Εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια πριν οι πρόγονοί μας είχαν μια στενή σχέση με το περιβάλλον, το οποίο βοήθησε να διαμορφωθεί το πού και πώς ζούσαν.
Αλλά όταν άλλαξε το κλίμα - όταν το ποτάμι ξεράθηκε ή τα λιβάδια και τα κοπάδια μειώθηκαν - πώς αντέδρασαν οι αρχαίοι άνθρωποι; Οστά, πέτρινα εργαλεία και άλλα τεχνουργήματα μπορούν να μας δείξουν πώς έμοιαζαν οι ανθρώποι και πώς συμπεριφέρονταν με την πάροδο του χρόνου. Αλλά όσο δύσκολο κι αν είναι να ανακαλυφθεί ένα κρανίο 300.000 ετών, μπορεί να είναι ακόμα πιο δύσκολο να βρεθούν απτές αποδείξεις που να δείχνουν πώς ήταν πραγματικά τα ενδιαιτήματα που αυτοί οι άνθρωποι αποκαλούσαν σπίτι - ειδικά επειδή η αλλαγή του κλίματος τους έχει αλλάξει δραματικά πολλές φορές.
Τώρα, οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει ένα μοντέλο υπερυπολογιστή του παγκόσμιου κλίματος και των αλλαγών του, που εκτείνονται περίπου δύο εκατομμύρια χρόνια πίσω. Οι ερευνητές συνδύασαν αυτήν την προσομοίωση παλαιοκλίματος με στοιχεία του πραγματικού κόσμου από χιλιάδες αρχαία ανθρώπινα οστά και πέτρινα εργαλεία για να ανακαλύψουν πώς ήταν οι συνθήκες όπου υπήρχαν αρχαίοι άνθρωποι. Στη συνέχεια χαρτογράφησαν την πιθανή κατανομή και τις μετακινήσεις πέντε κύριων ειδών ανθρωπίνων, συμπεριλαμβανομένου του δικού μας - του Homo sapiens - με βάση το πού και πότε υπήρχαν ευνοϊκοί βιότοποι. Περιέργως, τα αποτελέσματα του μοντέλου υποδηλώνουν ότι οι δραματικές περιβαλλοντικές αλλαγές έπαιξαν ρόλο σε σημαντικές εξελικτικές αλλαγές όπως η προέλευση του δικού μας είδους.
Τα τελευταία 25 χρόνια οι επιστήμονες που εξερευνούν την ανθρώπινη προέλευση ενδιαφέρονται ολοένα και περισσότερο για τους τρόπους με τους οποίους η αλλαγή του κλίματος και οι μεταβλητές οικολογικές συνθήκες, όπως η ξηρασία και οι χαμηλές θερμοκρασίες, βοήθησαν στην καθοδήγηση της εξέλιξης. Η ιδέα είναι ότι η ανάγκη επιβίωσης σε μεταβλητά περιβάλλοντα θα ευνοούσε τους ανθρώπους με γενετικές αλλαγές που τους έκαναν πιο προσαρμοστικούς και πιο ικανούς να επιβιώσουν σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών.
Η εξερεύνηση αυτής της θεωρίας μπορεί να είναι προκλητική επειδή συχνά υπάρχουν ελάχιστα στοιχεία για το πώς ακριβώς ήταν το κλίμα ή ένα δεδομένο τοπικό περιβάλλον στις εποχές και τους τόπους που συνέβησαν μεγάλες εξελικτικές αλλαγές. Τα αρχεία για το κλίμα μπορούν να πειραχτούν από πυρήνες πάγου ή ιζήματα των ωκεανών, αλλά τέτοια στοιχεία λείπουν ιδιαίτερα στις τοποθεσίες απολιθωμάτων όπου οι επιστήμονες έχουν βρει αδιάσειστα στοιχεία για στάδια στο εξελικτικό μας ταξίδι. Στην Αφρική, για παράδειγμα, υπάρχουν μόνο λίγα επίγεια αρχεία που εκτείνονται πριν από δύο εκατομμύρια χρόνια.
Ο Άξελ Τίμμερμαν, διευθυντής του IBS Center for Climate Physics στο Πανεπιστήμιο Πούσαν της Νότιας Κορέας, ηγήθηκε μιας ομάδας που χρησιμοποίησε τον υπερυπολογιστή ICCP/IBS Aleph για να προσομοιώσει την ιστορία της παγκόσμιας μεταβλητότητας του κλίματος που εκτείνεται πριν από δύο εκατομμύρια χρόνια. «Το πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι μας επιτρέπει να λαμβάνουμε κλιματικές πληροφορίες παντού στον πλανήτη μας», εξηγεί ο Τίμερμαν, συν-συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε αυτήν την εβδομάδα στο Nature.
