Paleoantropologia, subdyscyplina antropologii, zajmuje się badaniem wymarłych ssaków naczelnych. Podczas gdy większość naukowców wykonujących tego typu prace to antropolodzy, paleontolodzy (w ramach dyscypliny geologii) mogą również badać kopalne naczelne. Podstawową metodą stosowaną przez paleoantropologów jest analiza szczątków kopalnych. Jednak coraz częściej opierają się oni na innych dyscyplinach naukowych, aby lepiej zrozumieć siły środowiskowe, które odegrały rolę w naszej ewolucji, a także w powstawaniu zapisu kopalnego. Na przykład, geolodzy identyfikują procesy sedymentacji i skamieniałości oraz datują skamieniałości i związane z nimi osady przy użyciu różnych technik (patrz TECHNIKI DATOWANIA poniżej). W pomoc w rekonstrukcji dawnych środowisk i społeczności biologicznych zaangażowane są różne dyscypliny. Paleontolodzy identyfikują starożytne skamieniałości roślinne i faunistyczne. Palinolodzy analizują cząsteczki w rdzeniach oceanicznych i jeziornych, a także pyłki w osadach lądowych (patrz Rysunek 1.2), by określić dominującą florę na danym obszarze w określonym czasie. Taponomiści pomagają ustalić, jak powstawały zespoły skamieniałości.
W latach dwudziestych XX wieku Raymond Dart zaproponował, że wczesne homininy (dwunożne naczelne, takie jak my) znalezione w południowoafrykańskich jaskiniach zamieszkiwały te jaskinie. Ponadto zinterpretował rany kłute znalezione w niektórych czaszkach jako dowód na to, że te homininy robiły i używały broni do polowań i agresji męsko-męskiej. Taphonomista C.K. Brain dowodził w nowszych czasach, że albo homininy wpadły przez szczeliny do podziemnych jaskiń po tym, jak zostały ukryte na drzewach przez lamparty, albo ich kości zostały wciągnięte przez gryzonie, takie jak jeżozwierze, do gryzienia. Teraz zdajemy sobie sprawę, że podczas gdy ci pierwsi członkowie naszego plemienia prawdopodobnie używali prostych narzędzi, nie byli łowcami wielkiej zwierzyny ani podżegaczami wojennymi (więcej informacji na ten temat znajduje się w Rozdziale 15).
HISTORIA DYSCYPLINY
While paleoantropologia, jako formalnie uznana nauka, jest dość nowa, pytania i przekonania związane z naszym pochodzeniem sięgają najwcześniejszych członków naszego gatunku, a być może nawet wcześniej. Wszyscy współcześni ludzie żyjący w tradycyjnych (np. zespoły łowiecko-zbierackie, plemiona, lub chiefdoms) lub państwowych społeczeństwach mają zestaw przekonań związanych z ich pochodzenia. Jednak wszelkie pomysły, które wykraczają poza sferę nauki są częścią religii kultury i są określane jako mity stworzenia.
Najbardziej wpływowe pola, które przyczyniły się do nauki paleoantropologii są geologii, biologii i archeologii. Geolodzy (nawet ci, którzy nie zostali uznani za takich, np, Charles Darwin) są przede wszystkim odpowiedzialni za uświadomienie sobie, że (1) Ziemia jest starożytna i powstała w wyniku naturalnych procesów; (2) Ziemia była pierwotnie pokryta wodą, a życie zaczęło się w „pierwotnym morzu”; (3) życie na Ziemi powstało z prostych form, a niektóre gatunki potomne z czasem stały się bardziej złożone, co widać w zapisie kopalnym; (4) gatunki zmieniają się lub wymierają w odpowiedzi na zmiany środowiskowe; (5) nowe gatunki są wynikiem przystosowania się części populacji do nowych lub zmienionych warunków środowiskowych; (6) te same siły, takie jak wybuchy wulkanów, które działają obecnie, ukształtowały Ziemię i spowodowały zmiany w zapisie kopalnym poprzez wymieranie i specjację; oraz (7) warstwy i osady nieustannie rozwijają się lub erodują, dzięki czemu organizmy są zakopywane, a skamieniałości wydobywane na światło dzienne. Idea, że te same siły, które działają dzisiaj, są tymi, które ukształtowały Ziemię i spowodowały zmiany w zapisie kopalnym, jest określana mianem uniformitaryzmu. Charles Lyell ukuł ten termin i jest uznawany za ojca nowoczesnej geologii. Wywarł on duży wpływ na Darwina i w ten sposób przyczynił się do jego syntetycznego poglądu na ewolucję życia na Ziemi. Geolodzy używają różnych metod do datowania skamieniałości lub osadów zawierających skamieniałości i opracowali chronologię (tj. oś czasu) dla Ziemi jako całości, a także warstwy depozycyjne w obszarach, w których odkryto skamieniałości.
