Het was een buitengewoon jaar van verkenningen en ontdekkingen bij het Earth Institute. Gedurende de maand december, nu 2017 ten einde loopt, we zullen verhalen delen die een aantal van het uitstekende werk van onze onderzoekers belichten.

Het verhaal van de menselijke evolutie is geworteld in Oost-Afrika, waar mensachtigen, voorouderlijke soorten die rechtstreeks verband houden met de mens, verscheen voor het eerst. Een afgelegen woestijngebied rond het Turkana-meer in het noordwesten van Kenia is de bron van veel belangrijke vroege menselijke fossielen en artefacten. In deze regio heeft paleo-ecoloog en geochemicus Kevin Uno van Lamont-Doherty Earth Observatory fossielen en sedimenten verzameld, op zoek naar bewijs over het klimaat, vegetatie, dieren, en water dat miljoenen jaren geleden beschikbaar was voor onze voorouders. Een van de doelen van Uno is om de rol van het klimaat in de menselijke evolutie te begrijpen.

"Mensen zijn nieuwsgierig naar hoe wij als mensen hier zijn gekomen. Ik probeer te begrijpen welke rol klimaatverandering speelde in de evolutie van onze soort, " zei Uno. Zijn vroege bevindingen geven ons nieuwe informatie over het ontstaan ​​van het menselijk leven en roepen fascinerende nieuwe vragen op.

In een studie die in juni 2016 werd gepubliceerd, Uno en een team uit Lamont, waaronder geochemicus Pratigya Polissar en paleoklimatoloog Peter deMenocal, leverde een 24-miljoen jaar record van vegetatietrends in Oost-Afrika. Het record geeft gewicht aan het idee dat mensen belangrijke eigenschappen ontwikkelden:flexibele diëten, grote hersenen, complexe sociale structuren, en het vermogen om op twee benen te lopen en rennen, terwijl ze zich aanpassen aan de verspreiding van open graslanden. De bevindingen suggereren sterk dat tussen 24 miljoen en 10 miljoen jaar geleden, lang voordat er directe menselijke voorouders verschenen, er waren weinig grassen en bossen vermoedelijk gedomineerd. Vervolgens, met een duidelijke verandering in het klimaat, grassen begonnen te verschijnen. De studie toont aan dat de trend zich voortzette tijdens alle bekende menselijke evolutie, wat leidde tot een dominantie van grassen door een paar miljoen jaar geleden.

"De hele evolutie van onze afstamming heeft ertoe geleid dat we in of nabij graslanden wonen en werken, ' zei Uno.

Dit jaar, Uno nam deel aan veldexpedities naar het Turkana-bekkengebied aan zowel de oostelijke als de westelijke kant van het Turkana-meer. Hij en zijn team probeerden meer te weten te komen over hoe het klimaat de afgelopen vijf miljoen jaar is veranderd.

"Ik wilde naar de fossiele mensachtige sites gaan en kijken of we organische geochemische instrumenten konden gebruiken, wat we echt nog nooit eerder hadden gedaan. We willen nieuwe dingen leren over het klimaat, vegetatie, en milieucontext van onze voorouders, " zei Uno. De ontdekking van 3,3 miljoen jaar oude stenen werktuigen - de oudste ter wereld - bracht Uno ertoe op zoek te gaan naar aanwijzingen over de omgevingscontext van de vroege mens terwijl ze deze gereedschappen maakten en ermee werkten.

Om oude habitats te reconstrueren, Uno en zijn collega's halen informatie uit twee bronnen:bladwas van planten die miljoenen jaren geleden leefden en nu bewaard worden in fossiele bodems, en oude zoogdiertanden, zoals die van olifanten en nijlpaarden. Chemische en isotopenanalyse van die materialen in laboratoria in Lamont stelt wetenschappers in staat om de planten te onderscheiden, dieren, en waterbronnen die beschikbaar waren in het ecosysteem voor deze dieren om te eten en te drinken.

"Tanden zijn uniek omdat ze zich overal van een jaar tot tien jaar vormen bij grote dieren, en dat is net een kleine datalogger of tijdcapsule van miljoenen jaren geleden, " zei Uno. Zijn vroege analyse geeft aan dat veranderende regenpatronen, van één tot twee regenseizoenen per jaar, kan een significant effect hebben gehad op de vegetatie en dieren.