Η ελλειπτική τροχιά της Γης γύρω από τον ήλιο αλλάζει ελαφρώς το σχήμα της σε περιόδους 100.000 και 400.000 ετών γνωστές ως κύκλοι Μιλάνκοβιτς. Αυτό, μαζί με τις περιοδικές ταλαντεύσεις της Γης στον άξονά της, αναγκάζουν τα επίπεδα της ηλιακής ακτινοβολίας που λαμβάνουμε να αυξάνονται και να μειώνονται και ο πλανήτης να περνά από περιόδους φυσικής κλιματικής αλλαγής. Αυτές οι μετατοπίσεις συμβαίνουν σε πολύ μεγαλύτερες χρονικές κλίμακες από τη σημερινή κλιματική αλλαγή, στην οποία η ανθρώπινη δραστηριότητα παίζει σημαντικό ρόλο, αλλά με την πάροδο του χρόνου οι εποχές των παγετώνων και οι θερμές εποχές άλλαξαν δραματικά τα ενδιαιτήματα σε όλο τον κόσμο σύμφωνα με τις μηχανορραφίες του αστρονομικού ρολογιού.
Η προσομοίωση κλιματικού μοντέλου έριξε φως στις βασικές συνθήκες που θα χρειάζονταν οι άνθρωποι για να ευδοκιμήσουν, όπως οι βροχοπτώσεις, η θερμοκρασία και τα επίπεδα βλάστησης. Τα αποτελέσματα του μοντέλου διασταυρώθηκαν με υπάρχοντα δεδομένα παλαιοκλίματος από βασικές επιλεγμένες τοποθεσίες -πυρήνες πάγου, ιζήματα ωκεανών και κοιτάσματα σπηλαίων όπως σταλαγμίτες- και βρέθηκε ότι ταίριαζαν καλά, εγγυώντας την ακρίβειά του.
Αντιμετωπίζοντας την πτυχή των οστών και των λίθων της μελέτης, ο Πασκάλ Ράια, του Πανεπιστημίου της Νάπολης, κατασκεύασε μια τεράστια βάση δεδομένων με περισσότερα από 3.200 ανθρώπινα απολιθώματα και αρχαιολογικά αντικείμενα από την Αφρική, την Ευρώπη και την Ασία, που εκτείνονται περίπου δύο εκατομμύρια χρόνια πριν. Αυτό έδειξε στοιχεία για τη γνωστή κατανομή πέντε ειδών (H. erectus, H. heidelbergensis, H. neanderthalensis και H. sapiens και «πρώιμο αφρικανικό Homo», ένα ζεύγος H. ergaster και H. hablis) και όταν ζούσαν σε μια τοποθεσία.
Η σύγκριση της προσομοίωσης του μοντέλου των υπαρχουσών κλιματικών συνθηκών στους χρόνους και τους τόπους όπου βρέθηκαν πραγματικά απολιθώματα, επέτρεψε στην ομάδα να εντοπίσει τους οικοτόπους στους οποίους κάθε είδος ήταν επιτυχημένο. Στη συνέχεια, οι ερευνητές χαρτογράφησαν διάφορα άλλα μέρη, με παρόμοια κλίματα που μπορεί να ζούσαν.
Ορισμένα είδη, ιδιαίτερα παλαιότερες γενεαλογίες όπως το H. ergaster και το H. hablis, υποτέθηκε ότι έζησαν μόνο σε πιο στενό εύρος συνθηκών. Οι H. Sapiens και H. Erectus είχαν την πιο ποικιλόμορφη σουίτα ενδιαιτημάτων, κάτι που ο Τίμμερμαν προτείνει ότι τους σηματοδοτεί ως προσαρμοστικούς γενικούς. Αυτό «μπορεί να τους έδωσε τη δυνατότητα να γίνουν παγκόσμιοι περιπλανώμενοι, φτάνοντας σε απομακρυσμένες περιοχές του πλανήτη μας», σημειώνει.
Ο Μικαέλ Πετράγκλια, διευθυντής του Αυστραλιανού Ερευνητικού Κέντρου για την Ανθρώπινη Εξέλιξη στο Πανεπιστήμιο Γκρίφιθ, λέει ότι οι χάρτες του κατάλληλου οικοτόπου δείχνουν όμορφα την πιθανή εξάπλωση αυτών των ειδών σε νέες περιοχές και σε ένα ευρύτερο φάσμα περιβαλλόντων.