Biolodzy i genetycy udoskonalili teorię ewolucji za pomocą doboru naturalnego, określając, w jaki sposób cechy są dziedziczone. Naukowcy z różnych dyscyplin sklasyfikowali znane gatunki świata w oparciu o relacje ewolucyjne (patrz też Rozdział 2).
Archeologia odgrywała i nadal odgrywa silną rolę w paleoantropologii poprzez badanie zapisu archeologicznego, czyli zapisu przeszłej działalności człowieka poprzez pozostałości kulturowe i antropogeniczne (wywołane przez człowieka) zmiany w środowisku. Thomas Jefferson jest określany mianem pierwszego archeologa, ponieważ jego metody były bardziej naukowe niż metody jego kolegów antykwariuszy. Antykwariusze mieli tendencję do pogoni za „towarem”, nie zwracając uwagi na staranną interpretację zapisu archeologicznego. Większość z nich według dzisiejszych standardów zostałaby uznana za grabieżców. Zabierali oni przedmioty o wielkim znaczeniu kulturowym i historycznym do kolekcji osobistych lub muzealnych. Niektóre przedmioty zostały zwrócone do krajów, z których pochodzą, ale szkoda została wyrządzona w momencie naruszenia lub zniszczenia zapisu archeologicznego. Gdy przedmiot został usunięty z obszaru, na którym został znaleziony, naukowcy nie mogą już uczyć się z jego kontekstu, na przykład z powiązanych artefaktów lub lokalizacji artefaktu w przestrzeni geograficznej i czasie.
Archeolodzy i geolodzy odegrali kluczową rolę w uznaniu, że „kamienie i kości” były dowodem wcześniejszej działalności homininów. Ponadto fakt, że niektóre z kości pochodziły od wymarłych zwierząt wspierał ideę, że ludzie byli na świecie od dawna. Archeologiczne metody wykopalisk i analizy, takie jak proweniencja (tj. trójwymiarowa lokalizacja w obrębie stanowiska) i asocjacja artefaktów (tj. przenośnych przedmiotów wykonanych lub zmienionych przez człowieka), pomagają archeologom i paleoantropologom w rekonstrukcji zachowań w przeszłości. Podobnie jak taponomia odgrywa rolę w określaniu, w jaki sposób powstały zespoły skamielin, jest ona również przydatna w przypadku zespołów archeologicznych.
Według Merriam-Webster Online, pierwsze znane użycie terminu „paleoantropologia” nastąpiło w 1916 roku. Jednak najwcześniejsze paleoantropologów nie były oznakowane jako takie i pochodziły z różnych zawodów, takich jak anatomów i lekarzy. Pierwszymi odkrytymi skamieniałościami homininów były neandertale w 1800 roku. Jednak paleoantropolodzy nie zgadzali się co do tego, czy neandertalczycy byli przodkami ludzi, czy też byli ludźmi współczesnymi. Eugène Dubois był pierwszą osobą, która celowo poszukiwała kopalnych homininów. Udał się do Azji wyłącznie w celu znalezienia dowodów na to, że ludzie wyewoluowali właśnie tam, jak uważano w Europie Zachodniej. W 1891 roku odkrył czaszkę (znaną jako calotte) i kość udową nad rzeką Solo w Trinil na Jawie. Kolejne odkrycia w Chinach i na Jawie w pierwszej połowie XX wieku wspierały teorię azjatyckiego pochodzenia, dopóki Raymond Dart i współczesny mu Robert Broom nie zaczęli odkrywać znacznie bardziej starożytnego materiału w południowoafrykańskich kamieniołomach i jaskiniach. Dalsze odkrycia Louisa i Mary Leakey w Afryce Wschodniej scementowały Afrykę jako miejsce narodzin ludzkości, a wyścig w poszukiwaniu ludzkich początków i przodków był na.
REKONSTRUKCJA PALEOENVIRONMENTÓW
Do określenia typu środowiska, jakie zajmowały minione gatunki, można użyć różnych narzędzi. Jak wspomniano, paleontolodzy mogą wykorzystać analizy florystyczne i faunistyczne oraz to, co wiedzą o dawnych gatunkach lub ich wymarłych krewnych, by określić typ środowiska, na przykład obecność gatunków żyjących w wodzie, na łąkach i/lub w lasach. Palinolodzy badają cząstki w warstwach wodnych i lądowych (tj. warstwach lub osadach), aby zrobić to samo, skupiając się głównie na analizach florystycznych. Do kategoryzacji zbiorowisk roślinnych i/lub zwierzęcych w danym miejscu można wykorzystać różne narzędzia izotopowe, takie jak frakcjonowanie izotopów wodoru, tlenu i węgla oraz stosunki izotopowe azotu. Na przykład, bogate w wapń szczątki, takie jak skorupki jaj, kości i zęby mogą być analizowane izotopowo w celu określenia rodzaju roślinności, którą spożywały zwierzęta, a tym samym rodzaju środowiska, w którym żyły. Stosunek strontu do wapnia w kościach i zębach może być użyty do określenia ilości materii zwierzęcej i roślinnej w diecie. Na podstawie tej techniki naukowcy uważają obecnie, że parantropy, grupa homininów ze wschodniej i południowej Afryki, datowana na wczesny i środkowy plejstocen (zob. rozdział 16), jadła pewne ilości materii zwierzęcej. Nie wiadomo jednak, czy spożywały one owady, czy większe ofiary.
