فسیل تبار انسانیان: تاریخ‌گذاری و قدمت

فسیل انسان اولیه

تاریخ‌گذاری فسیل‌های کشف شده چگونه است؟

زمین‌شناسان معمولاً می‌توانند توالی زمانی فسیل‌ها را در یک سایت فسیلی کوچک مشخص کنند. اما چطور می‌توانید سن فسیل‌های یافت شده در جایگاه‌هایی با صد‌ها کیلومتر فاصله از هم را مقایسه کنید و چگونه می‌توانید این مقایسه را در مورد قدمت فسیل‌های به دست آمده از سایت‌هایی واقع در قاره‌های متفاوت انجام دهید؟ برای یاسخ به این پرسش‌ها نیازمند روش‌های تاریخ گذاری هستید. این روش‌ها به دو دستهٔ مطلق و نسبی تقسیم می‌شوند.

روش‌های مطلق تاریخ‌گذاری عمدتاً در مورد سنگ‌هایی به کار می‌روند که در آن‌ها فسیل هومینین با فسیل‌های غیرهومینین از افق متشابه یافت شده است. پژوهشگران باید در حفظ مدارکی که فسیل را به لایه سنگی ویژه‌ای مرتبط می‌کند بسیار مراقب باشند. روش‌های مطلق تاریخ‌گذاری متکی به دانستن مدت زمانی است که فرآیندهای طبیعی نظیر تخریب اتمی دوره‌شان را سپری می‌کنند، این روش‌ها همچنین افق فسیلی را دقیقاً با رویدادهای جهانی کالیبره و درجه بندی شده، مانند وارونگی‌های جهت میدان مغناطیسی زمین، ارتباط می‌دهند. به این علت است که تاریخهای مطلق می‌توانند به دقت در قالب سال‌های تقویمی بیان شوند.

معروف‌ترین نمونه از این روش‌های مطلق تاریخ‌گذاری رادیوکربن است که فقط برای مراحل مؤخر‌تر تکامل انسان مناسب است. پس از ۵ هزار و ۷۳۰ سال (به علاوه و منهای ۴۰ سال)، نیمی از کرین ۱۴، هنگامی که موجود زنده مرده باشد، به نیتروژن ۱۴ تبدیل می‌شود (به این علت است که این دوره زمانی را «نیمه عمر» می‌نامند). تاریخ گذاری رادیوکرین به طور موفقیت‌آمیزی برای تعیین قدمت فسیل‌های هوموساپینس از استرالیا و اروپا استقاده شده است، اما این شیوه برای تاریخ‌گذاری قدیمی‌تر از ۴۰ هزارسال‌قبل نامطمئن و اعتمادناپذیر است٬ زیرا مقادیر کربن رادیواکتیو باقی‌مانده بسیار کوچک‌تر از آن خواهد بود که سنجیده شود.

بیشتر فسیل‌های هومینین سایت‌های شرق آفریقا، مانند «دره الدوایی» در تانزانیا، «کویی فورا» در کنیا و «هنر» در اتیوپی، از افق‌های قرار گرفته در میان خاکسترهای آتشفشانی یا تفرا هستند که غنی از ایزوتوپ‌های پتاسیم و آرگون است. به سبب آنکه پتاسیم و آرگون رادیواکتیو بسیار کُندتر از کربن۱۴ به عناصر دخترشان (عنصری که از عناصر دیگر در ا‌ثر رادیواکتیویته عنصر قبلی به وجود می‌آید) تبدیل (یا فرویاشیده) می‌شوند، روش‌های تاریخ گذاری پتاسیم/آرگون و آرگون/آرگون می‌تواند در مورد سنگ‌های حاوی فسیل‌ها و ابزارهای سنگی متعلق به مراحل اولیه (قدیمی‌تر از ۱۰۰ هزارسال‌قبل) شواهد فسیلی هومینین به کار برده شود.

