetiere schmale, in Richtung der Körperachse nach hinten zeigende Darmbeinknochen haben, ist das Darmbein (Ilium) bei uns Menschen zur Seite gedreht und verbreitert. Dadurch bildet es die typische Beckenschale, die unsere inneren Organe stützt und an der die für unser Gleichgewicht wichtigen Muskeln gut ansetzen können.
Wie unser einzigartiges Becken sich entwickelt hat, haben nun Gayani Senevirathne von der Harvard University und ihre Kollegen aufgeklärt. „Wir haben verschiedene Ansätze so kombiniert, dass wir die Entwicklung unserer Hüfte im Laufe der Zeit möglichst vollständig verfolgen können“, erklärt Senevirathne. Dafür führten sie und ihr Team histologische, genetische und anatomische Analysen von Gewebeproben durch, die von menschlichen Embryos in verschiedenen Entwicklungsstadien sowie von in Museen konservierten Primatenembryos stammten. Dies ermöglichte es ihnen zu rekonstruieren, wie der Darmbeinknochen beim menschlichen Embryo entsteht – und wo seine Entwicklung von dem der anderen Primaten abweicht. Es zeigte sich: Die typisch menschliche Beckenform entsteht in zwei entscheidenden Schritten.
Darmbeindrehung und veränderte Verknöcherung
Der erste Wandel geschieht schon im frühen Embryonalstadium, rund 53 Tage nach der Befruchtung: Vor diesem Zeitpunkt ist die aus Knorpel und Knochenvorläuferzellen bestehende Wachstumsplatte des Darmbeins wie bei anderen Säugetieren parallel zur Körperachse nach hinten gerichtet. Doch dann verändert sich die Wachstumsrichtung der Zellen plötzlich und statt nach hinten wächst die Darmbein-Wachstumsplatte nun nach vorne und hinten. „Ich hatte eine allmähliche Veränderung erwartet, aber die Histologie zeigt, dass sich die Darmbeinplatte direkt um 90 Grad dreht“, erklärt Seniorautor Terence Capellini von der Harvard University. „Dadurch wird das Darmbein kurz und gleichzeitig breit.“ Am 72. Tag nach der Befruchtung ist dieser Wandel abgeschlossen – der menschliche Fötus hat nun typisch menschliche Beckenschaufeln.
Der zweite entscheidende Wandel betrifft die Verknöcherung des Darmbeins. Bei anderen Primaten und auch den meisten anderen Knochen des Menschen folgt diese Umwandlung des knorpeligen Knochenvorläufers in Knochen einem festen Muster. Dabei reifen die Knochenzellen zuerst in der Mitte jedes Knochens aus, von diesem Ossifikationszentrum breitet sich die Verknöcherung dann immer weiter in Richtung der Knochenenden aus. „Alle nichtmenschlichen Primaten und auch die Maus haben Darmbeinknochen, die diesem typischen Verknöcherungsmuster folgen“, erklären Senevirathne und ihre Kollegen. Doch als sie diesen Prozess beim menschlichen Embryo untersuchten, zeigte sich ein ganz anderes Bild: „Die Bildung des Darmbeinknochens beginnt einseitig am hinteren Rand nahe des Kreuzbeins statt in der Mitte“, berichtet das Team. Diese Verknöcherungsfront bewegt sich dann entlang des Rands weiter und lässt die Mitte des schaufelförmigen Darmbeins aus. Deren Verknöcherung verzögert sich um 16 Wochen, so dass dieser Teil des Beckens noch bis in die 24. Woche knorpelig bleibt. „Dieses Muster ist einzigartig und kommt nur beim menschlichen Darmbein vor“, erklären die Forschenden. Auch die Verzögerung gebe es bei keinem anderen Primaten.
„Ein kompletter mechanischer Wandel“
„Diese Erkenntnisse demonstrieren, dass die menschliche Evolution hier einen kompletten mechanischen Wandel vollzog“, erklärt Capellini. „Es gibt hierfür keine Parallele bei einem der anderen Primaten.“ Analysen der Genaktivität zeigten, dass an dieser umfassenden Umstellung der menschlichen Beckenentwicklung mehr als 300 Gene beteiligt sind. Die wichtigste Rolle spielen jedoch drei Gene: SOX9 und PTH1R kontrollieren die 90-Grad-Drehung des Darmbein-Knorpelgerüsts. Sind diese Gene bei einem Menschen defekt, kommen diese mit anomal schmalen, fehlgebildeten Becken zur Welt. Das dritte Gen, RUNx2 steuert die Verknöcherung und ist für das ungewöhnliche Verknöcherungsmuster des menschlichen Darmbeins verantwortlich, wie die Forschenden ermittelten.
Das Team geht davon aus, dass sich diese mechanischen und genetischen Schritte zum menschlichen Becken während der Menschheitsgeschichte zeitlich nacheinander entwickelt haben. Den Anfang machte die Drehung der Darmbein-Wachstumsplatte vor acht bis fünf Millionen Jahren. „Dies ereignete sich, als sich die Fortbewegung der Homininen von einem affentypischen Gang zur fakultativen Zweibeinigkeit wandelte und die Muskelfunktion sich anpasste, um eine größere seitliche Stabilität zu gewährleisten“, schreiben Senevirathne und ihre Kollegen. „Als dann die Homininen vor fünf bis zwei Millionen Jahren vom fakultativen zum obligatorischen Bipedalismus übergingen, sorgten zusätzliche molekulare Veränderungen dafür, dass diese Orientierung der Darmbeinplatte fixiert wurde.“ Die Australopithecinen besaßen demnach diese Merkmale schon. Vor rund zwei Millionen Jahren kam dann auch das einzigartige Verknöcherungsmuster und seine Verzögerung dazu – etwa um die Zeit, als die ersten Vertreter unserer Gattung Homo entstanden.
Quelle: Gayani Senevirathne (Harvard University, Cambridge) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09399-9
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