Гипотеза саванны возвращается…

На карте Восточной Африки показаны красными кружками участки, где брались пробы современных почв; желтые треугольники – палеоантропологические местонахождения, подвергшиеся анализу. Иллюстрация к обсуждаемой статье.

Хронологическая схема соотношения стабильных изотопов в палео-почвах: долина реки Аваш (слева) и область Омо-Туркана (справа). В центре схематическая родословная гоминид (также отображены «археологические инновации»). По вертикали – миллионы лет. На каждой из двух схем слева направо (столбцы): Лес – Лесистая местность – Олесенная степь – Степь. Иллюстрация к обсуждаемой статье.

Авторы свежей статьи в Nature приводят новые убедительные (?) данные в пользу старой доброй гипотезы.

Полагают, что LCA (Last Common Anсestor, последний общий предок человека и шимпанзе) был полу-древесным существом и обитал в лесах.  5-8 миллионов лет назад произошло глобальное похолодание; в результате во много раз сократились территории, занятые лесами. Согласно гипотезе саванны, именно тогда древнейшие гоминидыГоминиды в "классическом" смысле - семейство прямоходящих приматов, включающее людей и их ископаемых предшественников. были вынуждены «слезть с дерева» и перейти к наземной жизни на открытых пространствах. Тут и пришлось начать ходить на двух. Кроме того, изменился рацион, да и вообще весь образ жизни, перестроилась терморегуляция, повысилась выносливость и т.д. и т.п.…

Впервые гипотезу саванны сформулировал в 1925 году Раймонд Дарт, описавший Австралопитека африканского. С тех пор эта гипотеза пережила различные метаморфозы; однако в последнее время, как уже сказано выше, была не в чести…

Связано это во многом с серией публикаций, посвященных Ардипитеку рамидусу, вышедших в журнале Science в конце 2009 года.  Авторы описания  нового вида детальнейшим образом реконструировали ландшафты, в которых обитал Ардипитек. По их данным выходило, что ардипитеки жили в достаточно закрытых местообитаниях, с большим количеством деревьев и зарослей…  Являясь при этом уже  вполне прямоходящими существами, ардипитеки и не думали перебираться в саванны.

Заметим, что эти выводы команды Т.Уайта уже подвергались сомнениям.

Авторы нового исследования решили выяснить, как менялся характер растительности в экосистемах Восточной Африки в течение  последних 6-7 миллионов лет. В качестве источника информации в очередной раз выступили стабильные изотопы углерода, содержащиеся в почве. Если вкратце, исследователи изучили связь между содержанием изотопов углерода в почвах и степенью «лесистости» в тропических широтах. А затем использовали эти данные, чтобы оценить площадь лесного покрова в местообитаниях древних гоминид.

Не так давно мы уже писали о том, как данные о стабильных изотопах углерода используются в палеоантропологических исследованиях (речь шла об изучении диеты парантропов).

Напомним, что у растений существуют два разных типа фотосинтеза - т.н. С₃- и C₄-тип. С₃- и С₄-растения отличаются соотношением содержащихся в них изотопов углерода ¹²С и¹³С.   В частности, деревья и кустарники – для которых характерен  C₃-фотосинтез – накапливают больше изотопов углерода ¹²С, чем травянистые растения саванн (для которых типичен С₄-фотосинтез). Соответственно, различается соотношение ¹³C/¹²C в почвах, на которых эти растения произрастают. Поэтому по содержанию стабильных изотопов углерода в почве (в том числе, в древней почве) можно определить, какого рода местность здесь когда-то была – лесистая или открытая.

Конечно, не всё так просто.

Ведь трава растет и в лесу, а деревья встречаются и на равнинах. На изобилие травянистых растений в лесистой местности влияют влажность, температура и т.д.. Авторы исследования постарались учесть все основные факторы. С этой целью были проанализированы сведения о содержании ¹²C и ¹³C  в 76 поверхностных горизонтах Кении, Эфиопии, Малайзии, Ботсваны, Замбии, Австралии и Бразилии. Исследователи специально выбрали «девственные», не тронутые (или почти не тронутые) человеком участки национальных парков в разных частях Света.

Изучив весь этот массив данных, авторы разработали метод, позволяющий на основании сведений о стабильных изотопах в почве  определять количество покрытой деревьями площади в практически любых тропических экосистемах.  Подробно этот метод определения доли лесного покрова (fraction of woody cover – f_wc ) описан в приложении к статье.

Затем авторы применили разработанную методику к 1300 образцам древних почв из палеоантропологических местонахождений в Восточной Африке - в Эфиопии и Кении. Были выбраны наиболее важные местонахождения, относящиеся к долине  реки Аваш (Арамис, Хадар, Гона, Дикика) и области Омо-Туркана (Кооби-Фора, Начукуи, Канапои и т.д.).  Эти местонахождения охватывают период от 7.4 млн. лет назад до современности; здесь найдены многочисленные останки гоминид, относящихся к разным этапам эволюции человека. Авторы постарались реконструировать изменения экологии в этих областях в течение всего рассмотренного периода.

