Paleoantropologie, een subdiscipline van de antropologie, is de studie van uitgestorven primaten. Hoewel de meeste onderzoekers die dit soort werk doen antropologen zijn, kunnen paleontologen (binnen de discipline geologie) ook fossiele primaten bestuderen. De belangrijkste methode die paleoantropologen gebruiken is de analyse van fossiele resten. Zij doen echter steeds meer een beroep op andere wetenschappelijke disciplines om een beter inzicht te krijgen in de milieukrachten die een rol hebben gespeeld in onze evolutie, alsook in de vorming van het fossielenbestand. Zo identificeren geologen bijvoorbeeld sedimentatie- en fossilisatieprocessen en dateren zij fossielen en de bijbehorende sedimenten met behulp van een aantal technieken (zie DATERINGSTECHNIEKEN hieronder). Bij de reconstructie van oude milieus en biologische gemeenschappen zijn diverse disciplines betrokken. Paleontologen identificeren fossielen van oude planten- en diersoorten. Palynologen analyseren deeltjes in oceaan- en meerkernen, evenals pollen in terrestrische sedimenten (zie figuur 1.2), om de overheersende flora in een bepaald gebied op een bepaald tijdstip te bepalen. Taphonomen helpen te bepalen hoe fossiele assemblages werden gevormd.
In de jaren 1920 stelde Raymond Dart voor dat vroege hominins (tweevoetige primaten, zoals wij) die in Zuid-Afrikaanse grotten werden gevonden, in die grotten hadden gewoond. Bovendien interpreteerde hij de prikwonden die in sommige schedels werden gevonden als bewijs dat deze hominins wapens maakten en gebruikten voor de jacht en agressie tussen mannen en vrouwen. De taphonoom C.K. Brain betoogde in recentere tijden dat ofwel hominins door spleten in ondergrondse grotten vielen nadat zij door luipaarden in bomen waren opgeslagen, ofwel dat hun botten door knaagdieren, zoals stekelvarkens, naar binnen werden gesleept om te worden aangevreten. We beseffen nu dat deze vroege leden van onze stam waarschijnlijk eenvoudige werktuigen gebruikten, maar dat zij geen jagers op groot wild of oorlogsstokers waren (zie hoofdstuk 15 voor meer informatie).
GESCHIEDENIS VAN DE DISCIPLINE
Weliswaar is paleoantropologie, als formeel erkende wetenschap, vrij recent, maar vragen en overtuigingen met betrekking tot onze oorsprong gaan terug tot de vroegste leden van onze soort en mogelijk zelfs nog eerder. Alle moderne mensen die in traditionele samenlevingen leven (b.v. jager-verzamelaars, stammen of stamhoofden) of samenlevingen op staatsniveau hebben een reeks overtuigingen die met hun oorsprong te maken hebben. Ideeën die buiten het domein van de wetenschap vallen, maken echter deel uit van de religie van een cultuur en worden scheppingsmythen genoemd.
De meest invloedrijke gebieden die hebben bijgedragen aan de wetenschap van de paleoantropologie zijn de geologie, de biologie en de archeologie. Geologen (zelfs zij die niet als zodanig werden erkend, bijv, Charles Darwin) zijn in de eerste plaats verantwoordelijk voor het inzicht dat (1) de aarde oeroud is en door natuurlijke processen is ontstaan; (2) de aarde oorspronkelijk bedekt was met water en dat het leven in die “oerzee” is begonnen; (3) het leven op aarde is ontstaan uit eenvoudige vormen, waarvan sommige afstammende soorten in de loop der tijd complexer zijn geworden, zoals blijkt uit het fossielenbestand; (4) soorten veranderen of sterven uit als reactie op veranderingen in het milieu; (5) nieuwe soorten zijn het resultaat van een deel van een populatie die zich aanpast aan nieuwe of veranderde milieu-omstandigheden; (6) dezelfde krachten, zoals vulkaanuitbarstingen, die vandaag werkzaam zijn, zijn die welke de aarde hebben gevormd en veranderingen in het fossielenbestand hebben veroorzaakt via uitstervingen en soortvorming; en (7) lagen en afzettingen ontwikkelen zich voortdurend of eroderen, zodat organismen worden begraven en fossielen aan het licht komen, respectievelijk. Het idee dat dezelfde krachten die vandaag de dag werkzaam zijn de aarde hebben gevormd en veranderingen in het fossielenbestand hebben veroorzaakt, wordt uniformitarisme genoemd. Charles Lyell bedacht de term en wordt gezien als de vader van de moderne geologie. Hij had een grote invloed op Darwin en droeg zo bij tot Darwins synthetische visie op de evolutie van het leven op aarde. Geologen gebruiken verschillende methoden om fossielen of sedimenten die fossielen bevatten te dateren en hebben een chronologie (d.w.z. een tijdlijn) ontwikkeld voor de aarde als geheel, alsook voor de afzettingslagen in gebieden waar fossielen zijn ontdekt.