«Αυτό μου υποδηλώνει ότι αυτά τα είδη πιθανότατα ανέπτυξαν μια σειρά πολιτιστικών προσαρμογών, επιτρέποντάς τους να επιβιώσουν, για παράδειγμα σε ψυχρά και άκρως εποχιακά περιβάλλοντα», λέει η Πετράγκλια, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Η φωτιά και η ανάπτυξη πιο εξελιγμένων όπλων για το κυνήγι είναι παραδείγματα πολιτιστικών καινοτομιών που πιθανώς ενίσχυσαν την επιβίωσή τους».
Αλλά η επιβίωση δεν ήταν πάντα εύκολη ή ακόμη και δυνατή. Μεγάλες περιβαλλοντικές πιέσεις, όπως οι ξηρασίες, πιθανότατα συρρίκνωσαν τα μεγέθη του τοπικού πληθυσμού, ειδικά μεταξύ πιο ευάλωτων ειδών λιγότερο προσαρμόσιμων σε διαφορετικούς οικοτόπους. Τέτοια γεγονότα μπορεί να προκάλεσαν τη συρρίκνωση μιας δεδομένης γονιδιακής δεξαμενής σε μέγεθος και ποικιλομορφία καθώς τα μέλη της πέθαιναν. Οι επιζώντες μπορεί να ζούσαν χάρη σε γενετικά πλεονεκτήματα, και αυτά θα γίνονταν πανταχού παρόντα στην ομάδα και θα περνούσαν στους απογόνους. Μερικές από αυτές τις γενετικές αλλαγές μπορεί να ήταν τόσο σημαντικές που αποτελούσαν μέρος της μετάβασης από το ένα αρχαίο ανθρώπινο είδος στο άλλο.
Ο Παλαιοανθρωπολόγος Ρικ Ποτς, διευθυντής του προγράμματος Smithsonian’s Human Origins, σημειώνει ότι η μελέτη βασίζεται σε έργο που εκτείνεται πριν από περισσότερες από δύο δεκαετίες. Ερευνητές, συμπεριλαμβανομένου του Potts, έχουν συγκεντρώσει στοιχεία για τη θεωρία ότι οι οικολογικές αλλαγές που οφείλονται στο κλίμα συνέβαλαν στην ανάπτυξη του ανθρώπου. Το κλειδί σε αυτήν την υπόθεση της «μεταβλητής επιλογής» είναι ότι η οικολογική αστάθεια, λόγω κλιματικών αλλαγών, θα επηρεάσει την εξέλιξη ευνοώντας γενετικά χαρακτηριστικά που έκαναν τους ανθρώπους πιο ευέλικτους και ικανότερους να προσαρμοστούν σε τέτοιες αλλαγές.
«Ωστόσο, η ύπαρξη ενός νέου εργαλείου - της προσομοίωσης 2Ma - για τη δημιουργία ανακατασκευών οικοτόπων που σχετίζονται με την ειδοποίηση και τη διασπορά των ανθρωποειδών είναι πραγματικά θετικό», λέει ο Ποτς, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Μέχρι στιγμής, όταν οι χάρτες κατοίκησης του μοντέλου ελέγχονται με στοιχεία από την αρχαιολογία, την ανθρωπολογία και τη γενετική, τα γενικά περιγράμματα του εξελικτικού μας ταξιδιού συμφωνούν. Οι συγγραφείς χρησιμοποίησαν επίσης τους χάρτες τους για το παλαιοκλίμα για να προτείνουν κάποιες ενδιαφέρουσες λεπτομέρειες.
Χρησιμοποιώντας το μοντέλο, οι συγγραφείς προτείνουν ότι οι νοτιοαφρικανικοί πληθυσμοί του H. Heidelbergensis άντεξαν δύο περιόδους (360.000 έως 415.000 χρόνια πριν και 310.000 έως 340.000 χρόνια πριν) στις οποίες η καταλληλότητα των οικοτόπων τους μειώθηκε σημαντικά. Η επιστροφή των οικοτόπων υψηλής αξίας, από 200.000 έως 310.000 χρόνια πριν, αντιστοιχεί με την εξαφάνιση αυτού του είδους και την εμφάνιση του Homo sapiens. Στοιχεία για αυτή τη μακροχρόνια θεωρία της μετάβασης μπορούν να φανούν στην καταγραφή ολοένα και πιο σύγχρονων κρανίων όπως το Kabwe 1 (300.000 ετών), το Florisbad (260.000 ετών) και το Hereto (170.000 ετών).
