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“前所未见”的头骨揭示了人类祖先的面孔
查字典地理网 来源|2019-09-06 发表|教学分类:地理科普

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这一新发现的头骨被正式命名为MRD-VP-1/1,属于早期的人类祖先——湖畔南方古猿(Australopithecus anamensis)。

摄影:DALE OMORI, COURTESY OF THE CLEVELAND MUSEUM OF NATURAL HISTORY

日前,科学家们在埃塞俄比亚发现了极为罕见的化石:一块几乎完整的人类祖先的头骨,其历史可以追溯到大约380万年前。

《自然》杂志刊登的一篇文章指出,这是迄今发现的最古老的南方古猿头骨。南方古猿是生活在150万到400万年前的早期人类祖先的一个关键代表。这也是迄今为止发现的第一个湖畔南方古猿头骨,它是南方古猿属最早的成员之一。

“它将你带回到大约380万年前,帮你描绘出我们的祖先在那个时候的样子,”Yohannes Haile-Selassie说道,他是克利夫兰自然历史博物馆(Cleveland Museum of Natural History)的古人类学家,也是这项研究的主要作者。“这真是一个激动人心的时刻。”

古生物学家John Gurche基于新发现的头骨的扫描图,重建了湖畔南方古猿的面部。

摄影:MATT CROW, COURTESY OF THE CLEVELAND MUSEUM OF NATURAL HISTORY.

这一发现可能填补人类进化研究中的几项重要空白。如此古老的古人类或人类祖先化石极其罕见,之前发现的通常都是骨头碎片。相比之下,新发现的头骨几乎是完整的,这应该能够揭示古人类生活和进化的许多细节。

“这就是我们一直在等待的头骨,”密苏里大学古人类学家Carol Ward说道,她并未参与这项研究。“原始人类的头骨是非常罕见的宝藏,如此古老、如此完整的头骨几乎是前所未见的。”

‘他的手在发抖'

错综复杂的人类族谱的源头可以追溯到400多万年前的非洲, 那是古代灵长目动物的乐园,生活着地猿(Ardipithecus)和萨赫勒人(Sahelanthropus)等。直到300万年前,人类才出现,从此谱写出一章进化传奇,在这个传奇中,阿法南方古猿(Australopithecus afarensis)等祖先扮演了重要角色。

一块被科学家们称为“露西”的化石是人类谱系最著名的代表之一,这一早期古人类及其后代拥有比早期灵长类动物更大的大脑,能够用两只脚走路,强壮的下颚使他们能吃下各种各样的食物。这种灵活性日后会派上用场:在350万年前阿法南方古猿的全盛时期,气候的自然变化使东非变得越来越寒冷干燥,林地面积不断缩小,而林地是它们赖以生存的家园。随着时间的推移,阿法南方古猿及其后代在进化中 不断重塑,以便能在更开放、更多样的环境中生存下去。

但是阿法南方古猿并不是第一个有这些特征的生物。1995年,科学家们命名了湖畔南方古猿(A. anamensis),这是一种更早的南方古猿,可能是阿法南方古猿的祖先。这一物种之所以引发科学家的极大好奇,因为它与露西和后来的南方古猿有共同的关键特征。但那时科学家们对湖畔南方古猿的其他信息知之甚少。其已知的遗骸也只包含有牙齿和颚骨碎片。芝加哥大学古人类学家Zeray Alemseged表示:“尽管阿法南方古猿有很多头骨,但我们不知道该属早期成员到底有着什么样的面孔。”

2016年2月10日,多亏了一位名叫Ali Bereino的牧民的惊人发现,事情开始出现转机。

当时,由Haile-Selassie率领的一支探险队正在埃塞俄比亚阿法尔地区的沃朗索-米勒(Woranso-Mille)进行挖掘。这片遗址距离 Bereino放牧的米罗·多拉(Miro Dora)不到5公里。据Haile-Selassie说,Bereino多年来一直试图加入自己的团队。他有时会声称自己在侵蚀的岩石上发现了化石;但当Haile-Selassie过去查看的时候,什么也没有看到。

那天,Bereino正在修一个临时羊圈,他在挖土时注意到砂岩表面露出了一根骨头。Bereino迅速与当地一名政府官员取得了联系,他们都认为Haile-Selassie会对此感兴趣。

当这位官员打电话给Haile-Selassie时,他仍然持怀疑态度,回答说Bereino应该在他发现化石的地方做标记,然后步行到他的营地说明情况。当Bereino和官员到达时,Haile-Selassie很快意识到这一发现的重要性。Bereino发现了一块属于远古人类的上颌骨。

Haile-Selassie立即停下手中的工作,步行4公里来到Bereino的羊圈。就在离Bereino发现上颌骨一米多远的地方,Haile-Selassie很快发现了剩下的大部分头骨。“我激动地跳上跳下,甚至没有立刻把它们挖掘出来,”Haile-Selassie说道。“(官员)疑惑地看着我,然后问他的朋友,’博士怎么了?他疯了吗?’”

