Paleoantropologia on antropologian osa-alue, joka tutkii sukupuuttoon kuolleita kädellisiä. Vaikka suurin osa tällaista työtä tekevistä tutkijoista on antropologeja, myös paleontologit (geologian tieteenalalla) voivat tutkia fossiilisia kädellisiä. Paleoantropologien ensisijainen menetelmä on fossiilisten jäännösten analysointi. He tukeutuvat kuitenkin yhä useammin muihin tieteenaloihin saadakseen paremman käsityksen ympäristövoimista, joilla on ollut merkitystä evoluutiossamme, sekä fossiilisen aineiston muodostumisesta. Esimerkiksi geologit tunnistavat sedimentaatio- ja fossilisaatioprosesseja ja ajoittavat fossiileja ja niihin liittyviä sedimenttejä eri tekniikoita käyttäen (ks. DATING TECHNIQUES jäljempänä). Useat eri tieteenalat osallistuvat muinaisten ympäristöjen ja biologisten yhteisöjen rekonstruointiin. Paleontologit tunnistavat muinaisia kasvi- ja eläinfossiileja. Palynologit analysoivat merten ja järvien ydinkerrostumissa olevia hiukkasia sekä maanpäällisissä sedimenteissä olevaa siitepölyä (ks. kuva 1.2) määrittääkseen tietyn alueen vallitsevan kasviston tiettynä ajankohtana. Taphonomit auttavat määrittämään, miten fossiilikokoelmat ovat muodostuneet.
1920-luvulla Raymond Dart esitti, että eteläafrikkalaisista luolista löydetyt varhaiset hominiinit (meidän kaltaisemme kaksijalkaiset kädelliset) olivat asuttaneet näitä luolia. Lisäksi hän tulkitsi joistakin kalloista löytyneet pistohaavat todisteiksi siitä, että nuo hominiinit tekivät ja käyttivät aseita metsästykseen ja mies-uros aggressioon. Taponomi C. K. Brain väitti viime aikoina, että hominiinit joko putosivat halkeamien kautta maanalaisiin luoliin sen jälkeen, kun leopardit olivat kätkeneet ne puihin, tai että jyrsijät, kuten piikkisika, raahasivat niiden luut luoliin jyrsimistä varten. Ymmärrämme nyt, että vaikka nämä heimomme varhaiset jäsenet todennäköisesti käyttivät yksinkertaisia työkaluja, he eivät olleet suurriistanmetsästäjiä tai sodanlietsojia (ks. lisätietoja luvusta 15).
TUTKIMUKSEN HISTORIA
Vaikka paleoantropologia virallisesti tunnustettuna tieteenalana on melko tuore, alkuperäämme liittyvät kysymykset ja uskomukset ulottuvat lajimme varhaisimpiin edustajiin ja mahdollisesti vielä varhaisempaan aikaan. Kaikilla nykyihmisillä, jotka elävät perinteisissä (esim. metsästäjä-keräilijäjoukoissa, heimoissa tai päällikköyhteisöissä) tai valtiotason yhteiskunnissa, on joukko uskomuksia, jotka liittyvät heidän alkuperäänsä. Kaikki tieteen ulkopuolelle jäävät ajatukset ovat kuitenkin osa kulttuurin uskontoa, ja niitä kutsutaan luomismyytteiksi.
