Nyopdaget fossil viser små evolutionære ændringer i en uddød menneskeart

Hanner af den uddøde menneskelige art Paranthropus robustus blev anset for at være væsentligt større end hunner - meget ligesom størrelsesforskellene, der ses hos moderne primater som gorillaer, orangutanger og bavianer. Men en ny fossil opdagelse i Sydafrika tyder i stedet på, at P. robustus udviklede sig hurtigt under en turbulent periode med lokale klimaændringer for omkring 2 millioner år siden, resulterer i anatomiske ændringer, som tidligere blev tilskrevet sex.

Et internationalt forskerhold inklusive antropologer ved Washington University i St. Louis rapporterede deres opdagelse fra det fossilrige Drimolen-hulesystem nordvest for Johannesburg i tidsskriftet Natur Økologi &Evolution den 9. nov.

"Dette er den type fænomen, der kan være svær at dokumentere i fossiloptegnelsen, især med hensyn til den tidlige menneskelige evolution, " sagde David Strait, professor i biologisk antropologi i kunst og videnskab ved Washington University.

Det bemærkelsesværdigt velbevarede fossil beskrevet i avisen blev opdaget af en studerende, Samantha godt, som deltog i Drimolen Cave Field School, som ledes af Strait.

Forskere vidste allerede, at udseendet af P. robustus i Sydafrika stort set faldt sammen med Australopithecus' forsvinden, et noget mere primitivt tidligt menneske, og fremkomsten i regionen af ​​tidlige repræsentanter for Homo, slægten, som moderne mennesker tilhører. Denne overgang skete meget hurtigt, måske inden for nogle få titusinder af år.

"Arbejdshypotesen har været, at klimaændringer skabte stress i populationer af Australopithecus, hvilket i sidste ende førte til deres død, men at miljøforholdene var mere gunstige for Homo og Paranthropus, som kan have spredt sig til regionen fra andre steder, " sagde Strait. "Vi ser nu, at miljøforholdene sandsynligvis også var stressende for Paranthropus, og at de var nødt til at tilpasse sig for at overleve."

Det nye eksemplar opdaget ved Drimolen, identificeret som DNH 155, er tydeligvis en han, men adskiller sig på vigtige måder fra andre P. robustus tidligere opdaget på det nærliggende sted af Swartkrans - hvor de fleste fossiler af denne art er blevet fundet.

Evolution inden for en art kan være svær at se i fossiloptegnelsen. Ændringer kan være subtile, og fossiloptegnelsen er notorisk ufuldstændig.

Som regel, fossilerne afslører mønstre i større skala, som når arter eller grupper af arter enten optræder i fossiloptegnelsen eller uddør. Så denne Drimolen-opdagelse giver et sjældent set vindue ind i den tidlige menneskelige evolution.

Det nye eksemplar er større end et velundersøgt medlem af arten, der tidligere blev opdaget ved Drimolen - et individ kendt som DNH 7, og formodes at være hun - men er målbart mindre end formodede hanner fra Swartkrans.

"Det ser nu ud som om forskellen mellem de to steder ikke blot kan forklares som forskelle mellem mænd og kvinder, men snarere som forskelle på befolkningsniveau mellem stederne, " sagde Jesse Martin, en ph.d.-studerende ved La Trobe University og studiets medførsteforfatter. "Vores seneste arbejde har vist, at Drimolen er før Swartkrans med omkring 200, 000 år, så vi tror på, at P. robustus udviklede sig over tid, med Drimolen repræsenterende en tidlig befolkning og Swartkrans repræsenterende en senere, mere anatomisk afledt befolkning."

"Man kan bruge fossiloptegnelsen til at hjælpe med at rekonstruere de evolutionære forhold mellem arter, og det mønster kan give alle mulige former for indsigt i de processer, der formede udviklingen af ​​bestemte grupper, " sagde Martin. "Men i tilfældet med P. robustus, vi kan se diskrete prøver af arten fra det samme geografiske område, men lidt forskellige tidspunkter, der udviser subtile anatomiske forskelle, og det er i overensstemmelse med forandring inden for en art."

