Sådan som vi var - klima og menneskelig udvikling

Det har været et ekstraordinært år med udforskninger og opdagelser på Earth Institute. I løbet af december måned, da 2017 nærmer sig slutningen, vi vil dele historier, der fremhæver nogle af vores forskeres fremragende arbejde.

Historien om menneskelig udvikling er forankret i det østlige Afrika, hvor homininer, forfædrede arter, der er direkte relateret til mennesker, først dukkede op. En fjerntliggende ørkenregion omkring det nordvestlige Kenyas sø Turkana er kilden til mange vigtige tidlige menneskelige fossiler og artefakter. Denne region er, hvor Lamont-Doherty Earth Observatory paleoecologist og geokemiker Kevin Uno har indsamlet fossiler og sedimenter, søger beviser om klimaet, vegetation, dyr, og vand til rådighed for vores forfædre for millioner af år siden. Blandt Unos mål er at forstå klimaets rolle i menneskelig udvikling.

"Folk er nysgerrige efter, hvordan vi som mennesker kom hertil. Jeg forsøger at forstå, hvilken rolle klimaforandringer spillede i udviklingen af ​​vores art, "sagde Uno. Hans tidlige fund giver os nye oplysninger om menneskelivets tilblivelse og rejser fascinerende nye spørgsmål.

I en undersøgelse offentliggjort i juni 2016, Uno og et team fra Lamont, herunder geokemiker Pratigya Polissar og paleoklimatolog Peter deMenocal, gav en rekord på 24 millioner år over vegetationstendenser i det østlige Afrika. Rekorden vægter tanken om, at mennesker udviklede centrale træk - fleksible kostvaner, store hjerner, komplekse sociale strukturer, og evnen til at gå og løbe på to ben - mens man tilpasser sig spredningen af ​​åbne græsarealer. Resultaterne tyder stærkt på, at for mellem 24 millioner og 10 millioner år siden længe før nogen direkte menneskelige forfædre dukkede op, der var få græsser og skovområder formodentlig domineret. Derefter, med et tilsyneladende skift i klimaet, græs begyndte at dukke op. Undersøgelsen viser, at tendensen fortsatte gennem al kendt menneskelig evolution, hvilket førte til en dominans af græsser for et par millioner år siden.

"Hele udviklingen i vores slægt har involveret os i at bo og arbejde i eller i nærheden af ​​græsarealer, "sagde Uno.

Dette år, Uno deltog i feltekspeditioner til Turkana Basin -regionen på både den østlige og vestlige side af Turkanasøen. Han og hans team søgte at lære mere om, hvordan klimaet har varieret i løbet af de sidste fem millioner år.

"Jeg ville gå til de fossile hominin -steder og se, om vi kunne bruge organiske geokemiske værktøjer, hvilket vi virkelig aldrig havde gjort før. Vi vil lære nye ting om klimaet, vegetation, og miljøforhold for vores forfædre, "sagde Uno. Opdagelsen af ​​3,3 millioner år gamle stenværktøjer-de ældste i verden-fik Uno til at søge spor efter de tidlige menneskers miljømæssige kontekst, da de udformede og arbejdede med disse værktøjer.

For at rekonstruere gamle levesteder, Uno og hans kolleger henter oplysninger fra to kilder:bladvoks af planter, der levede for millioner af år siden og nu er bevaret i fossile jordarter, og gamle pattedyrstænder, såsom dem fra elefanter og flodheste. Kemisk og isotopisk analyse af disse materialer i laboratorier på Lamont gør det muligt for forskere at skelne planterne, dyr, og vandkilder, der var tilgængelige i økosystemet for disse dyr at spise og drikke.

"Tænder er unikke, fordi de dannes alt fra et år til ti år i store dyr, og det er som en lille datalogger eller tidskapsel fra millioner af år siden, "sagde Uno. Hans tidlige analyse indikerer, at skiftende nedbørsmønstre, fra en til to regntider om året, kan have haft en betydelig effekt på vegetationen og dyrene.

"Et stort spørgsmål til mig er, hvor længe har den to regntids driftsmåde eksisteret? "Unos foreløbige data peger på en enkelt årlig regntid for omkring 3,5 millioner år siden.

"Jeg forsøger at forstå udviklingen i det moderne system med to regntider om året. Når det er virkelig varmt, som det er i det østlige Afrika, vand har betydning. Du tilføjer regn og tingene bliver grønne og dyrene er glade, der henviser til, at lange tørreperioder er meget udfordrende for dem. Hvordan klarede homininer ændringer i tilgængeligheden af ​​deres fødekilder? Det er et af de spørgsmål, jeg arbejder på ved at analysere tænder. "

Ved at spore biomarkørerne på gamle plantevoks, Uno får et bredere perspektiv på regionens vegetationshistorie.

"Hvis du ser på isotoper i tænderne, de er blevet filtreret gennem dyrets kostvalg. Men med plantevoks biomarkører, du ser på faktiske rester af gamle planter, og de registrerer hele landskabet. De bevares i millioner af år, fordi disse voksagtige belægninger på blade består af mættede kulbrinter, som er meget svære at bryde ned. "

Klima er en nøglefaktor, der bestemmer de vegetationstyper, der kan vokse i et økosystem. Ved at genskabe de plantemad og levesteder, der er tilgængelige på et givet tidspunkt, det er muligt at lære om ændringer, der skete under vigtige overgange i udviklingen af ​​mennesker. Af særlig interesse for Uno er en tidsperiode kendt som Pliocen -epoken, hvilket var sidste gang Jorden oplevede atmosfæriske CO2 -niveauer så høje som i dag. Derefter var CO2-niveauerne på omkring 400 dele pr. Million (ppm), og det er cirka der de er lige nu.

Pliocen opstod for mellem 5,3 og 2,6 millioner år siden, et tidsrum, hvor mange pattedyr og fugle udviklede sig til nogenlunde moderne former, og da tidlige homininer først dukkede op. Uno forklarer, at af alle Turkana Basin -fossiler, der menes at være fra Pliocen, mindre end en procent er fra homininer. Forskere mener, at fund tyder på, at få homininer beboede Jorden sammenlignet med andre dyr. De har også opdaget en række forskellige homininarter.

"I løbet af de sidste fem år har vi fundet ud af, at der var en meget større mangfoldighed af homininer i Pliocen, fem til seks arter mere end oprindeligt antaget, "sagde Uno. Det har været umuligt at afgøre, hvilke der er vores direkte forfædre." Det har været som at lede efter en nål i en høstak. "

Så omhyggelig som Unos forskning er, dybt vigtige spørgsmål driver hans arbejde.

"Jeg synes, det er fascinerende, at vores hominin -forfædre var så lave i overflod, måske bare titusinder eller hundredtusinder, men nu er vi 7,5 milliarder af os. Det er svært at forestille sig dette, men længe, homininer var ikke den dominerende art på Jorden, som vi er i dag, "sagde Uno.

At udforske miljøkonteksten for Pliocen -epoken vil hjælpe med at fortælle historien om, hvem disse homininer var, hvorfor der var forskellige arter, og muligvis hvordan og hvorfor en form førte til udviklingen af ​​moderne mennesker.

"I dag er vi på vej ind i en varmere verden, en med mere hårdt vejr og en lang række andre udfordringer, som vores samfund står over for. Det er vigtigt at stoppe op og se tilbage fra det sted, hvor vi kom. "Uno noter, "Moderne menneskers kendetegn er, at vi er så fleksible. Det er en vidunderlig ting ved vores art."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.