Paleoantropologian tieteeseen vaikuttaneet alat ovat geologia, biologia ja arkeologia. Geologit (jopa ne, joita ei tunnustettu sellaisiksi, esim, Charles Darwin) ovat ensisijaisesti vastuussa oivalluksista, joiden mukaan (1) maapallo on muinainen ja se on muodostunut luonnollisten prosessien kautta; (2) maapallo oli alun perin veden peitossa, ja elämä sai alkunsa tuossa ”alkumeressä”; (3) elämä maapallolla sai alkunsa yksinkertaisista muodoista, ja jotkin siitä polveutuvat lajit muuttuivat ajan myötä monimutkaisemmiksi, kuten fossiileista käy ilmi; (4) lajit muuttuvat tai kuolevat sukupuuttoon ympäristön muutosten vaikutuksesta; (5) uudet lajit ovat seurausta siitä, että osa populaatiosta sopeutuu uusiin tai muuttuneisiin ympäristöolosuhteisiin; (6) samat voimat, kuten tulivuorenpurkaukset, jotka toimivat nykyäänkin, ovat ne, jotka muokkasivat maapalloa ja aiheuttivat muutoksia fossiilirekisterissä sukupuuttojen ja lajiutumistapahtumien kautta; ja (7) kerrostumat ja kerrostumat kehittyvät tai erodoituvat jatkuvasti niin, että organismit hautautuvat ja fossiileja tulee vastaavasti esiin. Ajatusta siitä, että samat voimat, jotka toimivat nykyään, ovat ne, jotka muokkasivat maapalloa ja aiheuttivat muutoksia fossiilirekisterissä, kutsutaan uniformitarismiksi. Charles Lyell keksi termin, ja häntä pidetään modernin geologian isänä. Hän vaikutti suuresti Darwiniin ja vaikutti siten osaltaan Darwinin synteettiseen näkemykseen elämän evoluutiosta maapallolla. Geologit käyttävät erilaisia menetelmiä fossiilien tai fossiileja sisältävien sedimenttien ajoittamiseen ja ovat kehittäneet kronologian (eli aikajanan) koko maapallolle sekä kerrostumille alueilla, joilta fossiileja on löydetty.
Biologit ja geneetikot ovat tarkentaneet evoluutioteoriaa luonnollisen valinnan avulla määrittelemällä, miten ominaisuudet periytyvät. Eri tieteenalojen tutkijat ovat luokitelleet maailman tunnetut lajit evoluutiosuhteiden perusteella (ks. myös luku 2).
Arkeologialla on ollut ja on edelleen vahva rooli paleoantropologiassa tutkimalla arkeologista aineistoa eli menneisyyden ihmistoimintaa kulttuurijäänteiden ja antropogeenisten (ihmisen aiheuttamien) ympäristömuutosten kautta. Thomas Jeffersonia on kutsuttu ensimmäiseksi arkeologiksi, koska hänen menetelmänsä olivat tieteellisempiä kuin hänen muinaistutkijakollegoidensa. Antiikintutkijoilla oli taipumus tavoitella ”tavaraa” välittämättä arkeologisen aineiston huolellisesta tulkinnasta. Useimpia pidettäisiin nykystandardien mukaan ryöstäjinä. He veivät kulttuurihistoriallisesti merkittäviä esineitä henkilökohtaisiin tai museokokoelmiin. Joitakin esineitä on palautettu alkuperämaihinsa, mutta vahinko on tapahtunut, kun arkeologista aineistoa on häiritty tai tuhottu. Kun esine on viety pois alueelta, josta se on löydetty, tutkijat eivät voi enää oppia sen asiayhteydestä, esimerkiksi siihen liittyvistä esineistä tai esineen sijainnista maantieteellisessä tilassa ja ajassa.
Arkeologeilla ja geologeilla oli keskeinen rooli sen tunnistamisessa, että ”kivet ja luut” olivat todisteena aikaisemmasta hominiinien toiminnasta. Lisäksi se, että osa luista oli peräisin sukupuuttoon kuolleista eläimistä, tuki ajatusta siitä, että ihminen oli ollut olemassa jo pitkään. Arkeologiset kaivaustutkimusmenetelmät ja analyysit, kuten provenienssi (eli kolmiulotteinen sijainti paikan sisällä) ja artefaktien assosiaatio (eli ihmisen tekemät tai muuttamat kannettavat esineet), auttavat arkeologeja ja paleoantropologeja rekonstruoimaan menneisyyden käyttäytymistä. Aivan kuten taphonomialla on merkitystä määritettäessä, miten fossiiliset kokoelmat ovat syntyneet, se on hyödyllistä myös arkeologisten kokoelmien osalta.