Biologen en genetici hebben de evolutietheorie door middel van natuurlijke selectie verfijnd door vast te stellen hoe eigenschappen worden overgeërfd. Wetenschappers uit verschillende disciplines hebben de bekende soorten van de wereld geclassificeerd op basis van evolutionaire verwantschappen (zie ook hoofdstuk 2).
Archeologie speelde en speelt nog steeds een belangrijke rol in de paleoantropologie via de studie van het archeologisch archief, d.w.z. het archief van menselijke activiteit in het verleden via culturele overblijfselen en antropogene (door de mens veroorzaakte) veranderingen in het milieu. Thomas Jefferson wordt wel de eerste archeoloog genoemd, in die zin dat zijn methoden wetenschappelijker waren dan die van zijn collega-antiquaren. Antiquaren hadden de neiging uit te zijn op de “goederen”, zonder zich te bekommeren om een zorgvuldige interpretatie van het archeologisch archief. De meesten zouden volgens de huidige normen als plunderaars worden beschouwd. Zij namen voorwerpen van grote culturele en historische betekenis mee voor persoonlijke of museale collecties. Sommige voorwerpen zijn teruggebracht naar hun land van herkomst, maar de schade is al aangericht wanneer het archeologisch archief wordt verstoord of vernietigd. Wanneer een voorwerp eenmaal is verwijderd uit het gebied waar het werd gevonden, kunnen wetenschappers niet meer leren van de context ervan, bijvoorbeeld van geassocieerde artefacten of de plaats van het artefact in de geografische ruimte en tijd.
Archeologen en geologen speelden een sleutelrol in de erkenning dat “stenen en beenderen” bewijs waren van vroegere activiteiten van de hominine. Bovendien ondersteunde het feit dat sommige botten van uitgestorven dieren afkomstig waren, het idee dat de mens er al lang was. Archeologische opgravingsmethoden en analyses, zoals de herkomst (d.w.z. de driedimensionale locatie binnen een vindplaats) en de associatie van artefacten (d.w.z. draagbare, door mensen gemaakte of veranderde voorwerpen), helpen archeologen en paleoantropologen bij het reconstrueren van gedragingen in het verleden. Net zoals taphonomie een rol speelt bij het bepalen hoe fossiele assemblages tot stand zijn gekomen, is het ook nuttig voor archeologische assemblages.
Volgens Merriam-Webster Online vond het eerste bekende gebruik van de term “paleoantropologie” plaats in 1916. De vroegste paleoantropologen werden echter niet als zodanig aangeduid en kwamen uit verschillende beroepen, zoals anatoom en arts. De eerste fossielen van hominidae die werden ontdekt, waren de neandertalers in de jaren 1800. Paleoantropologen waren het er echter niet over eens of de neandertalers voorouders van de mens waren dan wel moderne mensen waren. Eugène Dubois was de eerste persoon die opzettelijk op zoek ging naar een fossiele hominine. Hij ging naar Azië met als enig doel bewijs te vinden dat de mens daar was geëvolueerd, zoals de heersende overtuiging in West-Europa was. In 1891 ontdekte hij een schedelkap (bekend als calotte) en een dijbeen op de Solorivier in Trinil, Java. Meer ontdekkingen in China en Java in de eerste helft van de 20e eeuw ondersteunden de Aziatische oorsprongstheorie totdat Raymond Dart en zijn tijdgenoot Robert Broom veel ouder materiaal begonnen te ontdekken in Zuid-Afrikaanse groeven en grotten. Verdere ontdekkingen door Louis en Mary Leakey in Oost-Afrika bevestigden Afrika als de geboorteplaats van de mensheid, en de wedloop om de oorsprong en de voorouders van de mens te vinden was begonnen.
HERSTRUCTUREREN VAN PALEOENVIRONMENTEN
Er kunnen verschillende hulpmiddelen worden gebruikt om het type omgeving te bepalen waarin vroegere soorten leefden. Zoals reeds vermeld, kunnen paleontologen aan de hand van florale en faunale analyses en hun kennis over oude soorten of hun nog levende verwanten, het omgevingstype bepalen, bijvoorbeeld de aanwezigheid van water-, grasland- en/of bosbewonende soorten. Palynologen onderzoeken deeltjes in aquatische en terrestrische lagen (d.w.z. lagen of sedimenten) om hetzelfde te doen, waarbij zij zich vooral richten op florale analyses. Een verscheidenheid van isotopische instrumenten kan worden gebruikt om florale en/of faunale gemeenschappen op een bepaalde plaats te categoriseren, zoals waterstof-, zuurstof- en koolstofisotopenfractionering en stikstofisotopenverhoudingen. Zo kunnen bijvoorbeeld calciumrijke overblijfselen zoals eierschalen, beenderen en tanden isotopisch worden geanalyseerd om te bepalen welke soorten vegetatie deze dieren hebben gegeten en dus in welk type omgeving zij leefden. De verhouding strontium-calcium in botten en tanden kan worden gebruikt om de hoeveelheid dierlijk versus plantaardig materiaal in het dieet te bepalen. Op basis van deze techniek geloven wetenschappers nu dat de paranthropijnen, een groep hominins in Oost- en Zuid-Afrika uit het vroege tot midden-Pleistoceen (zie hoofdstuk 16), wat dierlijk materiaal aten. Het is echter niet bekend of zij insecten of grotere prooien aten.