تاریخ گذاری «پارینه مغناطیسی» (paleomagnetic) از شواهد پیچیده وارونگی‌های جهت میدان مغناطیسی زمین استفاده می‌کند. جهت میدان مغناطیسی زمین، برای دوره‌های طولانی از تاریخ خود، دقیقاً مخالف وضع امروزی‌اش بوده است. جهت کنونی «طبیعی» و جهت مخالف «معکوس» نامیده می‌شود. جریانات درون هستهٔ مایع زمین علت وقوع چنین تغییر جهت‌هایی در میدان مغناطیسی زمین به شمار می‌رود. هنگامی که ذرات معلق پیش از شکل‌گیری یک سنگ رسویی سخت ته‌نشین می‌شوند، وجود مقادیر بسیار خردی از فلز مغناطیسی در این ذرات سبب می‌شود تا آن‌ها مانند یک آهن ربا رفتار کنند. آن‌ها، به هنگام ته‌نشینی، در راستای جهت مغناطیسی زمین در آن زمان به خط می‌شوند و به کل سنگ جهت مغناطیسی قابل ردیابی یا قطبیت می‌دهند.

پژوهشگران توالی تغییرات جهت مغناطیسی حفظ شده در رسوبات حاوی فسیل‌های هومینیان را با شواهد مغناطیسی حفظ شده در هسته‌های برداشته شده از کف عمق اقیانوسی (موسوم به ستون‌های یارینه مغناطیسی) مقایسه می‌کنند و می‌کوشند بهترین تطابق را پیدا کنند. برخی توالی‌ها بیش از یک بار در ستون مرجع دیده می‌شوند و بنابراین، استفاده از روش تاریخ‌گذاری قطعی دیگری می‌تواند با کمک به محققان به آن‌ها نشان دهد که باید بر روی کدام بخش از شواهد پارینه مغناطیسی تمرکز کنند.

یک دوره پایداری پارینه‌مغناطیسی طولانی مدت، یک «کرون» (chron) و یک تغییر نسبی کوتاه مدت در جهت میدان مغناطیسی در داخل یک کرون، یک «ساب کرون» (subchron) نامیده می‌شود.

«دره الدوایی با اولدوای گورج» نخستین سایت هومینین‌های اولیه بود که با استفاده از چینه‌نگاری مغناطیسی، تاریخ‌گذاری شد؛ در هنگام نام‌گذاری سابکرون‌ها به آن‌ها بر اساس آنچه که بودند شماره داده نشد و اکنون یکی از آن‌ها «رویداد اولدوای» (Olduvai Event) نامیده می‌شود.

دسته دیگر از روش‌های مطلق تاریخ‌گذاری روش «قرینه‌سازی اسید آمینه‌ای» با بهره‌گیری از واکنش‌های بیوشیمیایی همچون ساعت است. برای مثال، وستهٔ تخم حاوی نوعی اسید آمینه موسوم به لوسین است. هنگامی که پوسته شکل می‌گیرد، تمام لوسین آن به فرم L است. با وجود این، این فرم L اسید آمینه لوسین در طول زمان، با سرعت کم وبیش پایداری، به فرم جانشینی موسوم به فرم D تبدیل یا قرینه‌سازی می‌شود. بنابراین، نسبت این دو فرم، همراه با سرعت تبدیل، تاریخی را به دست می‌دهد که نشان دهنده زمان شکل‌گیری آن پوسته است.

سایت‌های فسیل هومینینی بسیار جدید حاوی قطعاتی از پوستهٔ تخم شتمرغ است و اگر این فرض منطقی را در نظر بگیریم که پوسته تخم واقع در یک افق سن زمین‌شناختی مشابهی با هر هومینین موجود در آن افق دارد، پس تاریخ‌گذاری پوسته تخم شترمرغ (OES) می‌تواند روش بالقوه مفیدی به شمار آید.

تاریخ‌گذاری پوسته تخم شترمرغ یکی از چند روشی (سایر روش‌ها شامل رزونانس چرخش الکترونی یا ESR و نیز تاریخ گذاری سری‌های اورانیومی یا USD هستند) محسوب می‌شود که دانشمندان از آن برای تعیین قدمت آن دسته از سایت‌های فسیل هومینین‌ها استفاده می‌کنند که در محدوده میان تاریخ گذاری رادیوکربن و پتاسیم آرگون قرار دارند.