Merriam-Webster Online -verkkopalvelun mukaan termiä ”paleoantropologia” käytettiin ensimmäisen kerran vuonna 1916. Varhaisimpia paleoantropologeja ei kuitenkaan nimitetty sellaisiksi, ja he tulivat erilaisista ammateista, kuten anatomeista ja lääkäreistä. Ensimmäiset hominiinifossiilit, jotka löydettiin, olivat neandertalilaisia 1800-luvulla. Paleoantropologit olivat kuitenkin eri mieltä siitä, olivatko neandertalit ihmisen esi-isiä vai nykyihmisiä. Eugène Dubois oli ensimmäinen henkilö, joka etsi tarkoituksella fossiilista hominiinia. Hän matkusti Aasiaan ainoana tarkoituksenaan löytää todisteita siitä, että ihminen oli kehittynyt siellä, kuten Länsi-Euroopassa vallitsi uskomus. Vuonna 1891 hän löysi kallonpäällyksen (ns. kalotti) ja reisiluun Solojoelta Trinilissä, Jaavalla. Lisää löytöjä Kiinasta ja Jaavalta 1900-luvun alkupuoliskolla tuki aasialaista alkuperäteoriaa, kunnes Raymond Dart ja hänen aikalaisensa Robert Broom alkoivat löytää paljon muinaisempaa materiaalia eteläafrikkalaisista louhoksista ja luolista. Louis ja Mary Leakeyn Itä-Afrikassa tekemät lisälöydöt vakiinnuttivat Afrikan aseman ihmiskunnan syntypaikkana, ja kilpajuoksu ihmisen alkuperän ja esi-isien löytämiseksi alkoi.
PALEOENVIRONMENETELMIEN UUDELLEENRAKENTAMINEN
Monilla eri välineillä voidaan määrittää, millaisessa ympäristössä menneisyyden lajit elivät. Kuten mainittiin, paleontologit voivat käyttää kukka- ja faunianalyysejä ja sitä, mitä he tietävät muinaisista lajeista tai niiden nykyisistä sukulaislajeista, määrittääkseen ympäristötyypin, esimerkiksi vesi-, ruoho- ja/tai metsäeläinlajien esiintymisen. Palynologit tutkivat vesi- ja maakerroksissa (eli kerrostumissa tai sedimenteissä) olevia hiukkasia tehdäkseen samoin ja keskittyen pääasiassa kukka-analyyseihin. Erilaisia isotooppivälineitä, kuten vety-, happi- ja hiiliisotooppien fraktioitumista ja typen isotooppisuhteita, voidaan käyttää tietyn paikan kasvi- ja/tai eläinyhteisöjen luokitteluun. Esimerkiksi kalsiumrikkaita jäännöksiä, kuten munankuoria, luita ja hampaita, voidaan analysoida isotooppisesti sen määrittämiseksi, millaista kasvillisuutta kyseiset eläimet söivät ja millaisessa ympäristössä ne elivät. Luiden ja hampaiden strontiumin ja kalsiumin suhdetta voidaan käyttää määrittämään eläinperäisen ja kasviperäisen aineksen määrää ruokavaliossa. Tämän tekniikan perusteella tutkijat uskovat nyt, että parantropiinit, Itä- ja Etelä-Afrikan hominiiniryhmä, joka ajoittuu pleistoseenin alku- ja keskivaiheille (ks. luku 16), söivät jonkin verran eläinperäistä ainesta. Ei kuitenkaan tiedetä, söivätkö ne hyönteisiä vai suurempia saaliseläimiä.
Lisätietoa edellä mainituista menetelmistä: Henke W, Tattersall I. 2006. Paleoantropologian käsikirja. New York (NY): Springer.
DATING TECHNIQUES
Dating techniques fall into two categories, relative and absolute. Suhteellisissa ajoitustekniikoissa (1) järjestetään kerrostumat järjestykseen suhteessa toisiinsa ajan kuluessa (ks. kuva 1.6) tai (2) käytetään sitä, mitä tiedetään jollakin alueella sijaitsevista kerrostumista, kuten vulkaanisesta tuhkasta tai laavasta, toisen alueen kerrostumien suhteelliseen ajoittamiseen. Jeffersonin ansioksi luetaan superpositiolaki, jonka mukaan kerrokset vanhenevat, kun mennään syvemmälle maan sisään, kunhan kerrostumat eivät ole häiriintyneet ihmisen, eläinten tai geologisen toiminnan vuoksi. Yhdestä kerroksesta löydetyt esineet tai fossiilit ovat siis joko vanhempia tai nuorempia kuin syvemmässä tai matalammassa kerroksessa olevat esineet tai fossiilit. Absoluuttiset ajoitusmenetelmät käyttävät samankaltaisuuksia (1) kasvi- ja eläinkokoelmissa tai (2) kerrostumien sedimentti- ja/tai kemiallisessa koostumuksessa sovittaakseen tuntemattoman iän omaavat kerrostumat tunnetun iän omaaviin kerrostumiin ja/tai järjestääkseen ympäristöjen, eliöiden sekä ilmastollisen ja geologisen toiminnan etenemisen alueiden sisällä tai niiden välillä.
