Kasserede strudseskaller giver en tidslinje for vores tidlige afrikanske forfædre

Arkæologer har lært meget om vores forfædre ved at rode i deres affaldsbunker, som indeholder bevis for deres kost og befolkningsniveauer, efterhånden som den lokale flora og fauna ændrede sig over tid.

Et almindeligt køkkenskrot i Afrika – skaller af strudseæg – hjælper nu med at opklare mysteriet om, hvornår disse ændringer fandt sted, give en tidslinje for nogle af de tidligste Homo sapiens, der slog sig ned for at udnytte marine føderessourcer langs den sydafrikanske kyst mere end 100, 000 år siden.

Geokronologer ved University of California, Berkeley, og Berkeley Geochronology Center (BGC) har udviklet en teknik, der bruger disse allestedsnærværende udsmid til præcist at datere affaldspladser - høfligt kaldet møddinger - der er for gamle til at blive dateret med radiocarbon- eller kulstof-14-teknikker, standarden for materialer som ben og træ, der er yngre end omkring 50, 000 år.

I et papir offentliggjort denne måned i tidsskriftet Proceedings fra National Academy of Sciences, tidligere UC Berkeley doktorand Elizabeth Niespolo og geokronolog og BGC og associeret direktør Warren Sharp rapporterede at bruge uran-thorium-datering af strudseæggeskaller for at fastslå, at en mødding uden for Cape Town, Sydafrika, blev deponeret mellem 119, 900 og 113, 100 år siden.

Det gør siden, kaldet Ysterfontein 1, den ældste kendte muslingeskalsmødding i verden, og antyder, at tidlige mennesker var fuldt tilpasset til kystliv omkring 120, 000 år siden. Dette fastslår også, at tre hominid-tænder fundet på stedet er blandt de ældste Homo sapiens-fossiler fundet i det sydlige Afrika.

Teknikken er præcis nok til, at forskerne overbevisende kan fastslå, at den 12,5 fod dybe bunke af for det meste marine skaller - muslinger, bløddyr og limpets - blandet med dyreknogler og æggeskaller kan være blevet aflejret over en periode på så lidt som 2, 300 år.

De nye tidsaldre reviderer allerede nogle af de antagelser, arkæologer havde gjort om den tidlige Homo sapiens, der deponerede deres affald på stedet, herunder hvordan deres befolknings- og fourageringsstrategier ændrede sig med skiftende klima og havniveau.

"Grunden til, at dette er spændende, er, at dette websted ikke ville have været daterbart med radiocarbon, fordi det er for gammelt, "Niespolo sagde, bemærker, at der er mange flere sådanne steder rundt omkring i Afrika, især kystområderne i Sydafrika.

"Næsten alle denne slags steder har strudseæggeskaller, så nu hvor vi har denne teknik, der er dette potentiale til at besøge disse websteder igen og bruge denne tilgang til at datere dem mere præcist og mere præcist, og endnu vigtigere, finde ud af, om de er på samme alder som Ysterfontein eller ældre eller yngre, og hvad det fortæller os om fouragering og menneskelig adfærd i fortiden, " tilføjede hun.

Fordi strudseæggeskaller er allestedsnærværende i afrikansk mødding - æggene er en rig kilde til protein, svarende til omkring 20 hønseæg – de har været et attraktivt mål for geokronologer. Men anvendelsen af ​​uran-thorium-datering - også kaldet uran-serier - på strudseskaller har været behæftet med mange usikkerheder.

"Det tidligere arbejde med at datere æggeskaller med uran-serier er blevet virkelig ramt, og mest savner, " sagde Niespolo.

Præcisionsdatering skubbet tilbage til 500, 000 år siden

Andre metoder, der gælder for websteder ældre end 50, 000 år, såsom luminescensdatering, er mindre præcise - ofte med en faktor 3 eller mere - og kan ikke udføres på arkivmateriale, der er tilgængeligt på museer, sagde Sharp.

Forskerne mener, at uran-thorium-datering kan give aldre for strudseæggeskaller så gamle som 500, 000 år, udvider den præcise datering af møddinger og andre arkæologiske steder cirka 10 gange længere ind i fortiden.

"Dette er den første offentliggjorte mængde data, der viser, at vi kan få virkelig sammenhængende resultater for ting, der ligger godt uden for radiocarbon rækkevidde, omkring 120, 000 år siden i dette tilfælde, sagde Sharp, der har specialiseret sig i at bruge uran-thorium-datering til at løse problemer inden for palæoklima og tektonik samt arkæologi. "Det viser, at disse æggeskaller bevarer deres intakte uran-seriesystemer og giver pålidelige aldre længere tilbage i tiden, end det var blevet påvist før."

"De nye datoer på strudseæggeskaller og fremragende faunabevarelse gør Ysterfontein 1 til den hidtil bedst daterede multi-lagdelte skalmødding fra middelstenalderen på den sydafrikanske vestkyst, " sagde medforfatter Graham Avery, en arkæozoolog og pensioneret forsker ved Iziko South African Museum. "Yderligere anvendelse af den nye datingmetode, hvor strudseæggeskalsfragmenter er tilgængelige, vil styrke kronologisk kontrol i nærliggende middelstenaldersteder, såsom Hoedjiespunt og Sea Harvest, som har lignende fauna og litiske samlinger, og andre på den sydlige Kap-kyst."