این روش‌ها به ویژه برای تعیین قدمت سایت‌هایی با عمر بین ۳۰۰ تا ۴۰ «هزارسال قبل» سودمندند. روش‌های تاریخ گذاری نسبی عمدتاً متکی بر مطابقت فسیل‌های غیرانسانی یافت شده در یک سایت با شواهد هم ارز سایت دیگرند که قدمت آن‌ها به طریقی مطمئن با روش‌های تاریخ‌گذاری مطلق تعیین شده باشد.

اگر فسیل‌های جانوری یافت شده در سایت A مشابه فسیل‌های به دست آمده از سایت B باشد، سایت A می‌تواند تقریباً هم سن سایت B فرض شود. روش‌های تاریخ‌گذاری نسبی، در مقایسه با انواع مطلق، فقط قدمت تقریبی فسیل‌ها را به دست می‌دهند. استفاده از بقایای جانوری به منظور تاریخ‌گذاری، که «گاه‌شناسی زیستی» (biochronology) نامیده می‌شود، به ویژه برای تعیین قدمت فسیل‌های هومینین اولیه به دست آمده از سایت‌های غاریِ آفریقای جنوبی با اهمیت بوده است. تقریباً تمام این سایت‌ها حاوی فسیل آنتیلوبپ‌ها و میمون‌ها هستند. به سبب آنکه جانوران مشابهی در سایت‌های کلیدی شرق آفریقا به طور مطلق تاریخ‌گذاری شده‌اند، پژوهشگران می‌توانند این تاریخ‌ها را در مورد لایه‌های محتوی فسیل‌های هم‌ارز در غارهای آفریقای جنوبی نیز به کار گیرند. «گاه‌شناسی زیستی» همچنین برای تعیین سن سایت‌های فسیل هومینین‌ها در چاد و دماتیسی در گورجستان استفاده شده است. در تاریخ گذاری نسبی برای بالا بردن دقت تاریخ گذاری کرینی از «بندروکرنولوژی» (dendrochronology) با استقاده از حلقه‌های درخت استفاده شده است. حلقه‌های سالانه درخت بسیار مطمئنند: طوری که از آن‌ها برای تصحیح تاریخ‌های کرینی استفاده می‌کنند  زیرا تاریخ‌های کرینی تحت تأثیر آن دسته از فعالیت‌های انسانی قرار دارند که سطح ایزوتوپژ کرین را در جو تغییر می‌دهد.

بازسازی محیط زیست گذشته

درست‌‌ همان طور که تَراز و سیمای سطح زمین اکنون متقاوت با چیزی است که چندین میلیون سال پیش بوده، محیطزیست‌های قدیمی نیز در یک ناحیه الزاماً مشابه آنچه امروز مشاهده می‌شود، نبوده است. پژوهشگران، با بهره‌گیری از شواهد زمین شناختی و دیرین‌شناختی، به بازسازی محیط زیست‌های قدیمی می‌پردازند.

تجزیه شیمیایی در تعیین این نکته به کار می‌آید که آیا خاک منطقه در شرایط خشک شکل گرفته است یا در شرایط مرطوب؟ دیرین‌شناسان می‌توانند از روی نوع فسیل‌های جانوری یافت شده به همراه فسیل‌های هومینین چیزهای زیادی دربارهٔ دیرین زیستگاه‌ها بگویند. آن‌ها از پستانداران بزرگ و پستانداران کوچک (مانند موش‌ها) برای بازسازی محیط‌های قدیمی بهره می‌گیرند. پستانداران کوچک به ویژه سودمندند، زیرا گستره‌های جغرافیایی آن‌ها محدود‌تر از پستانداران بزرگ بزرگ است و از این رو، آن‌ها احتمالاً بازسازی‌های زیستگاهی دقیق‌تری را میسر می‌سازند.