"Een grote vraag voor mij is, hoe lang bestaat de werking van de twee regenseizoenen al?" Uno's voorlopige gegevens wijzen op een enkel jaarlijks regenseizoen van ongeveer 3,5 miljoen jaar geleden.

"Ik probeer de evolutie van het moderne systeem van twee regenseizoenen per jaar te begrijpen. Als het echt heet is, zoals het is in Oost-Afrika, water doet ertoe. Je voegt regen toe en alles wordt groen en dieren zijn blij, terwijl lange droge perioden erg uitdagend voor hen zijn. Hoe gingen mensachtigen om met veranderingen in de beschikbaarheid van hun voedselbronnen? Dat is een van de vragen waar ik aan werk door tanden te analyseren."

Door de biomarkers op oude plantenwassen te traceren, Uno krijgt een breder perspectief op de vegetatiegeschiedenis van de regio.

"Als je naar isotopen in tanden kijkt, ze zijn gefilterd door de voedingskeuzes van het dier. Maar met de biomarkers van plantenwas, je kijkt naar echte overblijfselen van oude planten, en ze leggen het hele landschap vast. Ze worden miljoenen jaren bewaard omdat deze wasachtige coatings op bladeren bestaan ​​uit verzadigde koolwaterstoffen, die heel moeilijk af te breken zijn."

Het klimaat is een sleutelfactor die bepaalt welke soorten vegetatie in een ecosysteem kunnen groeien. Door het plantaardig voedsel en de habitat die op een bepaald moment beschikbaar zijn, te recreëren, het is mogelijk om te leren over veranderingen die zich hebben voorgedaan tijdens belangrijke overgangen in de evolutie van de mens. Van bijzonder belang voor Uno is een tijdsperiode die bekend staat als het Plioceen-tijdperk, dat was de laatste keer dat de aarde atmosferische CO2-niveaus zo hoog had als ze nu zijn. Toen waren de CO2-niveaus ongeveer 400 delen per miljoen (ppm), en dat is ongeveer waar ze nu zijn.

Het Plioceen vond plaats tussen 5,3 en 2,6 miljoen jaar geleden, een tijdspanne waarin veel zoogdieren en vogels evolueerden tot ongeveer moderne vormen en toen vroege mensachtigen voor het eerst verschenen. Uno legt uit dat van alle fossielen van het Turkana-bekken waarvan wordt aangenomen dat ze uit het Plioceen komen, minder dan één procent is afkomstig van mensachtigen. Wetenschappers geloven dat de vondst erop wijst dat er maar weinig mensachtigen op aarde bevolkten in vergelijking met andere dieren. Ze hebben ook een verscheidenheid aan mensachtigen ontdekt.

"In de afgelopen vijf jaar hebben we ontdekt dat er een veel grotere diversiteit aan mensachtigen was in het Plioceen, vijf tot zes soorten meer dan oorspronkelijk gedacht, "zei Uno. Het was onmogelijk om te bepalen wie onze directe voorouders zijn. "Het was zoeken naar een speld in een hooiberg."

Hoe nauwgezet Uno's onderzoek ook is, diep belangrijke vragen drijven zijn werk.

"Ik vind het fascinerend dat onze mensachtige voorouders zo weinig in overvloed waren, misschien slechts tien- of honderdduizenden, maar nu zijn we met 7,5 miljard. Dit is moeilijk voor te stellen, maar voor een lange tijd, mensachtigen waren niet de dominante soort op aarde zoals we nu zijn, ' zei Uno.

Het verkennen van de omgevingscontext van het Plioceen-tijdperk zal helpen om het verhaal te vertellen van wie deze mensachtigen waren, waarom er verschillende soorten waren, en mogelijk hoe en waarom één vorm leidde tot de evolutie van de moderne mens.

"Vandaag gaan we een warmere wereld in, een met meer zwaar weer en een hele reeks andere uitdagingen waarmee onze samenlevingen te maken zullen krijgen. Het is belangrijk om even stil te staan ​​en terug te kijken van waar we vandaan kwamen." Uno merkt op, "Het kenmerk van de moderne mens is dat we zo flexibel zijn. Het is iets geweldigs aan onze soort."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.