De første menneskelige bosættelser?

Ysterfontein 1 er en af ​​omkring et dusin skalmøddinger spredt langs de vestlige og østlige kyster af Western Cape-provinsen, nær Cape Town. Udgravet i begyndelsen af ​​2000'erne, det betragtes som et middelstenaldersted etableret omkring det tidspunkt, hvor Homo sapiens udviklede kompleks adfærd såsom territorialitet og konkurrence mellem grupper, samt samarbejde mellem ikke-pårørende grupper. Disse ændringer kan skyldes, at disse grupper gik fra jæger-samlere til faste befolkninger, takket være stabile kilder til protein af høj kvalitet – skaldyr og havpattedyr – fra havet.

Indtil nu, alderen på middelstenaldersteder som Ysterfontein 1 har været usikker med omkring 10 %, gør sammenligning mellem middelstenalderlokaliteter og med senere stenalderlokaliteter vanskelig. De nye datoer, med en præcision på omkring 2% til 3%, placere stedet i sammenhæng med veldokumenterede ændringer i det globale klima:det blev besat umiddelbart efter den sidste mellemistid, da havniveauet var højt, måske 8 meter (26 fod) højere end i dag. Havniveauet faldt hurtigt under besættelsen af ​​stedet - kystlinjen trak sig tilbage til 2 miles i denne periode - men akkumuleringen af ​​skaller fortsatte støt, antyder, at indbyggerne fandt måder at imødekomme den skiftende fordeling af marine føderessourcer for at opretholde deres foretrukne kost.

Undersøgelsen viser også, at Ysterfontein 1-skalmøddingen akkumulerede hurtigt - måske omkring 1 meter (3 fod) hver 1. 000 år - hvilket antyder, at middelstenalderbefolkningen langs den sydafrikanske kyst gjorde omfattende brug af havets ressourcer, meget ligesom folk gjorde i den senere stenalder, og foreslår, at effektive marine fourageringsstrategier udviklede sig tidligt.

Til dating, æggeskaller er bedre

Aldre kan være knyttet til nogle arkæologiske steder ældre end 50, 000 år gennem argon-argon (40Ar/39Ar) datering af vulkansk aske. Men aske er ikke altid til stede. I Afrika, dog - og før Holocæn, i hele Mellemøsten og Asien - strudseæggeskaller er almindelige. Nogle steder indeholder endda strudseæggeskal ornamenter lavet af tidlige Homo sapiens.

I løbet af de sidste fire år, Sharp og Niespolo gennemførte en grundig undersøgelse af strudseæggeskaller, herunder analyse af moderne æggeskaller fra en strudsefarm i Solvang, Californien, og udviklet en systematisk måde at undgå usikkerheden i tidligere analyser. En vigtig observation var, at dyr, herunder strudse, ikke optage og opbevare uran, selvom det er almindeligt i dele-per-milliard niveauer i det meste vand. De påviste, at nylagte strudseskaller ikke indeholder uran, men at det optages efter begravelse i jorden.

Det samme er tilfældet med muslingeskaller, men deres calciumcarbonatstruktur - et mineral kaldet aragonit - er ikke så stabilt, når det er begravet i jord, som calcitformen af ​​calciumcarbonat, der findes i æggeskallen. På grund af dette, æggeskaller bevarer bedre det uran, der er optaget i løbet af de første hundrede år eller så, at de bliver begravet. Knogle, består hovedsageligt af calciumphosphat, har en mineralsk struktur, der heller ikke forbliver stabil i de fleste jordmiljøer og heller ikke pålideligt tilbageholder absorberet uran.

Uran er ideel til datering, fordi det henfalder med en konstant hastighed over tid til en isotop af thorium, der kan måles i små mængder ved massespektrometri. Forholdet mellem denne thoriumisotop og det uran, der stadig er til stede, fortæller geokronologer, hvor længe uranet har siddet i æggeskallen.

Uran-serie datering er afhængig af uran-238, den dominerende uranisotop i naturen, som henfalder til thorium-230. I protokollen udviklet af Sharp og Niespolo, de brugte en laser til at aerosolisere små pletter langs et tværsnit af skallen, og kørte aerosolen gennem et massespektrometer for at bestemme dens sammensætning. De ledte efter pletter med højt indhold af uran og ikke forurenet af en anden isotop af thorium, thorium-232, som også invaderer æggeskaller efter begravelse, dog ikke så dybt. De indsamlede mere materiale fra disse områder, opløst det i syre, og derefter analyseret det mere præcist for uranium-238 og thorium-230 med "opløsnings"-massespektrometri.

Disse procedurer undgår nogle af de tidligere begrænsninger af teknikken, giver omtrent samme præcision som kulstof-14, men over et tidsinterval, der er 10 gange større.

"Nøglen til denne dateringsteknik, som vi har udviklet, og som adskiller sig fra tidligere forsøg på at datere strudseæggeskaller, er det faktum, at vi eksplicit tager højde for det faktum, at strudseæggeskaller ikke har noget primært uran i sig, så det uran, som vi bruger til dato æggeskallerne, kommer faktisk fra jordens porevand, og uranet bliver optaget af æggeskallerne ved aflejring, " sagde Niespolo.