Die Paläoanthropologie, eine Unterdisziplin der Anthropologie, ist das Studium ausgestorbener Primaten. Die meisten Forscher, die sich mit dieser Art von Arbeit befassen, sind Anthropologen, aber auch Paläontologen (im Rahmen der Geologie) können fossile Primaten untersuchen. Die Hauptmethode der Paläoanthropologen ist die Analyse fossiler Überreste. Sie stützen sich jedoch zunehmend auf andere wissenschaftliche Disziplinen, um ein besseres Verständnis der Umweltkräfte zu erlangen, die bei unserer Evolution und der Entstehung der Fossilien eine Rolle gespielt haben. So ermitteln Geologen beispielsweise Sedimentations- und Fossilisationsprozesse und datieren Fossilien und die dazugehörigen Sedimente mit Hilfe verschiedener Techniken (siehe Datierungstechniken unten). Verschiedene Disziplinen tragen dazu bei, alte Umgebungen und Lebensgemeinschaften zu rekonstruieren. Paläontologen identifizieren alte Pflanzen- und Tierfossilien. Palynologen analysieren Partikel in Meeres- und Seebohrkernen sowie Pollen in terrestrischen Sedimenten (siehe Abbildung 1.2), um die vorherrschende Flora in einem bestimmten Gebiet zu einer bestimmten Zeit zu bestimmen. Taphonomen helfen bei der Bestimmung, wie fossile Ansammlungen entstanden sind.
In den 1920er Jahren schlug Raymond Dart vor, dass frühe Homininen (zweibeinige Primaten, wie wir), die in südafrikanischen Höhlen gefunden wurden, diese Höhlen bewohnt hatten. Außerdem deutete er die in einigen Schädeln gefundenen Einstichwunden als Beweis dafür, dass diese Homininen Waffen für die Jagd und die Aggression zwischen Männern herstellten und benutzten. Der Taphonom C. K. Brain vertrat in jüngerer Zeit die Ansicht, dass die Homininen entweder durch Risse in unterirdische Höhlen fielen, nachdem sie von Leoparden in Bäumen versteckt worden waren, oder dass ihre Knochen von Nagetieren, wie z. B. Stachelschweinen, zum Abnagen hineingeschleppt wurden. Wir wissen jetzt, dass diese frühen Mitglieder unseres Stammes zwar wahrscheinlich einfache Werkzeuge benutzten, aber keine Großwildjäger oder Kriegstreiber waren (siehe Kapitel 15 für weitere Informationen).
GESCHICHTE DER DISZIPLIN
Während die Paläoanthropologie als formal anerkannte Wissenschaft relativ jung ist, reichen Fragen und Überzeugungen in Bezug auf unsere Ursprünge zurück bis zu den frühesten Mitgliedern unserer Spezies und möglicherweise sogar noch früher. Alle modernen Menschen, die in traditionellen (z. B. Jäger- und Sammlergruppen, Stämmen oder Häuptlingstümern) oder staatlichen Gesellschaften leben, haben eine Reihe von Überzeugungen in Bezug auf ihre Herkunft. Alle Vorstellungen, die nicht in den Bereich der Wissenschaft fallen, sind jedoch Teil der Religion einer Kultur und werden als Schöpfungsmythen bezeichnet.