Absoluuttiset tai kronometriset ajoitusmenetelmät tuottavat likimääräisiä päivämääriä vuosina BP (ennen nykyhetkeä) tai BCE (ennen yhteistä aikakautta). BCE ja CE (Common Era) säilyttävät BC/AD-datointijärjestelmän ilman uskonnollista konnotaatiota. Lyhennetty tapa viitata tiettyyn määrään vuosia sitten, erityisesti fossiiliaineistoa tarkasteltaessa, on kya tai mya (tuhansia tai miljoonia vuosia sitten), jolloin kaikki nuo hankalat nollat jäävät pois! Vaikka BP on järkevämpi, koska päivämäärään ei tarvitse lisätä yli 2 000 vuotta, useimmat ihmiset ovat tottuneet BC/AD-järjestelmään, mikä selittää BCE:n yleisen käytön. Tunnetuimpia absoluuttisia ajoitusmenetelmiä ovat radiometriset ajoitusmenetelmät, esimerkiksi hiili-14 (14C). Niitä käytetään mittaamaan radioaktiivisten alkuaineiden puoliintumisaikaa tai korvautumista orgaanisessa tai fossiilisessa materiaalissa tai kerroksissa, joissa niitä esiintyy. Koska nämä menetelmät ovat aikarajoitettuja ja/tai kontekstisidonnaisia, sopivin tekniikka tai sopivimmat tekniikat on valittava useiden parametrien perusteella. Seuraavissa tekniikoissa käytetään radioaktiivista hajoamista ajoitustarkoituksiin:
Hiili-14-datointi (≤60 kya) mittaa orgaanisessa (eli hiiltä sisältävässä) materiaalissa jäljellä olevaa 14C:tä. Koska kasvit käyttävät hiilidioksidia fotosynteesiin, ne sisältävät kaikkia kolmea hiilen isotooppia (12C, 13C ja 14C) suunnilleen samassa suhteessa kuin ilmakehässä. Eläimet syövät kasveja, joten niillä kaikilla on tiettynä ajankohtana suunnilleen sama määrä 14C:tä. Kun ne kuolevat, niihin ei enää kerry hiiltä. Pysyvämmän 12C:n määrää voidaan sitten verrata orgaanisissa jäännöksissä jäljellä olevaan 14C:hen, jolloin voidaan määrittää, milloin ne kuolivat. 14C:n puoliintumisaika on ~5 700 vuotta, eli puolet 14C:stä on kadonnut näytteestä tuossa ajassa.
Uraanisarjadatointi (≤500 kya) tutkii kahden alkuaineen, uraani-234:n ja torium-230:n, suhteellisia pitoisuuksia, jotka ovat tulosta ensin mainitun hajoamisesta jälkimmäiseksi. Sitä käytetään korallien ja simpukoiden kalsiumkarbonaatin ajoittamiseen.
Kalium-Argon- (K/Ar) ja Argon-Argon- (Ar/Ar) -datointi mittaavat kumpikin yhden isotoopin suhdetta toiseen isotooppiin radioaktiivisen hajoamisprosessin kautta, vastaavasti Kalium-40 → Argon-40 ja Argon-40 → Argon-39. Niitä käytetään usein vulkaanisten kerrostumien ajoittamiseen, mutta niitä voidaan käyttää myös muiden maaperän osien, kuten saven, ajoittamiseen. Vaikka molempien menetelmien ikäalueen voidaan ilmoittaa olevan rajaton, K/Ar-dataus ei ole käyttökelpoinen ”nuorille” materiaaleille, koska kaliumin puoliintumisaika on niin pitkä – 1,26 miljardia vuotta.
Muita menetelmiä, jotka myös perustuvat radioaktiivisuuteen, ovat:
Elektronin spin-resonanssi (ESR) (”muutamaan” mya:n ikään asti), jossa tutkitaan niiden elektronien mallia, jotka ovat ”pyörähtäneet” pois alkuperäisestä sijainnistaan mineraaliyhdisteissä (esim, kalsiumyhdisteet), jättäen jälkeensä tyhjiä tiloja ympäristön säteilylle altistumisen seurauksena. Hammaskiille on ESR:n käyttökelpoisin sovellus paleoantropologiassa, mutta ESR:ää voidaan käyttää myös kvartsihiukkasten ajoittamiseen sedimenteissä (Wagner 2006).
