Wpływ klimatu na migracje w Afryce

Zielony Korytarz przez Saharę powstał dokładnie w okresie migracji naszych pierwszych przodków z Afryki. To właśnie wykazały nowe badania Uniwersytet w Aarhus.

Około 6 milionów lat temu w głębokich lasach Afryki Wschodniej wydarzyło się coś niesamowitego. Szympansy, nasi najbliżsi krewni w królestwie zwierząt, ewoluowali w jednym kierunku, podczas gdy nasi pierwsi przodkowie podążali w innym.

W ciągu następnych milionów lat różnice między wczesnymi ludźmi a szympansami stawały się coraz większe. Nasi przodkowie zeszli z drzew i zaczęli chodzić wyprostowani, uwalniając w ten sposób ręce do obsługi narzędzi.

To był początek ewolucji, która zakończyła się podbiciem większości Ziemi przez ludzi.

Około 2,1 miliona lat temu pierwsi ludzie – Homo erectus – wyemigrowali z Afryki. Podróż przebiegała przez północno-wschodnią Afrykę i Bliski Wschód – obszary obecnie pokryte głównie pustynią – a następnie dotarła do Europy i Azji.

Czarna kropka na Morzu Śródziemnym pokazuje, gdzie gromadzą się osady. Na to miejsce trafia materiał lądowy z północno-wschodniej Afryki, na który wpłynęły afrykańskie okresy mokre, które zmieniły krajobraz i roślinność. Źródło: Komunikacja dotycząca przyrody, ziemi i środowiska

Przez długi czas badacze spekulowali, w jaki sposób Homo erectus był w stanie przedostać się przez suchą i surową pustynię, gdzie nie było pożywienia, wody ani cienia.

Nowe badania przeprowadzone na Uniwersytecie w Aarhus sugerują obecnie, że Homo erectus mógł nie przechodzić przez Saharę, opuszczając Afrykę, wyjaśnia Rachel Lupyan, jedna z badaczek odpowiedzialnych za nowe odkrycia.

„Wiemy, że na Saharze są częste okresy, w których klimat zmienia się. Nazywamy to zjawisko „zieloną pustynią” lub „afrykańskimi okresami wilgotnymi”. W okresie zielonym pustynia dramatycznie się kurczy i przekształca się w krajobraz przypominający sawannę, który naszym zdaniem wiemy dzisiaj w Afryce Wschodniej.”

„Nasze wyniki pokazują, że Sahara, szczególnie w czasie migracji pierwszego Homo erectus, była bardziej zielona niż kiedykolwiek w ciągu 4,5 miliona lat, które badaliśmy. Zatem prawdopodobnie mogli oni przejść zielonym korytarzem z Afryki.

Gatunek, który podbił świat

Pierwsi ludzie z Klasyfikować Homo erectus pojawił się ponad dwa miliony lat temu w Afryce Wschodniej.

Homo erectus był pierwszym homininem, który nauczył się rzeźbić topory w kamieniu. Możliwe, że te topory były używane jako broń do powalania ofiar i odcinania mięsa od kości. Być może byli także pierwszymi, którzy nauczyli się kontrolować ogień.

Homo erectus był nieco niższy niż współczesny człowiek, ale bardziej umięśniony. Mieli szersze biodra i wydłużoną czaszkę. Ponadto mieli znacznie mniejszy mózg – około połowę mniejszy od naszego.

Przez ponad 1,5 miliona lat Homo erectus żył i rozprzestrzeniał się po dużej części świata. Od Afryki po Europę, przez Azję i przez Cieśninę Malakka po wiele indonezyjskich wysp. To sprawia, że ​​Homo erectus jest najdłużej żyjącym gatunkiem ludzkim. Nasz gatunek, Homo sapiens, wyewoluował około 300 000 lat temu.