پِلت‌های (توده‌های متراکم گرد و کوچکی که برخی پرندگان شکاری آن را قی می‌کنند و شامل بقایای هضم نشدنی غذای خورده شده است) فسیل شده جغد‌ها منبع اطلاعاتی خویی درباره پستانداران کوچکند، زیرا جغد‌ها از پستانداران کوچک در درون یک گسترهٔ نسبتاً کوچک شکار می‌کنند. محققانی که از پستانداران بزرگی مانند نخستی‌ها برای بازسازی محیط زیست‌های قدیمی استفاده می‌کنند باید مراقب باشند و چنین فرض نکنند که ترجیحات زیستگاهی اجداد آن‌ها نیز مشابه نمایندگان امروزی آنان بوده است. برای مثال، اگرچه میمون‌های کولویوس امروزی عمدتاً برگ‌خوارانی‌اند که در جنگل‌های انبوه زندگی می‌کنند، وجود فسیل میمون‌های کولوبوس در یک سایت ۵ میلیون ساله، به مفهوم آن نیست که شرایطی مشابه با انواع معاصر در آنجا برقرار بوده است.

تغییر اقلیم جهانی

تکامل تبار انسان در زمانی اتفاق افتاده که تغییرات عمده‌ای در اقلیم جهانی به وقوع پیوسته است. پژوهشگران با بررسی هسته‌های عمق دریا به مطالعه تغییر اقلیم می‌پردازند.

گروهی از موجودات میکروسکویی موسوم به «فرامینیفرا» (Foraminifera) (معمولاً به صورت «فرام»‌ها خلاصه می‌شوند) در اقیانوس‌های جهان معلق‌اند. این موجودات دو فرم ایزوتوپ اکسیژن را جذب می‌کنند که عبارتند از اکسیژن ۱۶ که سبک‌تر و اکسیژن ۱۸ که سنگین‌تر است. مادامی که دمای جهانی بالا‌تر می‌رود، اکسیژن سبک‌تر بیشتری بخار می‌شود و از این رو، نسبت فرم سیکا به فرم سنگین کاهش می‌یابد. حالت برعکس زمانی رخ می‌دهد که دمای جهانی خنک‌تر شود. محققان از تناسب این دو ایزوتوپی به منظور ردیابی دمای اقیانوس‌ها استفاده می‌کنند و دمای آب اقیانوس را نیز به نمایندگی از تغییر اقلیم در نظر می‌گیرند. اما اقلیم یک منطقه ثمرهٔ همکنش‌های پیچیده‌ای میان اقلیم جهانی و تاثیرات منطقه‌ای نظیر طول و عرض جغرافیایی و نیز حضور نواحی کوهستانی است. طی دوره‌ای میان ۸ تا ۵ میلیون‌سال‌قبل، زمین آغاز یک روند بلندمدت از خشکی و سردی را تجربه کرد.

تکامل هومینین‌های اولیه در زمان وقوع این تغییرات اقلیمی در آفریقا صورت گرفت. بعد‌ها در روند تکامل اعضای تبار انسان، به روند بلندمدت سرد شدن تغییرات دورهای در اقیلم جهانی، که با استفاده از هسته‌های عمق دریا سنجیده می‌شود، نیز افزوده شد. بیش از ۳ میلیون‌سال‌قبل، اقلیم جهانی در معرض چرخه‌های ۲۳ هزارسالهٔ گرم‌تر خشک‌ا‌تر و سرد‌تر مرطوب‌تر بود. در حدود ۳ میلیون‌سال‌قبل، تناوب این چرخه‌ها به ۴۱ هزارسال‌قبل تبدیل شد و یک میلیون‌سال‌قبل، بار دیگر به چرخهٔ ۱۰۰ هزارسال‌قبل تغییر پیدا کرد. این چرخه‌های ۱۰۰ هزارساله عامل دوره‌های سرمای شدید ثبت شده در نیمکرهٔ شمال یا در طی میلیون‌ها سال گذشته به شمار می‌روند.

این چرخه‌های بلند، ا‌ثر مهم دیگری نیز بر تکامل انسان داشته‌اند، زیرا هنگامی که یخ بسیار زیادی در کلاهک‌های یخی قطب شمال و جنوب جمع می‌شود، افت ارتقاع سطح دریا‌ها گریزناپذیر خواهد بود. این امر سیب بیرون آمدن فلات قاره‌ای می‌شود. کاهش ارتفاع سطح دریا‌ها در این ابعاد به انسانهای مدرن اجازه داد تا از دنیای قدیم به استرالیا و دنیای جدید مهاجرت کنند.