Więcej informacji na temat wspomnianych metod można znaleźć w Henke W, Tattersall I. 2006. Handbook of paleoanthropology. New York (NY): Springer.
TECHNIKI DATOWANIA
Techniki datowania dzielą się na dwie kategorie, względne i bezwzględne. Względne techniki datowania (1) porządkują warstwy względem siebie w czasie (patrz Rysunek 1.6) lub (2) wykorzystują to, co wiadomo o osadach w jednym obszarze, takich jak popiół wulkaniczny lub lawa, do względnego datowania osadów w innym obszarze. Jeffersonowi przypisuje się zasługę prawa superpozycji, które zakłada, że w miarę zagłębiania się w ziemię warstwy stają się starsze, o ile nie zostały naruszone w wyniku działalności człowieka, zwierząt lub działalności geologicznej. Tak więc artefakty lub skamieniałości znalezione w jednej warstwie są albo starsze, albo młodsze niż te znajdujące się odpowiednio w głębszej lub płytszej warstwie. Techniki datowania bezwzględnego wykorzystują podobieństwa w (1) zespołach roślinnych i faunistycznych lub (2) osadach i/lub składzie chemicznym osadów w celu dopasowania tych o nieznanym wieku do tych o znanym wieku i/lub uporządkowania progresji środowisk, organizmów oraz aktywności klimatycznej i geologicznej w obrębie regionów lub pomiędzy nimi.
Absolutne lub chronometryczne techniki datowania dają przybliżone daty w latach BP (przed teraźniejszością) lub BCE (przed erą powszechną). BCE i CE (Common Era) zachowują system datowania BC/AD bez konotacji religijnych. Skrócony sposób odnoszenia się do pewnej liczby lat temu, zwłaszcza gdy rozważa się zapis kopalny, to kya lub mya (odpowiednio tysiące lub miliony lat temu), eliminując w ten sposób wszystkie te niezręczne zera! Chociaż BP ma więcej sensu, ponieważ nie trzeba dodawać 2000+ lat do daty, większość ludzi jest przyzwyczajona do systemu BC/AD, co wyjaśnia powszechne użycie BCE. Najbardziej znanymi technikami datowania bezwzględnego są metody datowania radiometrycznego, na przykład Carbon-14 (14C). Służą one do pomiaru czasu połowicznego rozpadu lub wymiany pierwiastków promieniotwórczych w materiale organicznym lub kopalnym albo w warstwach, w których się znajdują. Ponieważ metody te są ograniczone w czasie i/lub specyficzne dla danego kontekstu, najbardziej odpowiednia technika (techniki) musi być wybrana na podstawie różnych parametrów. Następujące techniki wykorzystują rozpad promieniotwórczy do celów datowania:
Carbon-14 datowanie (≤60 kya) mierzy pozostałą ilość 14C w materiałach organicznych (tj. zawierających węgiel). Ponieważ rośliny wykorzystują dwutlenek węgla do fotosyntezy, zawierają one wszystkie trzy izotopy węgla (12C, 13C i 14C) w przybliżonych proporcjach obecnych w atmosferze. Zwierzęta żywią się roślinami i dlatego w danym momencie wszystkie będą miały w przybliżeniu taką samą ilość 14C. Kiedy umierają, nie gromadzą już węgla. Poziom bardziej stabilnego 12C może być wtedy porównany z pozostałym 14C w szczątkach organicznych, aby określić, kiedy zwierzęta umarły. Okres półtrwania 14C wynosi ~5,700 lat, co oznacza, że połowa 14C zostanie utracona w danym okazie w tym czasie.
Datowanie serii uranowej (≤500 kya) bada względne poziomy dwóch pierwiastków, uranu-234 i toru-230, wynikające z rozpadu tego pierwszego w ten drugi. Używa się go do datowania węglanu wapnia w koralach i muszlach.