Die einflussreichsten Bereiche, die zur Wissenschaft der Paläoanthropologie beigetragen haben, sind Geologie, Biologie und Archäologie. Geologen (auch solche, die nicht als solche erkannt wurden, z.B., Charles Darwin) sind in erster Linie für die Erkenntnisse verantwortlich, dass (1) die Erde uralt ist und sich durch natürliche Prozesse gebildet hat; (2) die Erde ursprünglich mit Wasser bedeckt war und das Leben in diesem „Urmeer“ begann; (3) das Leben auf der Erde aus einfachen Formen entstand, wobei einige Nachkommen im Laufe der Zeit komplexer wurden, wie aus den Fossilien hervorgeht; (4) sich die Arten als Reaktion auf Umweltveränderungen verändern oder aussterben; (5) neue Arten sind das Ergebnis der Anpassung eines Teils einer Population an neue oder veränderte Umweltbedingungen; (6) dieselben Kräfte, wie z. B. Vulkanausbrüche, die heute wirken, haben auch die Erde geformt und Veränderungen im Fossilbericht durch Aussterben und Artbildung verursacht; und (7) Schichten und Ablagerungen entwickeln sich ständig weiter oder erodieren, so dass Organismen begraben werden bzw. Fossilien ans Tageslicht kommen. Die Vorstellung, dass dieselben Kräfte, die heute wirken, auch die Erde geformt und Veränderungen im Fossilienbestand verursacht haben, wird als Uniformitarismus bezeichnet. Charles Lyell prägte diesen Begriff und gilt als Vater der modernen Geologie. Er hatte großen Einfluss auf Darwin und trug somit zu Darwins synthetischer Sichtweise der Evolution des Lebens auf der Erde bei. Geologen verwenden verschiedene Methoden zur Datierung von Fossilien oder fossilhaltigen Sedimenten und haben eine Chronologie (d. h. einen Zeitstrahl) für die Erde als Ganzes sowie für Ablagerungsschichten in Gebieten, in denen Fossilien gefunden wurden, entwickelt.
Biologen und Genetiker haben die Evolutionstheorie durch natürliche Auslese verfeinert, indem sie feststellten, wie Merkmale vererbt werden. Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen haben die bekannten Arten der Welt auf der Grundlage evolutionärer Beziehungen klassifiziert (siehe auch Kapitel 2).
Die Archäologie spielte und spielt weiterhin eine wichtige Rolle in der Paläoanthropologie durch das Studium der archäologischen Aufzeichnungen, d.h. der Aufzeichnung vergangener menschlicher Aktivitäten durch kulturelle Überreste und anthropogene (vom Menschen verursachte) Veränderungen der Umwelt. Thomas Jefferson wird als der erste Archäologe bezeichnet, da seine Methoden wissenschaftlicher waren als die seiner Kollegen aus der Altertumsforschung. Antiquare neigten dazu, hinter den „Gütern“ her zu sein, ohne sich um eine sorgfältige Interpretation der archäologischen Aufzeichnungen zu kümmern. Die meisten von ihnen würden nach heutigen Maßstäben als Plünderer gelten. Sie nahmen Gegenstände von großer kultureller und historischer Bedeutung für ihre persönlichen oder musealen Sammlungen mit. Einige Gegenstände wurden in ihre Herkunftsländer zurückgebracht, aber der Schaden ist groß, wenn die archäologischen Aufzeichnungen gestört oder zerstört werden. Sobald ein Gegenstand aus dem Gebiet, in dem er gefunden wurde, entfernt wurde, können die Wissenschaftler nichts mehr aus seinem Kontext lernen, z. B. aus den zugehörigen Artefakten oder dem Standort des Artefakts in Raum und Zeit.
Archäologen und Geologen spielten eine Schlüsselrolle bei der Erkenntnis, dass „Steine und Knochen“ Beweise für frühere Aktivitäten der Homininen waren. Die Tatsache, dass einige der Knochen von ausgestorbenen Tieren stammten, untermauerte die Vorstellung, dass es den Menschen schon lange gegeben hatte. Archäologische Ausgrabungs- und Analysemethoden wie die Provenienz (d. h. die dreidimensionale Lage innerhalb einer Stätte) und die Assoziation von Artefakten (d. h. tragbare, von Menschenhand geschaffene oder veränderte Objekte) helfen Archäologen und Paläoanthropologen, vergangenes Verhalten zu rekonstruieren. So wie die Taphonomie eine Rolle bei der Bestimmung der Entstehung von Fossilien spielt, ist sie auch für archäologische Funde von Nutzen.