Fissiojälkien ajoittaminen (20 mya->10 kya) mittaa mineraaliyhdisteissä olevien ”jälkien” (pistesyöpymisten) lukumäärää, jotka ovat seurausta energiasta, joka vapautuu, kun uraani-238:aa fissioituu spontaanisti ajan myötä. Menetelmää voidaan käyttää erilaisten mineraalien, kuten kiilteen, sekä vulkaanisen (esim. obsidiaani) ja meteoriittisen toiminnan tuotteiden ajoittamiseen (Davis 2009; Wagner 2006).
Thermoluminesenssi (300-1 kya) mittaa radioaktiivisia hajoamishiukkasia mineraaliyhdisteissä. Se on käyttökelpoinen sellaisten yhdisteiden osalta, jotka altistuivat voimakkaalle kuumuudelle (esim. tulivuorenpurkaus) jossakin tunnetussa ajankohdassa, jolloin ”radioaktiivinen kello” nollattiin ja hajoaminen alkoi uudelleen. Termoluminesenssia voidaan käyttää artefaktien (esim. keramiikka) ja piirteiden (esim. tulisija) sekä sedimentaatiotuotteiden (esim., speleothemit, jotka ovat luoliin muodostuvia mineraalikerrostumia) ja vulkaaninen toiminta (esim. tefra, joka on tulivuorenpurkausten sirpaleita) (Davis 2009).
Seuraavat menetelmät eivät nojaudu radioaktiiviseen aktiivisuuteen vaan pikemminkin orgaanisiin prosesseihin:
Dendrokronologia käyttää puun vuosirenkaita fossiilisessa tai hiiltyneessä puuaineksessa ajoittaakseen puun yhteydessä löydettyjä artefakteja tai fossiileja. Puut tuottavat joka vuosi uuden kerroksen kehäkudosta. Kun ilmasto-olosuhteet ovat suotuisat, kudosta kertyy enemmän, jolloin rengas on paksumpi, ja päinvastoin. Puun poikkileikkaus kertoo sen kasvuhistoriasta (ks. kuva 1.8). Jotta dendrokronologiaa voitaisiin käyttää ajoitusmenetelmänä, tietylle alueelle on kuitenkin laadittava kronologia (ajallinen tietue), tässä tapauksessa kartta vuotuisesta kasvunopeudesta ajassa taaksepäin. Eläviä puita ja kuollutta puuta voidaan käyttää, kunhan niiden rengaskuviot ovat päällekkäisiä.
Aminohappojen rasemisaatio (2 mya-2 kya ± 15 %) mittaa aminohapon kahden muodon suhdetta, joista toinen syntyy elävän organismin aikana ja toinen kertyy kuoleman jälkeen. Jos ympäristön lämpötila kuolinhetkellä voidaan arvioida likimääräisesti, näyte voidaan ajoittaa ja päinvastoin (Davis 2009).
Paleomagnetismi (satoja tuhansia-miljoonia vuosia, Fagan 2000) mittaa menneisyydessä tapahtuneita muutoksia maan paleomagneettisissa kentissä, jotka ovat säilyneet joissakin tavallisissa mineraaleissa, joita esiintyy kivissä ja sedimenteissä. Koska tutkijat ovat määritelleet näiden muutosten kronologian, materiaaleille voidaan antaa likimääräiset päivämäärät siitä, milloin ne ovat muodostuneet. Kun paleomagnetismia käytetään arkeologisten materiaalien ajoittamiseen, sitä kutsutaan arkeomagneettiseksi ajoitukseksi.
Obsidiaanin hydratoitumista (100-1 mya) käytetään vulkaanisen lasin eli obsidiaanin ajoittamiseen tutkimalla alkuaineille altistumisen seurauksena tapahtuneen hydratoitumisen määrää. Se on käyttökelpoinen obsidiaaniesineiden sekä jäätikkö- ja tulivuoritoiminnan ajoittamisessa (Davis 2009).
Pinta- tai kosmogeenisten nuklidien altistumisdatointi mittaa aikaa, jonka kivet ovat olleet alttiina alkuaineille. Sitä voidaan käyttää jääkausi-, laava- ja kalliovyöryjen liikkeiden sekä maan ulkopuolisten toimintojen (esim. auringonpurkausten tai meteoriittien) aiheuttamien vaurioiden ajoittamiseen (Davis 2009; Wikipedian avustajat 2015i).