В статье, помимо прочего, даются точные определения «лесу», «лесистой местности», «степи» и т.п.:

Лес (Forest) - непрерывный массив деревьев по крайней мере 10 м высотой, с перекрывающимися кронами, с лесным покровом более 80% площади.

Лесистая местность (Woodland) – открытый массив деревьев не менее 8 м высотой с лесным покровом более 40% площади….

Облесенная степь (Wooded grassland) – земля, покрытая травой и др. растениями, с лесным покровом от 10% до 40% площади.

Степь (Grassland): земля, покрытая травой и др. растениями, с лесным покровом менее 10%.

Результаты исследования

В целом: для более чем 70% образцов древней почвы доля лесного покрова составляет менее 40%  (т.е. более 70% - это степи и облесенные степи). А доля лесов крайне мала, менее 1%!

Более детальная картина такова:

• Поздний миоцен – ранний плиоцен (7.4 - 4.4 млн л. н. - время существования ранних гоминид):  в Восточной Африке преобладает относительно редкий лесной покров; доминируют открытые ландшафты. Что самое интересное: местность Арамис (то самое местонахождение, где обнаружили Арди – знаменитый скелет ардипитека!) характеризуется степями и облесенными степями.
• Средний плиоцен – увеличение площади, покрытой лесами (происходит в районе 3,6 млн. лет назад; как раз в это время по Эфиопии гуляют афарские австралопитеки). Для основной части почв характерно  40–60% лесного покрова. Вот так. Увеличение лесистости совпадает с окончательным переходом гоминид к прямохождению.
• Переход от плиоцена к плейстоцену – в это время леса снова отступают.  В течение плейстоцена доля открытых пространств достигает максимума (примерно 1.8 млн. л.н.). Это событие, правда, происходит в разных областях не одновременно: например, лесистая местность в долине Омо сохраняется дольше, чем в области Туркана. После 1.9 млн. л.н. ландшафты, покрытые деревьями более чем на  50%, практически исчезают. Всё это связано, видимо, с глобальными и региональными климатическими изменениями. В долине реки Аваш лесистые ландшафты отсутствуют весь плейстоцен; ряд важных местонахождений показывает менее 10% лесного покрова. Как раз на фоне всего этого появляется род Homo; растет мозг, зубы уменьшаются, ноги удлиняются и т.д.

Резюме авторов статьи

Тропические саванны были представлены в Восточной Африке (в местообитаниях гоминид) в течение всех последних 6 миллионов лет; при этом преобладали всё-таки облесенные саванны, а не совсем открытые. Температура поверхности почвы на открытых пространствах была существенно выше, чем в близлежащих лесистых местностях (разница до 25 градусов).  Вероятно, такой перепад температур при перемещении из леса в степь  явился причиной определенных физиологических и поведенческих адаптаций у ранних гоминид.

Полученные данные не противоречат классической гипотезе о том, что переход к прямохождению (а также и иные эволюционные новшества) связаны с выходом ранних гоминид  из лесов в саванны Африки. По крайней мере, для двух чрезвычайно важных восточноафриканских областей это так.

Повторим интересный вывод (который не фигурирует в популярных пресс-релизах, появившихся в СМИ): согласно результатам исследования, оба вида ардипитеков – рамидус и кадабба – обитали в более открытых ландафтах, чем их потомки - австралопитеки, для которых характерны более лесистые ландшафты как в области Ома-Туркана, так и в долине реки Аваш.

Крайне любопытно, что ответит на эту публикацию первооткрыватель ардипитека Тим Уайт, который ранее по подобному поводу писал, цитирую:

«В нашей работе мы представили весь соответствующий физический и биологический материал, включая структурную геологию, геохронологию, седиментологию, геохимию почвы, палеофлору, тафономию, земных беспозвоночных, мелких млекопитающих и птиц. Мы также провели детальный анализ останков крупных млекопитающих, так же как их экоморфологию, диету, и  изотопный состав зубной эмали, в том числе непосредственно для Ardipithecus…

Мы заключили, что экологические условия в Арамисе представляли собой мозаику, безусловно, включавшую и саванну,  ОДНАКО среда обитания Ардипитека была сосредоточена именно в лесистой местности».

Источник:

• Thure E. Cerling et al. Woody cover and hominin environments in the past 6million years. Nature, Vol. 476, 4 August 2011. http://www.nature.com/nature/journal/v476/n7358/full/nature10306.html

См. также:

• Тим Уайт отстоял Арди
• Как возникло прямохождение?