Nach Angaben von Merriam-Webster Online wurde der Begriff „Paläoanthropologie“ erstmals 1916 verwendet. Die ersten Paläoanthropologen wurden jedoch nicht als solche bezeichnet und stammten aus einer Vielzahl von Berufen, wie Anatomen und Ärzten. Die ersten Homininfossilien, die entdeckt wurden, waren die Neandertaler in den 1800er Jahren. Die Paläoanthropologen waren sich jedoch uneinig darüber, ob die Neandertaler Vorfahren des Menschen oder moderne Menschen waren. Eugène Dubois war der erste Mensch, der gezielt nach einem fossilen Hominin suchte. Er reiste nach Asien mit dem einzigen Ziel, Beweise dafür zu finden, dass sich der Mensch dort entwickelt hat, wie es in Westeuropa die vorherrschende Meinung war. Im Jahr 1891 entdeckte er am Solo-Fluss in Trinil, Java, eine Schädeldecke (Kalotte) und einen Oberschenkelknochen. Weitere Entdeckungen in China und Java in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts stützten die Theorie der asiatischen Herkunft, bis Raymond Dart und sein Zeitgenosse Robert Broom in südafrikanischen Steinbrüchen und Höhlen auf viel älteres Material stießen. Weitere Entdeckungen von Louis und Mary Leakey in Ostafrika zementierten Afrika als Geburtsort der Menschheit, und das Rennen um die Suche nach den menschlichen Ursprüngen und Vorfahren war eröffnet.
REKONSTRUKTION VON PALEOENVIRONMENTEN
Eine Vielzahl von Instrumenten kann verwendet werden, um die Art der Umgebung zu bestimmen, in der frühere Arten lebten. Wie bereits erwähnt, können Paläontologen anhand von Analysen der Flora und Fauna und ihres Wissens über alte Arten oder ihre heutigen Verwandten die Art der Umwelt bestimmen, z. B. das Vorhandensein von Arten, die im Wasser, auf Wiesen oder in Wäldern leben. Palynologen untersuchen Partikel in aquatischen und terrestrischen Schichten (d. h. Schichten oder Sedimente), um dasselbe zu tun, wobei sie sich in erster Linie auf florale Analysen konzentrieren. Zur Kategorisierung von Pflanzen- und/oder Tiergemeinschaften an einem bestimmten Standort können verschiedene Isotopenverfahren eingesetzt werden, wie z. B. die Wasserstoff-, Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopenfraktionierung und das Stickstoffisotopenverhältnis. So können zum Beispiel kalziumreiche Überreste wie Eierschalen, Knochen und Zähne isotopisch analysiert werden, um festzustellen, welche Art von Vegetation diese Tiere verzehrt haben, und damit auch, in welcher Art von Umgebung sie gelebt haben. Anhand des Strontium-Kalzium-Verhältnisses in Knochen und Zähnen lässt sich der Anteil tierischer und pflanzlicher Stoffe in der Nahrung bestimmen. Auf der Grundlage dieser Technik glauben die Wissenschaftler heute, dass die Paranthropinen, eine Gruppe von Homininen in Ost- und Südafrika aus dem frühen bis mittleren Pleistozän (siehe Kapitel 16), etwas Tierisches aßen. Es ist jedoch nicht bekannt, ob sie Insekten oder größere Beutetiere verzehrten.
Weitere Informationen zu den oben genannten Methoden finden Sie in Henke W, Tattersall I. 2006. Handbook of paleoanthropology. New York (NY): Springer.
DATIERUNGSTECHNIKEN
Die Datierungstechniken lassen sich in zwei Kategorien einteilen: relativ und absolut. Relative Datierungstechniken (1) ordnen Schichten relativ zueinander im Laufe der Zeit an (siehe Abbildung 1.6) oder (2) verwenden das, was über Ablagerungen in einem Gebiet bekannt ist, wie z. B. vulkanische Asche oder Lava, um Ablagerungen in einem anderen Gebiet relativ zu datieren. Jefferson wird das Gesetz der Überlagerung zugeschrieben, das besagt, dass die Schichten älter werden, je tiefer man in die Erde vordringt, solange sie nicht durch menschliche, tierische oder geologische Aktivitäten gestört wurden. Daher sind Artefakte oder Fossilien, die in einer Schicht gefunden werden, entweder älter oder jünger als diejenigen in einer tieferen oder flacheren Schicht. Absolute Datierungstechniken nutzen Ähnlichkeiten in (1) der Flora und Fauna oder (2) der sedimentären und/oder chemischen Zusammensetzung von Ablagerungen, um Ablagerungen unbekannten Alters mit Ablagerungen bekannten Alters abzugleichen und/oder die Entwicklung der Umwelt, der Organismen und der klimatischen und geologischen Aktivitäten innerhalb von oder zwischen Regionen zu ordnen.
