Lingkungan yang berfluktuasi mungkin menjadi kunci evolusi manusia

Di Ngarai Olduvai, tempat penggalian telah membantu memastikan bahwa Afrika adalah tempat lahirnya umat manusia, para ilmuwan kini menemukan bahwa lanskap pernah berubah dengan cepat, kemungkinan besar mendorong evolusi manusia awal. lingkungan, peneliti menambahkan.

Ngarai Olduvai adalah ngarai yang membelah tepi timur dataran Serengeti di Tanzania utara, yang berisi fosil hominin – anggota ras manusia. Penggalian di Ngarai Olduvai dibantu oleh Louis dan Mary Leakey pada pertengahan 1950-an untuk mengungkap asal usul umat manusia di Afrika.

Kekeringan Besar?

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang akar umat manusia, para ilmuwan menganalisis sampel lilin daun yang diawetkan dalam sedimen danau di Ngarai Olduvai, dan mengidentifikasi tanaman mana yang mendominasi lingkungan setempat sekitar 2 juta tahun yang lalu. Itu kira-kira kapan Pria itu berdirinenek moyang langsung manusia modern yang menggunakan perkakas batu yang relatif canggihmuncul.

“Kami mengamati lilin daun karena sifatnya yang keras dan dapat bertahan dengan baik di sedimen,” kata peneliti Katherine Freeman, ahli biogeokimia di Pennsylvania State University, dalam sebuah pernyataan.

Setelah empat tahun bekerja, para peneliti fokus pada isotop karbon – atom dari unsur yang sama dengan jumlah neutron berbeda – dalam sampel, yang dapat mengungkap tanaman mana yang mendominasi suatu area. Itu rerumputan yang mendominasi sabanaterlibat dalam jenis fotosintesis yang melibatkan karbon-12 normal dan karbon-13 yang lebih berat, sedangkan pohon dan semak mengandalkan jenis fotosintesis yang lebih menyukai karbon-12. (Atom karbon-12 masing-masing memiliki enam neutron, sedangkan atom karbon-13 memiliki tujuh.)

Para ilmuwan telah lama memperkirakan bahwa selama 3 juta tahun, Afrika mengalami periode kekeringan yang meningkat secara bertahap – yang disebut Kekeringan Besar – atau mungkin satu perubahan besar dalam iklim yang mendukung perluasan padang rumput di seluruh benua, sehingga mempengaruhi evolusi manusia. Namun, penelitian baru ini justru memberikan “bukti kuat mengenai perubahan ekosistem yang dramatis di seluruh sabana Afrika, di mana lanskap padang rumput terbuka bertransisi menjadi hutan tertutup hanya dalam waktu ratusan hingga beberapa ribu tahun,” kata peneliti Clayton Magill, ahli biogeokimia di Pennsylvania State University. Ilmu Hidup. (Tahu asal muasal Anda? Ikuti Kuis Evolusi Manusia kami)

Para peneliti menemukan bahwa Ngarai Olduvai berubah secara tiba-tiba dan teratur antara padang rumput kering dan hutan lembab sekitar lima atau enam kali selama periode 200.000 tahun.

“Saya terkejut dengan besarnya perubahan dan cepatnya perubahan yang kami temukan,” kata Freeman kepada LiveScience. “Terjadi restrukturisasi ekosistem secara menyeluruh mulai dari padang rumput, hutan, dan seterusnya, setidaknya berdasarkan cara kami menafsirkan data. Saya telah mengerjakan isotop karbon sepanjang karier saya, dan saya belum pernah melihat hal seperti ini.”

Kehilangan air

Para peneliti juga membuat catatan yang sangat rinci tentang sejarah air di Ngarai Olduvai dengan menganalisis rasio isotop hidrogen dalam lilin tanaman dan senyawa lain di sedimen danau terdekat. Temuan ini mendukung data isotop karbon, yang menunjukkan bahwa wilayah tersebut mengalami fluktuasi kekeringan, dengan periode kering didominasi oleh padang rumput dan periode basah ditandai dengan tutupan kayu yang luas.

“Penelitian ini menunjukkan pentingnya air di lanskap kering seperti Afrika,” kata Magill dalam sebuah pernyataan. “Tanaman sangat erat kaitannya dengan air sehingga jika Anda kekurangan air, hal ini biasanya menyebabkan kerawanan pangan.”

Model statistik dan matematis tim peneliti menghubungkan perubahan yang mereka lihat dengan peristiwa lain pada saat itu, seperti perubahan gerakan planet. (50 fakta menakjubkan tentang bumi)

“Orbit bumi mengelilingi matahari berubah perlahan seiring berjalannya waktu,” kata Freeman dalam sebuah pernyataan. “Perubahan ini terkait dengan iklim lokal di Ngarai Olduvai melalui perubahan sistem monsun di Afrika.”

Orbit bumi mengelilingi matahari dapat bervariasi dari waktu ke waktu dalam beberapa hal – misalnya, orbit bumi mengelilingi matahari dapat bertambah kurang lebih melingkar seiring berjalannya waktu, dan sumbu putar bumi relatif terhadap bidang ekuator matahari juga dapat miring ke depan dan ke belakang. Hal ini mengubah jumlah sinar matahari yang diterima bumi, energi yang menggerakkan atmosfer bumi. “Perubahan kecil pada jumlah sinar matahari mengubah intensitas sirkulasi atmosfer dan pasokan air. Pola hujan yang mendorong pola tanaman mengikuti sirkulasi monsun ini. Kami menemukan korelasi antara perubahan lingkungan dan pergerakan planet.”

Tim juga menemukan hubungan antara perubahan di Ngarai Olduvai dan suhu permukaan laut di daerah tropis.

“Kami menemukan mekanisme yang saling melengkapi – salah satunya adalah cara bumi berputar, dan yang lainnya adalah variasi suhu laut di sekitar Afrika,” kata Freeman.

Temuan ini kini menjelaskan perubahan lingkungan yang mungkin harus dilakukan oleh nenek moyang manusia modern agar dapat bertahan hidup dan berkembang.

“Manusia purba beralih dari pohon ke rumput hanya dalam 10 hingga 100 generasi, dan pola makan mereka harus berubah sebagai responsnya,” kata Magill dalam sebuah pernyataan. “Perubahan ketersediaan pangan, jenis pangan, atau cara memperoleh pangan dapat memicu mekanisme evolusi untuk mengatasi perubahan tersebut. peningkatan ukuran otak dan kognisi, perubahan gerakan dan bahkan perubahan sosial – bagaimana Anda berinteraksi dengan orang lain dalam kelompok.”

Variabilitas dalam lingkungan ini bertepatan dengan periode penting di tahun 1990-an evolusi manusia“ketika genus Gay pertama kali ditetapkan dan ketika ada bukti pertama penggunaan alat tersebut,” kata Magill.

Para peneliti sekarang berharap untuk memeriksa perubahan di Ngarai Olduvai tidak hanya dari waktu ke waktu tetapi juga dari ruang angkasa, yang dapat membantu menjelaskan aspek evolusi manusia awal, seperti pola mencari makan.

Magill, Freeman dan rekan mereka Gail Ashley merinci temuan mereka secara online pada 24 Desember dalam dua makalah di jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ikuti LiveScience di Twitter @ilmu hidup. Kami juga aktif Facebook & Google+.

Hak Cipta 2012 Ilmu HidupSebuah perusahaan TechMediaNetwork. Semua hak dilindungi undang-undang. Materi ini tidak boleh dipublikasikan, disiarkan, ditulis ulang, atau didistribusikan ulang.