źródło: Muzeum Historii Naturalnej

Dno morskie odsłania klimat przeszłości

Sahara, jaką znamy dzisiaj, przechodzi okres suszy. Czas trwania tego okresu jest różny, ale mniej więcej co 20 tysięcy lat kontynent przechodzi pełny cykl z okresem deszczowym i suchym. Rachel Lupyan nazywa te okresy deszczowe „afrykańskimi okresami mokrymi”.

„Stopień wilgotności zielonych okresów mokrych jest różny. W rzeczywistości występują także dwa inne cykle. Jeden trwa 100 000 lat, a drugi 400 000 lat. W ciągu 100 000 lat okresy deszczowe będą się zmieniać i staną się bardziej wilgotne lub bardziej suche niż normalne.” To samo dotyczy okresów trwających 400 000 lat” – mówi Rachel Lupyan.

Ale skąd właściwie wiemy, jaki był klimat w Afryce kilkaset tysięcy lat temu?

Wyjaśnia, że ​​dno morskie może nam wiele powiedzieć i właśnie z tego powodu wiemy dużo o klimacie przeszłości.

„Korzystając z próbek rdzenia z Morza Śródziemnego, możemy zobaczyć, jaki był klimat miliony lat temu. Na dnie morskim tworzą się warstwy osadów, a małe cząsteczki w tych warstwach mogą nam trochę powiedzieć o tym, jaki był klimat w przeszłość.

Pomoc z substancji, które sprawiają, że liście stają się błyszczące

Z biegiem czasu na dnie morskim tworzą się nowe warstwy z materiału nawiewanego z Afryki Północnej i wyłaniającego się nad morzem, gdzie powoli opada. Zakopane dno morskie stanowi zatem rodzaj zapisu, który może nam powiedzieć, jaki był klimat w przeszłości.

W warstwach znajduje się zestaw biomarkerów przechowujących informacje o klimacie przeszłości. Jednym z tych znaków jest seria cząsteczek używanych przez rośliny do ochrony swoich liści. Nazywa się go również woskiem liściastym, wyjaśnia Rachel Lupyan.

„Wosk nadaje liściom drzew, krzewów i traw powłokę, która nadaje im połysk. Kiedy rośliny obumierają, większość części roślin rozkłada się bardzo szybko, a cząsteczki wosku mogą przetrwać przez długi czas. Dlatego często w osadach znajdujemy takie cząstki, które mają miliony lat.

To skład chemiczny cząsteczek wosku może nam powiedzieć coś o klimacie, kiedy utworzyła się warstwa. Na przykład cząsteczki wodoru w wosku mogą nam powiedzieć coś o tym, jak często pada deszcz.

„Woda zawiera wodór, więc możemy go wykorzystać do podążania za obiegiem wody. Woda na Ziemi zawiera zarówno zwykły wodór, jak i ciężki wodór (deuter). Kiedy mocno pada deszcz, rośliny są w stanie wchłonąć stosunkowo mniej ciężkiego wodoru, natomiast gdy „pogoda jest suche, pochłaniają więcej.”

Węgiel zawiera ważną wiedzę

Rachel Lupyan i jej współpracownicy mogą to zobaczyć na podstawie ilości ciężkiego wodoru obecnego w wosku liściowym, gdy pada dużo deszczu i kiedy wysycha. Jednak wodór nie mówi nam nic o tym, które rośliny rozwijały się w wilgotnym klimacie.

Wyjaśnia jednak, że atomy węgla w wosku liściowym właśnie to robią.

„Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa rodzaje roślin. Nazywamy je również roślinami C3 i C4” – kontynuuje.

„Około 90 procent wszystkich roślin to rośliny C3. Rosną w większości części świata, z wyjątkiem obszarów suchych i bardzo gorących. Z drugiej strony rośliny C4 specjalizują się w przetrwaniu na obszarach, gdzie rzadko pada deszcz, a temperatura jest wysoka .”

Ponieważ rośliny C3 i C4 wytwarzają wosk z liści o różnej zawartości ciężkiego węgla, badacze mogą je rozróżnić w próbkach. W ten sposób mogli „odczytać”, jaki rodzaj roślin był wówczas najbardziej rozpowszechniony.