Absolute oder chronometrische Datierungstechniken liefern ungefähre Daten in Jahren BP (vor der Gegenwart) oder BCE (vor dem Gemeinsamen Zeitalter). BCE und CE (Common Era) behalten das BC/AD-System der Datierung ohne die religiöse Konnotation bei. Eine abgekürzte Art, sich auf eine bestimmte Anzahl von Jahren zu beziehen, vor allem wenn man die Fossilienaufzeichnungen betrachtet, ist kya oder mya (vor Tausenden bzw. Millionen von Jahren), wodurch all diese unschönen Nullen wegfallen! BP ist zwar sinnvoller, da man nicht 2.000+ Jahre zum Datum addieren muss, aber die meisten Menschen sind an das BC/AD-System gewöhnt, was die häufige Verwendung von BCE erklärt. Die bekanntesten absoluten Datierungstechniken sind radiometrische Datierungsmethoden, z. B. Kohlenstoff-14 (14C). Mit ihnen wird die Halbwertszeit oder der Austausch radioaktiver Elemente in organischem oder fossilem Material oder in den Schichten, in denen sie sich befinden, gemessen. Da diese Methoden zeitlich begrenzt und/oder kontextspezifisch sind, muss die am besten geeignete(n) Technik(en) auf der Grundlage einer Vielzahl von Parametern ausgewählt werden. Die folgenden Techniken nutzen den radioaktiven Zerfall für Datierungszwecke:
Die Kohlenstoff-14-Datierung (≤60 kya) misst das verbleibende 14C in organischem (d. h. kohlenstoffhaltigem) Material. Da Pflanzen Kohlendioxid für die Photosynthese verwenden, enthalten sie alle drei Kohlenstoffisotope (12C, 13C und 14C) in den ungefähren Verhältnissen, wie sie in der Atmosphäre vorkommen. Tiere fressen Pflanzen und haben daher zu einem bestimmten Zeitpunkt alle ungefähr die gleiche Menge an 14C. Sobald sie sterben, akkumulieren sie keinen Kohlenstoff mehr. Die Menge des stabileren 12C kann dann mit dem verbleibenden 14C in organischen Überresten verglichen werden, um festzustellen, wann sie gestorben sind. Die Halbwertszeit von 14C beträgt ~5.700 Jahre, d. h. die Hälfte des 14C ist in dieser Zeit in einer Probe verloren gegangen.
Die Uranreihen-Datierung (≤500 kya) untersucht die relativen Mengen zweier Elemente, Uran-234 und Thorium-230, die sich aus dem Zerfall von Uran in Thorium ergeben. Sie wird zur Datierung von Kalziumkarbonat in Korallen und Muscheln verwendet.
Die Kalium-Argon-Datierung (K/Ar) und die Argon-Argon-Datierung (Ar/Ar) messen beide das Verhältnis eines Isotops zu einem anderen durch den Prozess des radioaktiven Zerfalls, Kalium-40 → Argon-40 bzw. Argon-40 → Argon-39. Sie werden häufig zur Datierung vulkanischer Schichten verwendet, können aber auch bei anderen Bodenbestandteilen wie Ton eingesetzt werden. Während der Altersbereich für beide Methoden als unbegrenzt angegeben werden kann, ist die K/Ar-Datierung für „junge“ Materialien nicht nützlich, da die Halbwertszeit von Kalium so lang ist – 1,26 Milliarden Jahre.
Andere Methoden, die sich ebenfalls auf Radioaktivität stützen, sind:
Elektronenspinresonanz (ESR) (bis zu „einigen“ mya) untersucht das Muster von Elektronen, die aus ihrer ursprünglichen Position in mineralischen Verbindungen „herausgesponnen“ sind (z. B., Kalziumverbindungen) aus ihrer ursprünglichen Position herausgedreht wurden und Leerräume hinterlassen haben, die durch die Einwirkung von Umweltstrahlung entstanden sind. Zahnschmelz ist die nützlichste Anwendung der ESR in der Paläoanthropologie, aber ESR kann auch zur Datierung von Quarzpartikeln in Sedimenten verwendet werden (Wagner 2006).