"Det er meget vigtigt at kunne dokumentere evolutionære forandringer inden for en slægt, " sagde Angeline Leece fra La Trobe University, den anden førsteforfatter af undersøgelsen. "Det giver os mulighed for at stille meget fokuserede spørgsmål om evolutionære processer. F.eks. vi ved nu, at tandstørrelsen ændrer sig over tid i arten, hvilket rejser spørgsmålet om hvorfor. Der er grunde til at tro, at miljøændringer satte disse befolkninger under koststress, og det peger på fremtidig forskning, der vil lade os teste denne mulighed."

Meddirektør for Drimolen-projektet, La Trobe Universitys Andy Herries sagde, "Som alle andre skabninger på jorden, vores forfædre tilpassede sig og udviklede sig i overensstemmelse med landskabet og miljøet omkring dem. For første gang i Sydafrika, vi har dateringsopløsningen og morfologiske beviser, der gør det muligt for os at se sådanne ændringer i en gammel hominin-slægt gennem et kort tidsrum."

Beviserne for hurtige, men betydelige klimaændringer i denne periode i Sydafrika kommer fra en række forskellige kilder. Kritisk, fossiler indikerer, at visse pattedyr forbundet med skov- eller buskmiljøer uddøde eller blev mindre udbredt - mens andre arter forbundet med tørrere, mere åbne miljøer dukkede op lokalt for første gang.

"P. robustus er bemærkelsesværdig ved, at den har en række funktioner i sin kranium, kæber og tænder, der indikerer, at den var tilpasset til at spise en kost bestående af enten meget hårde eller meget hårde fødevarer, " sagde Strait. "Vi tror, ​​at disse tilpasninger gjorde det muligt for den at overleve på fødevarer, der var mekanisk svære at spise, da miljøet ændrede sig til at være køligere og tørrere, fører til ændringer i den lokale vegetation.

"Men prøverne fra Drimolen udviser skelettræk, der tyder på, at deres tyggemuskler var placeret på en sådan måde, at de gjorde dem mindre i stand til at bide og tygge med lige så meget kraft som den senere P. robustus-population fra Swartkrans, " sagde han. "I løbet af 200, 000 år, et tørt klima førte sandsynligvis til naturlig udvælgelse, der begunstigede udviklingen af ​​et mere effektivt og kraftfuldt fodringsapparat i arten."

Leece sagde, at det var bemærkelsesværdigt, at P. robustus dukkede op på nogenlunde samme tid som vores direkte forfader Homo erectus, som dokumenteret af et spædbarn H. erectus kranium, som holdet opdagede på det samme Drimolen-sted i 2015.

"Disse to vidt forskellige arter, H. erectus med deres relativt store hjerner og små tænder, og P. robustus med deres relativt store tænder og små hjerner, repræsentere divergerende evolutionære eksperimenter, " sagde Leece. "Mens vi var den slægt, der vandt til sidst, fossilerne tyder på, at P. robustus var meget mere almindelig end H. erectus i landskabet for to millioner år siden."

Mere bredt, forskerne mener, at denne opdagelse tjener som en advarselshistorie for at genkende arter i fossilregistret.

Et stort antal fossile menneskearter er blevet opdaget i løbet af det sidste kvarte århundrede, og mange af disse nye artsbetegnelser er baseret på et lille antal fossiler fra kun et eller få steder i små geografiske områder og snævre tidsintervaller.

"Vi mener, at palæoantropologi skal være en smule mere kritisk omkring fortolkning af variation i anatomi som bevis for tilstedeværelsen af ​​flere arter, " sagde Strait. "Afhængig af alderen på fossile prøver, Forskelle i knogleanatomi kan repræsentere ændringer inden for slægter snarere end bevis for flere arter."

Projektmeddirektør Stephanie Baker fra University of Johannesburg tilføjede, "Drimolen er hurtigt ved at blive et hotspot for tidlige hominin opdagelser, hvilket er et vidnesbyrd om det nuværende teams dedikation til holistisk udgravning og post-field analyse. DNH 155 kraniet er et af de bedst bevarede P. robustus eksemplarer kendt af videnskaben. Dette er et eksempel på, hvad forsigtig, finskala forskning kan fortælle os om vores fjerne forfædre."