Voor meer informatie over de bovengenoemde methoden, raadpleeg Henke W, Tattersall I. 2006. Handbook of paleoanthropology. New York (NY): Springer.
DATERINGSTECHNIEKEN
Dateringstechnieken vallen uiteen in twee categorieën, relatieve en absolute. Relatieve dateringstechnieken (1) rangschikken lagen ten opzichte van elkaar in de tijd (zie figuur 1.6) of (2) gebruiken wat bekend is over afzettingen in een bepaald gebied, zoals vulkanische as of lava, om afzettingen in een ander gebied relatief te dateren. Jefferson wordt gecrediteerd met de Wet van Superpositie, die stelt dat naarmate je dieper in de aarde gaat, de lagen ouder worden, zolang de lagen niet zijn verstoord door menselijke, dierlijke of geologische activiteit. Artefacten of fossielen die in de ene laag worden gevonden zijn dus ouder of jonger dan die in een diepere of ondiepere laag, respectievelijk. Absolute dateringstechnieken maken gebruik van overeenkomsten in (1) assemblages van bloemen en fauna of (2) sedimentaire en/of chemische samenstelling van afzettingen om afzettingen van onbekende ouderdom te vergelijken met die van bekende ouderdom en/of de progressie van milieus, organismen, en klimatologische en geologische activiteit binnen of tussen regio’s te ordenen.
Absolute of chronometrische dateringstechnieken leveren benaderende data op in jaren BP (voor het heden) of BCE (voor de Common Era). BCE en CE (Common Era) behouden het BC/AD-systeem van datering zonder de religieuze connotatie. Een verkorte manier om naar een bepaald aantal jaren geleden te verwijzen, vooral wanneer men het fossielenbestand bekijkt, is kya of mya (respectievelijk duizenden of miljoenen jaren geleden), waardoor al die onhandige nullen wegvallen! Hoewel BP logischer is in die zin dat je geen 2000+ jaar bij de datum hoeft op te tellen, zijn de meeste mensen gewend aan het BC/AD systeem, wat het veelgebruikte gebruik van BCE verklaart. De bekendste absolute dateringstechnieken zijn radiometrische dateringsmethoden, bijvoorbeeld koolstof-14 (14C). Zij worden gebruikt om de halveringstijd of de vervanging te meten van radioactieve elementen in organisch of fossiel materiaal of in de lagen waarin deze worden aangetroffen. Aangezien deze methoden tijdsgebonden en/of contextspecifiek zijn, moet(en) de meest geschikte techniek(en) worden gekozen op basis van een reeks parameters. De volgende technieken maken gebruik van radioactief verval voor dateringsdoeleinden:
Koolstof-14 datering (≤60 kya) meet de resterende 14C in organisch materiaal (d.w.z. koolstofhoudend). Aangezien planten kooldioxide gebruiken voor fotosynthese, bevatten zij alle drie isotopen van koolstof (12C, 13C, en 14C) in de verhoudingen die bij benadering aanwezig zijn in de atmosfeer. Dieren eten planten en zullen dus op een bepaald moment allemaal ongeveer dezelfde hoeveelheid 14C hebben. Zodra zij sterven, accumuleren zij niet langer koolstof. Het niveau van de stabielere 12C kan dan worden vergeleken met de resterende 14C in organische resten om te bepalen wanneer zij zijn gestorven. De halveringstijd van 14C is ~5.700 jaar, dat wil zeggen dat de helft van de 14C in een specimen in die hoeveelheid tijd verloren zal zijn gegaan.
Uraniumreeks-datering (≤500 kya) onderzoekt de relatieve niveaus van twee elementen, Uranium-234 en Thorium-230, die het resultaat zijn van het verval van het eerste element in het tweede. Het wordt gebruikt om calciumcarbonaat in koraal en schelpen te dateren.