Die Spaltspurendatierung (20 mya->10 kya) misst die Anzahl der „Spuren“ (Lochfraß) in mineralischen Verbindungen, die durch die Energie entstehen, die bei der spontanen Spaltung von Uran-238 im Laufe der Zeit frei wird. Diese Methode kann zur Datierung einer Vielzahl von Mineralien, wie z. B. Glimmer, sowie von Produkten vulkanischer (z. B. Obsidian) und meteorischer Aktivitäten verwendet werden (Davis 2009; Wagner 2006).
Thermolumineszenz (300-1 kya) misst radioaktive Zerfallsteilchen in Mineralverbindungen. Sie ist nützlich für Verbindungen, die zu einem bekannten Zeitpunkt intensiver Hitze ausgesetzt waren (z. B. bei einem Vulkanausbruch), als die „radioaktive Uhr“ auf Null gestellt wurde und der Zerfall von Neuem begann. Die Thermolumineszenz kann zur Datierung von Artefakten (z. B. Keramik) und Befunden (z. B. Feuerstellen) sowie von Sedimentationsprodukten (z. B.
Die folgenden Methoden beruhen nicht auf radioaktiver Aktivität, sondern auf organischen Prozessen:
Die Dendrochronologie verwendet Baumringe in fossilem oder verkohltem Holz, um Artefakte oder Fossilien zu datieren, die in Verbindung mit dem Holz gefunden wurden. Jedes Jahr produzieren die Bäume eine neue Schicht von peripherem Gewebe. Wenn die klimatischen Bedingungen günstig sind, wird mehr Gewebe abgelagert und ein dickerer Ring entsteht, und umgekehrt. Ein Querschnitt des Baumes erzählt die Geschichte seines Wachstums (siehe Abbildung 1.8). Um die Dendrochronologie als Datierungsmethode nutzen zu können, muss jedoch eine Chronologie (zeitliche Aufzeichnung) für eine bestimmte Region erstellt werden, in diesem Fall eine Karte der jährlichen Wachstumsrate im Laufe der Zeit. Lebende Bäume und Totholz können verwendet werden, solange sich die Ringmuster zwischen ihnen überschneiden.
Aminosäure-Razemisierung (2 mya-2 kya ± 15%) misst das Verhältnis von zwei Formen einer Aminosäure, von denen eine zu Lebzeiten eines Organismus gebildet wird und die zweite Form nach dem Tod entsteht. Wenn die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt des Todes annähernd bestimmt werden kann, kann das Exemplar datiert werden und umgekehrt (Davis 2009).
Paläomagnetismus (Hunderttausende bis Millionen von Jahren, Fagan 2000) misst vergangene Veränderungen in den paläomagnetischen Feldern der Erde, die in einigen häufig vorkommenden Mineralien in Felsen und Sedimenten erhalten sind. Da die Wissenschaftler eine Chronologie dieser Veränderungen erstellt haben, kann man den Materialien ungefähre Daten über ihre Entstehung geben. Wenn der Paläomagnetismus zur Datierung archäologischer Materialien verwendet wird, spricht man von archäomagnetischer Datierung.
Die Hydratation von Obsidian (100-1 mya) wird zur Datierung von vulkanischem Glas, d. h. von Obsidian, verwendet, indem der Grad der Hydratation untersucht wird, der durch die Einwirkung der Elemente eingetreten ist. Sie ist nützlich für die Datierung von Obsidian-Artefakten sowie von glazialen und vulkanischen Aktivitäten (Davis 2009).
Die Oberflächen- oder kosmogene Nuklid-Expositionsdatierung misst die Zeit, in der das Gestein den Elementen ausgesetzt war. Sie kann zur Datierung von Gletscher-, Lava- und Bergsturzbewegungen sowie von Schäden durch extraterrestrische Aktivitäten (z. B. Sonneneruptionen oder Meteoriten) verwendet werden (Davis 2009; Wikipedia 2015i).