Datowanie potasowo-argonowe (K/Ar) i argonowo-argonowe (Ar/Ar) mierzy stosunek jednego izotopu do drugiego w procesie rozpadu radioaktywnego, odpowiednio Potas-40 → Argon-40 i Argon-40 → Argon-39. Są one często stosowane do datowania warstw wulkanicznych, ale mogą być również stosowane do innych składników gleby, takich jak glina. Chociaż zakres wieku dla obu metod może być podawany jako nieograniczony, datowanie K/Ar nie jest użyteczne dla „młodych” materiałów, ponieważ okres półtrwania potasu jest tak długi – 1,26 miliarda lat.
Inne metody, które również opierają się na promieniotwórczości to:
Rezonans spinowy elektronów (ESR) (do „kilku” mya) bada wzór elektronów, które „wypleniły się” ze swojego pierwotnego miejsca w związkach mineralnych (np, związki wapnia), pozostawiając za sobą puste przestrzenie, w wyniku ekspozycji na promieniowanie środowiskowe. Szkliwo zębów jest najbardziej użytecznym zastosowaniem ESR w paleoantropologii, ale ESR może być również stosowany do datowania cząstek kwarcu w osadach (Wagner 2006).
Datowanie śladów rozszczepienia (20 mya->10 kya) mierzy liczbę „śladów” (wżerów) w związkach mineralnych, które wynikają z energii uwolnionej, gdy Uran-238 spontanicznie rozszczepia się w czasie. Metoda ta może być stosowana do datowania różnych minerałów, takich jak mika, a także produktów działalności wulkanicznej (np. obsydian) i meteorycznej (Davis 2009; Wagner 2006).
Termoluminescencja (300-1 kya) mierzy cząsteczki rozpadu promieniotwórczego w związkach mineralnych. Jest to przydatne w przypadku związków, które były wystawione na działanie intensywnego ciepła (np. wybuch wulkanu) w jakimś znanym momencie, kiedy „zegar radioaktywny” został wyzerowany i rozpad rozpoczął się od nowa. Termoluminescencja może być wykorzystywana do datowania artefaktów (np. ceramiki) i obiektów (np. palenisk), jak również produktów sedymentacji (np.speleothems, które są depozyty mineralne, które tworzą się w jaskiniach) i działalności wulkanicznej (np. tefra, które są fragmenty z erupcji wulkanicznych) (Davis 2009).
Następujące metody nie opierają się na aktywności radioaktywnej, ale raczej procesów organicznych:
Dendrochronologia wykorzystuje słoje drzew w kopalnym lub zwęglonym drewnie do datowania artefaktów lub skamieniałości znalezionych w związku z drewnem. Każdego roku, drzewa produkują nową warstwę tkanki obwodowej. Kiedy warunki klimatyczne są korzystne, więcej tkanki jest odkładane i powstaje grubszy pierścień, i odwrotnie. Przekrój poprzeczny drzewa opowiada historię jego wzrostu (patrz Rysunek 1.8). Jednak aby wykorzystać dendrochronologię jako metodę datowania, należy skonstruować chronologię (zapis czasowy) dla danego regionu, w tym przypadku mapę rocznego tempa wzrostu w czasie. Żywe drzewa i martwe drewno mogą być używane tak długo, jak długo istnieje nakładanie się wzorów słojów między nimi.
Rematyzacja aminokwasów (2 mya-2 kya ± 15%) mierzy stosunek dwóch form aminokwasu, jednej produkowanej podczas życia organizmu i akumulacji drugiej formy po śmierci. Jeśli temperatura otoczenia w momencie śmierci może być przybliżona, okaz może być datowany i vice versa (Davis 2009).
Paleomagnetyzm (setki tysięcy-miliony lat, Fagan 2000) mierzy przeszłe zmiany w ziemskich polach paleomagnetycznych, które są zachowane w niektórych wspólnych minerałów znalezionych w skałach i osadach. Ponieważ naukowcy ustalili chronologię tych zmian, materiałom tym można przypisać przybliżone daty ich powstania. Kiedy paleomagnetyzm jest używany do datowania materiałów archeologicznych, jest to określane mianem datowania archeomagnetycznego.
Obsydian hydratacji (100-1 mya) jest używany do datowania szkła wulkanicznego, to jest obsydianu, poprzez badanie ilości hydratacji, która wystąpiła z powodu ekspozycji na elementy. Jest to przydatne w datowaniu artefaktów z obsydianu, a także aktywności lodowcowej i wulkanicznej (Davis 2009).
Datowanie ekspozycji powierzchniowej lub nuklidów kosmogenicznych mierzy ilość czasu, w którym skały były wystawione na działanie pierwiastków. Może być stosowane do datowania ruchów lodowcowych, lawowych i osuwisk skalnych oraz zniszczeń spowodowanych działalnością pozaziemską (np. rozbłyski słoneczne lub meteoryty) (Davis 2009; Wikipedia contributors 2015i).
.