Kalium-Argon (K/Ar) en Argon-Argon (Ar/Ar) datering meten beide de verhouding van de ene isotoop tot de andere via het proces van radioactief verval, respectievelijk Kalium-40 → Argon-40 en Argon-40 → Argon-39. Ze worden vaak gebruikt om vulkanische lagen te dateren, maar kunnen ook worden gebruikt voor andere bodemcomponenten, zoals klei. Hoewel het leeftijdsbereik voor beide methoden als onbeperkt kan worden gerapporteerd, is K/Ar-datering niet bruikbaar voor “jonge” materialen omdat de halveringstijd van kalium zo lang is-1,26 miljard jaar.
Andere methoden die ook op radioactiviteit berusten zijn:
Electronspinresonantie (ESR) (tot “enkele” mya) onderzoekt het patroon van elektronen die van hun oorspronkelijke plaats zijn “gesponnen” in minerale verbindingen (b.v, calciumverbindingen), waardoor lege ruimtes zijn achtergebleven, als gevolg van blootstelling aan omgevingsstraling. Tandglazuur is de nuttigste toepassing van ESR in de paleoantropologie, maar ESR kan ook worden gebruikt om kwartsdeeltjes in sedimenten te dateren (Wagner 2006).
Splijtingssporendatering (20 mya->10 kya) meet het aantal “sporen” (pitting) in minerale verbindingen die het gevolg zijn van de energie die vrijkomt wanneer Uranium-238 in de loop van de tijd spontaan splijt. Deze methode kan worden gebruikt om een verscheidenheid aan mineralen te dateren, zoals mica, alsook producten van vulkanische (bv. obsidiaan) en meteorische activiteiten (Davis 2009; Wagner 2006).
Thermoluminescentie (300-1 kya) meet radioactieve vervaldeeltjes in minerale verbindingen. Dit is nuttig voor verbindingen die op een bekend tijdstip aan intense hitte werden blootgesteld (bv. bij een vulkaanuitbarsting), toen de “radioactieve klok” op nul werd gezet en het verval opnieuw begon. Thermoluminescentie kan worden gebruikt om artefacten (b.v. keramiek) en kenmerken (b.v. haarden) te dateren, evenals producten van sedimentatie (b.v.Dit zijn minerale afzettingen die zich in grotten vormen) en vulkanische activiteiten (bijv. tefra, fragmenten van vulkaanuitbarstingen) (Davis 2009).
De volgende methoden berusten niet op radioactieve activiteit maar op organische processen:
Dendrochronologie gebruikt boomringen in fossiel of verkoold hout om artefacten of fossielen te dateren die in samenhang met het hout worden gevonden. Elk jaar produceren bomen een nieuwe laag perifeer weefsel. Wanneer de klimatologische omstandigheden gunstig zijn, wordt meer weefsel afgezet en ontstaat een dikkere ring, en omgekeerd. Een dwarsdoorsnede van de boom vertelt de geschiedenis van zijn groei (zie figuur 1.8). Om dendrochronologie echter als dateringsmethode te kunnen gebruiken, moet voor een bepaald gebied een chronologie (tijdsregistratie) worden opgebouwd, in dit geval een kaart van de jaarlijkse groeisnelheid terug in de tijd. Levende bomen en dood hout kunnen worden gebruikt zolang de ringpatronen maar overlappen.
Amino acid racemization (2 mya-2 kya ± 15%) meet de verhouding van twee vormen van een aminozuur, één geproduceerd terwijl een organisme leeft en de accumulatie van een tweede vorm na de dood. Als de omgevingstemperatuur op het tijdstip van overlijden kan worden benaderd, kan het specimen worden gedateerd en omgekeerd (Davis 2009).
Paleomagnetisme (honderdduizenden-miljoenen jaren, Fagan 2000) meet veranderingen in het verleden in de paleomagnetische velden van de aarde die bewaard zijn gebleven in sommige veelvoorkomende mineralen die in rotsen en sedimenten worden aangetroffen. Aangezien wetenschappers een chronologie van deze veranderingen hebben vastgesteld, kunnen de materialen bij benadering worden gedateerd op het tijdstip waarop zij zijn gevormd. Wanneer paleomagnetisme wordt gebruikt om archeologisch materiaal te dateren, wordt dit archeomagnetische datering genoemd.
Obsidiaanhydratie (100-1 mya) wordt gebruikt om vulkanisch glas, obsidiaan, te dateren door de hoeveelheid hydratie te onderzoeken die is opgetreden als gevolg van blootstelling aan de elementen. Dit is nuttig voor het dateren van obsidiaanartefacten en van glaciale en vulkanische activiteiten (Davis 2009).
Blootstellingsdatering van oppervlakte of Cosmogene Nucliden meet de tijd dat gesteenten aan de elementen zijn blootgesteld. Het kan worden gebruikt om glaciale, lava, en rotsverschuivingen en schade door buitenaardse activiteiten (bijv. zonnevlammen of meteorieten) te dateren (Davis 2009; Wikipedia contributors 2015i).