„W czasie migracji Homo erectus z Afryki znajdujemy w próbkach więcej C3 niż w jakimkolwiek innym wilgotnym okresie w ciągu ostatnich 4,5 miliona lat. To pokazuje, że bardziej wilgotny klimat zmienił części regionu z pustyni na łąki i sawannę .”

Trzy rodzaje fotosyntezy

W królestwie roślin istnieją ogólnie trzy różne sposoby działania Fotosynteza. Istnieją fabryki C3 i C4 – jest też trzeci typ zwany fabrykami CAM.

90% wszystkich roślin to rośliny C3, 6% to rośliny CAM i tylko od 3 do 4% to rośliny C4. Jednak nie w Afryce, gdzie na dużych użytkach zielonych występuje znacznie większy odsetek roślin C4.

Różnica między roślinami wynika z ich różnych strategii adaptacyjnych, gdy wilgotność powietrza i gleby jest ograniczona.

Kiedy robi się zbyt sucho, rośliny C3 zamykają w liściach maleńkie aparaty szparkowe, których wykorzystują do pochłaniania dwutlenku węgla. Przy zamkniętych otworach roślina nie może przeprowadzać fotosyntezy i zaczyna spalać swoje rezerwy węgla, wydychając jednocześnie wodę i dwutlenek węgla. Jeśli ten stan będzie się utrzymywał przez dłuższy czas, roślina umrze.

Z drugiej strony rośliny C4 są w stanie przeprowadzać fotosyntezę nawet wtedy, gdy są suche. Mimo że ich aparaty szparkowe są zamknięte, nadal przekształcają dwutlenek węgla w energię. Mogą to zrobić za pomocą cząsteczki zawierającej cztery atomy węgla, co nazywa się typem roślinnym. Instalacje CAM stosują trzecią metodę i radzą sobie z suchszymi obszarami.

Przykładami roślin C3 są pszenica, owies, ryż i słonecznik. Dobrze znanymi roślinami C4 są kukurydza, trzcina cukrowa i amarantus, natomiast sukulenty, kaktusy i ananasy to rośliny CAM.

źródło: Khan academy, Słownik biologii I Lex.dk

Najbardziej zielony od 2,1 miliona lat

Zielone okresy w Afryce, podobnie jak epoki lodowcowe na północnych szerokościach geograficznych, spowodowane są niewielkimi różnicami w orbicie Ziemi wokół Słońca. Geolodzy nazywają te zmiany cyklami Milankovitcha.

Rachel Lupyan wyjaśnia, że ​​szczególnie dwie z tych różnic odgrywają ważną rolę, gdy na pustyni opady są większe.

„Ziemia oscyluje nieznacznie na swojej orbicie wokół Słońca. To właśnie te oscylacje powodują wahania klimatu co 21 000 lat, co powoduje afrykański okres wilgotny”.

„Inną przyczyną wahań jest kołowość orbity Ziemi wokół Słońca. W niektórych okresach orbita jest bardziej eliptyczna, a w innych bardziej zaokrąglona. Powoduje to wahania pomiędzy 100 000 a 400 000 lat.

Sahara osiągnęła swój najbardziej zielony szczyt około 2,1 miliona lat temu. W tym przypadku prawdopodobnie zbiegło się kilka cykli, aby stworzyć takie środowisko. Zbiega się to z migracją Homo erectus. Doszła do wniosku, że klimat prawdopodobnie ułatwił tę migrację.

Odniesienie: „Zmiany tropikalne o niskiej częstotliwości kontrolują cykle klimatyczne i ekologiczne, amplitudy i trendy w północno-wschodniej Afryce w okresie plio-plejstocenu” autorstwa Rachel Lupyan, Kevin Ono, Cassondra Rose, Nicole DeRoberts, Cole Hazan, Peter De Menocal i Pratigya Polisar , 9 października 2023, Komunikacja o Ziemi i Środowisku.
doi: 10.1038/s43247-023-01034-7