Раскрытие секретов 17-миллионолетних зубов обезьян: новые ключи к эволюции человека

Сезонные изменения окружающей среды влияют на все живое, включая эволюцию наших близких родственников — приматов. Некоторые ученые предполагают, что ранние люди и их предки также эволюционировали из-за быстрых изменений в их среде, но физических доказательств этой идеи не хватало.

После более чем десяти лет работы был разработан метод, использующий химический состав и рост зубов для извлечения информации о сезонных режимах осадков из челюстей современных и ископаемых приматов. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Зубы как машины времени окружающей среды

В детстве наши зубы растут микроскопическими слоями, подобно годичным кольцам деревьев. Сезонные изменения, такие как засухи и муссоны, влияют на химию организма, и свидетельства этих изменений записываются в зубах.

Кислородный изотопный состав питьевой воды естественным образом варьируется с температурными и осадочными циклами. Во время теплой или сухой погоды в поверхностных водах накапливается больше тяжелых изотопов кислорода. В прохладные или влажные периоды более распространены легкие изотопы.

Эти временные и климатические записи остаются запертыми в ископаемой зубной эмали, которая может сохранять химическую стабильность миллионы лет. Но слои роста настолько малы, что большинство химических методов не могут их измерить.

Чтобы решить эту проблему, ученые сотрудничали с геохимиком Яном Уильямсом из Австралийского национального университета, который работает на ведущем в мире оборудовании Sensitive High Resolution Ion Microprobe (SHRIMP).

В исследовании были собраны детальные записи формирования зубов и химии эмали из срезов более двух десятков зубов диких приматов из экваториальной Африки. Также были проанализированы два ископаемых моляра необычной крупной человекообразной обезьяны Afropithecus turkanensis, жившей в Кении 17 миллионов лет назад. Разнообразные группы человекообразных обезьян населяли Африку в этот период, примерно за 10 миллионов лет до эволюции наших ранних предков — гоминин.

Погружение в древний африканский ландшафт

Исследование выявило несколько важных аспектов:

• Установлена прямая связь между историческими моделями африканских осадков и химическим составом зубов приматов. Это первая проверка влиятельной идеи в археологии и науках о Земле на диких приматах: зубы могут записывать тонкие детали сезонных изменений окружающей среды.
• Ученые смогли задокументировать ежегодные сезоны дождей в Западной Африке и определить окончание засух в Восточной Африке. Другими словами, можно «увидеть» штормы и сезоны, происходившие в ранней жизни особи.
• Предоставлен самый большой на сегодняшний день рекорд измерений изотопов кислорода у приматов из разнообразных сред Африки, которые могли напоминать среды обитания предков гоминин.
• Удалось реконструировать годовые и полугодовые климатические циклы и выраженную экологическую изменчивость по информации, содержащейся в зубах двух ископаемых обезьян.

Наблюдения подтверждают гипотезу, что Afropithecus развил определенные черты для адаптации к сезонному климату и сложному ландшафту. Например, у него были специализированные зубные признаки для питания твердыми объектами, а также более длительный период роста моляров по сравнению с более ранними обезьянами — это согласуется с идеей, что он потреблял более сезонно разнообразную пищу.

Детальное микроотбор проб показывает, насколько чувствительна химия зубов к мелкомасштабным климатическим вариациям. Предыдущие исследования более 100 ископаемых зубов упускали самую интересную часть изотопного состава кислорода: огромную сезонную изменчивость в ландшафте.

Потенциал для будущих исследований

Этот новый исследовательский подход вместе с данными об ископаемых и современных приматах будет иметь решающее значение для будущих исследований эволюции гоминин, особенно в знаменитой впадине Туркана в Кении.

Например, некоторые исследователи предполагали, что сезонные различия в добывании пищи и использовании каменных орудий помогли гомининам эволюционировать и сосуществовать в Африке. Эту идею было трудно доказать или опровергнуть, отчасти потому, что сезонные климатические процессы было трудно выявить по ископаемым останкам.

Этот подход также можно применить к останкам животных из сельской Австралии, чтобы получить дополнительное представление об исторических климатических условиях, а также о доисторических изменениях окружающей среды, которые сформировали уникальные современные ландшафты Австралии.