Εάν το H. Heidelbergensis ήταν πρόγονος για εμάς, και εμφανίσαμε κατά τη διάρκεια μιας περιόδου ειδογένεσης μεταξύ 200.000 και 300.000 ετών πριν, οι συνθήκες που ευνοούνται και από τα δύο είδη πρέπει να επικαλύπτονταν κατά τη διάρκεια αυτής της εποχής. Αυτό ακριβώς υποδηλώνει το κλιματικό μοντέλο συνέβη στη Νότια Αφρική.
Μια παρόμοια σύγκλιση κατάλληλων οικοτόπων, στην Ευρώπη, υποστηρίζει την υπόθεση ότι μια άλλη μετάβαση ειδών έλαβε χώρα εκεί μεταξύ του ευρωπαϊκού H. heidelbergensis και των Νεάντερταλ πριν από περίπου 400.000 χρόνια.
Οι ερμηνείες του ενδιαιτήματος του μοντέλου ταιριάζουν σε μεγάλο βαθμό με τις υπάρχουσες πτυχές των απολιθωμάτων, των αρχαιολογικών και γονιδιωματικών αρχείων. Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι το μοντέλο είναι ακριβές, αλλά εγείρει επίσης το ενδιαφέρον ερώτημα για το πόσο καλό θα μπορούσε να αποδειχθεί στην πρόβλεψη εντελώς νέων ιδεών. «Θα είναι ένα χρήσιμο εργαλείο πρόβλεψης για νέες υποθέσεις σχετικά με την ανθρώπινη εξελικτική ιστορία τα τελευταία δύο εκατομμύρια χρόνια;», ρωτάει ο Ποτς.
Η μελέτη επίσης δεν σχεδιάστηκε για να παρέχει πληροφορίες σχετικά με το πώς ακριβώς οι μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες που μοντελοποιεί επηρέασαν πραγματικά τις διαδικασίες ανθρώπινης διασποράς και ειδογένεσης. «Η προσομοίωση θα είναι πιο σημαντική εάν οδηγήσει σε νέες υποθέσεις σχετικά με το πώς το κλίμα οδήγησε σε πληθυσμιακή διακύμανση και απόκλιση και επομένως σε ειδογένεση. ή πώς άνοιξαν και έκλεισαν οι διάδρομοι των ενδιαιτημάτων, οδηγώντας έτσι σε προβλέψεις σχετικά με προηγούμενες διασπορές που δεν έχουν ακόμη τεκμηριωθεί στο αρχείο απολιθωμάτων», λέει ο Ποτς.
Σε τελική ανάλυση, δεν είναι τόσο το κλίμα όσο οι οικολογικές συνθήκες σε κάθε δεδομένο μέρος, όπως το είδος της τροφής και του νερού που ήταν διαθέσιμο και η ποικιλία των φυτικών και ζωικών ειδών που υπάρχουν, που καθορίζουν ποιο ανθρώπινο είδος θα μπορούσε να έχει επιζήσει και πώς πρέπει να είχε προσαρμοστεί. χρόνος. Οι μελλοντικές μελέτες που θα χρησιμοποιούν τα κλιματικά μοντέλα θα πρέπει επίσης να εξηγήσουν πόσο πολύπλοκα είναι αυτά τα οικοσυστήματα, για παράδειγμα μελετώντας τις εξελικτικές αλλαγές που μπορεί να παρατηρηθούν σε άλλη πανίδα. Εάν οι αλλαγές στη βροχόπτωση, τη θερμοκρασία και τη φυτική παραγωγή επηρέαζαν τον άνθρωπο, θα είχαν επίσης εξελικτικές επιπτώσεις σε μεγάλα είδη θηλαστικών, για παράδειγμα, των οποίων τα οστά είναι άφθονα σε πολλές τοποθεσίες απολιθωμάτων ανθρωποϊνών. Η διερεύνηση αυτών των ευρύτερων επιπτώσεων στο οικοσύστημα είναι ένα παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο οι υποθέσεις στο κλιματικό μοντέλο θα μπορούσαν να δοκιμαστούν περαιτέρω και ίσως να αποκαλυφθούν νέες ιδέες.
«Τα μοντέλα καταλληλότητας οικοτόπων είναι επομένως ένα ευπρόσδεκτο επιστημονικό εργαλείο, αλλά είναι μόνο μοντέλα», λέει ο Michael Petraglia. «Έχουμε πολλή δουλειά να κάνουμε στο έδαφος, ανακτώντας όχι μόνο απολιθώματα και αρχαιολογία, αλλά αναδημιουργώντας τα περιβάλλοντα στα οποία βρέθηκαν οι ανθρωπίνοι».