气候变化和板块构造如何塑造人类进化

一项新的研究将新人属物种的出现、脑容量的扩大以及早期人类的迁徙与深水淡水湖的出现联系起来

编者按:以下文章经对话许可转载,《对话》是一个报道最新研究的在线出版物。

东非是进化的温床,这应该不足为奇,因为在过去五百万年里,这里的景观已经发生了翻天覆地的变化。

板块构造和不断变化的气候的非凡力量将东非从相对平坦、森林茂密的地区转变为山峦起伏、支离破碎的景观,其特点是巨大深水湖的快速出现和消失。正是在这种高度多变的景观中,出现了一种足够聪明的猿类,可以质疑自身的存在。


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被构造运动摇篮的摇篮
两千万年前,印度和亚洲大陆板块发生碰撞,推升了巨大的青藏高原。 夏季,这个高原就像一台巨大的热机,吸收太阳能并将其转移到大气中,从而引起巨大的对流。 随着所有这些热空气上升,空气从四周吸入,包括来自印度洋的潮湿空气,从而产生强烈的东南亚季风。

这对从非洲大陆吸走水分产生了连锁反应,正是这开始了东非逐渐干旱的过程。 就人类进化而言,亚洲和非洲气候之间的这种明显分裂与亚洲和非洲猿类之间的分裂相吻合,后者最终进化成了我们。

在青藏高原隆起的同时,裂谷过程在埃塞俄比亚开始,并逐渐向南移动,大约一百万年前在莫桑比克结束。 这种裂谷是由东非北部地壳下的岩浆热点加热地壳引起的,导致地壳像烤过头的苹果派一样从中间裂开。

裂谷过程产生了一个深而宽的悬谷,海拔半英里,两侧是抬升的山肩或山脉,高达两英里。 东非大裂谷的形成对当地气候的影响是巨大的。

东非大裂谷的山脉阻止了来自印度洋的潮湿空气流过东非,导致该地区进一步干燥。 东非的地形彻底改变:从覆盖着潮湿森林的同质平坦地区,变成山峦起伏的景观,拥有高原和深邃的裂谷,植被从云雾森林到沙漠灌木丛不等。

进化,我们的应对策略
面对支离破碎的植被和食物来源之间更大的距离,可能导致了人类两足行走的进化——大约六百万年前用两条腿直立行走。 这些非常成功的早期两足人科动物,如地猿始祖种南方古猿阿法种,然而,它们的大脑相对较小,颅容量约为 450 立方厘米3,而现代人类的颅容量超过 1,500 立方厘米3

东非大裂谷的发展使景观支离破碎,形成了大量独立的湖盆。 山地景观使这些盆地对降雨的微小变化非常敏感。 波茨坦大学的马丁·特劳特及其同事发现了地质证据,表明深水淡水湖存在于大约 260 万年前、180 万年前和 100 万年前——这些都是人类进化史上的关键日期。

在这些时期的每一个时期,东非的当地气候都在一个 20,000 年的周期内变化,从极端干旱到非常潮湿的条件。 因此,我们的祖先可能曾经拥有田园诗般的环境,但随着湖泊在几代人的时间里干涸而被残酷地夺走。 数千年后,湖泊将再次出现,循环将重新开始。 这个 20,000 年的周期是由地球绕太阳轨道的变化驱动的,这影响了任何特定季节接收到的阳光量。 在东非,它对两个雨季的时间和持续时间产生了重大影响。

最近发表在 PloS ONE 杂志上的研究由曼彻斯特大学的苏珊娜·舒尔茨和我共同完成,首次在统计学上将新人属物种的出现、脑容量的扩大以及走出非洲的运动与深水淡水湖的出现和消失联系起来(证实了马丁·特劳特和我最初的研究成果)。

人类进化最深刻的时期发生在约 180 万年前,这一时期记录了最多样化的人属物种,包括鲁道夫人直立人的出现,它们的大脑容量显著增加,达到 900 立方厘米3,以及我们古代人类祖先首次大规模地从东非分散到欧亚大陆。 在此期间,短暂的深水淡水湖沿着东非大裂谷的整个长度出现和消失,导致了根本性的环境变化,将这些新物种推出了非洲。

我们现在已经开始拼凑出一幅连贯的图景,了解过去一千万年来不断变化的东非景观是如何推动人类进化的。 该地区已经发生了翻天覆地的变化,从平坦和森林茂密变成充满了壮观的两英里高的山脉、稀树草原和热带森林。 通过启动土地形成对降雨微小变化敏感的湖盆,极端的气候脉冲,即交替的干旱和湿润时期发生,并对生活在东非的所有动物产生了深远的影响。 强大的板块构造力和气候变异性最终导致了我们人科动物祖先的发展以及他们从非洲到高加索地区、新月沃土,最终到世界其他地区的扩散。

马克·马斯林接受英国皇家学会和 NERC 的资助。 本文最初发表于对话。 阅读原文

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