Haile-Selassie发现上颌骨和头骨完全吻合,之后带着化石回到营地,用大手帕和借来的围巾把它们包了起来。“我这辈子从未见他这么开心过,”研究报告的合著者、马克斯普朗克进化人类学研究所(Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology)古生物学家、探险队成员Stephanie Melillo说道。他甚至激动到说不出话来:他的手一直在发抖。”

凝灰岩中时间表

第二天,Haile-Selassie、Melillo和他们的团队徒步前往米罗·多拉。他们决心用仔细筛选,哪怕是最细小的骨头碎片也不放过。他们以发现点为中心,以5米为半径向一边呈扇形散开。但筛选过程中,他们个个都把自己弄得脏兮兮。他们附近有一个臭气熏天的垃圾堆:由数年的山羊粪便层层堆积起来,厚度达30公分。事实证明,他们的忍受是值得的。在接下来的几天里,研究人员在粪堆下面发现了更多的头骨,包括一块至关重要的颧骨。

回到实验室后,Haile-Selassie的团队发现,该头骨的下颚骨和牙齿与湖畔南方古猿的最相似。但辨认出头骨只是解开谜团的其中一步。湖畔南方古猿是何时何地出生和死亡的呢?

为了找到答案,Beverly Saylor领导的一个地质学家团队对沃朗索-米勒沃地区(Woranso-Mille)进行了详细的考察。他们要特别寻找的是凝灰岩,由古代火山灰形成的沉积层。凝灰岩中的一些矿物中含有微量放射性同位素钾-40,从矿物形成到现在,钾-40会按时间有规律地衰变。通过计算这些衰变产物,Saylor的团队便可以知道这些晶体以及凝灰岩是什么时候形成的。因此,为了确定头骨的年代,研究小组需要找到夹在化石沉积物中的两层凝灰岩。

《自然》杂志上刊载的第二篇研究论文中,Saylor的团队称,头骨上方的凝灰岩形成于376万至377万年前,头骨下方的凝灰岩形成于380多万年前。此外,研究人员还拼凑出了头骨的埋葬环境:他们发现头骨被埋在湖岸的一个三角洲中,周围是灌木丛和成片的树木。“可能是在河边,也可能是在湖边。它死在那里,然后被运到三角洲,并埋在了那里,”凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的地层学家Saylor说道。

进化的多种模式

这张脸在很多方面满足了研究人员的预期。与其他南方古猿一样,湖畔南方古猿的脸又长又斜,不像现代人的脸是平的。其牙齿和下颚的尺寸也能讲得通:后来的南方古猿开始吃硬质食物,其骨头和肌肉都变大,面部也变得更大更宽。虽然湖畔南方古猿的脸比早期的灵长类动物更健壮,但却没有后来的亲属那么大。

但如果 Haile-Selassie和Melillo是正确的,那么这个头骨可能会引发更多关于阿法南方古猿如何进化问题的讨论。

早期古人类头骨的一个关键特征是眼窝后面的头骨变窄了。更古老、更原始的古人类头骨往往比年轻的古人类头骨更窄。新发现的湖畔南方古猿的头骨在眼窝后变得相当狭窄。这一特征可能会澄清“贝罗德利额骨”(Belohdeli frontal)的身份,这是1981年发现的一块距今390万年的南方古猿头骨碎片。

当贝罗德利额骨首次被发现时,一些研究人员认为它属于阿法南方古猿,但他们不能确定。湖畔南方古猿发现后,其归属问题就变得难确定了。研究人员无法确认这块骨头是否属于湖畔南方古猿,因为那时尚未找到该物种的特征分明的额骨。

Melillo说:“几十年来,这块化石一直未能分类。”

现在他们有了新的头骨作为参考,Melillo和Haile-Selassie认为贝罗德利额骨不属于湖畔南方古猿,而属于阿法南方古猿。

由于贝罗德利额骨比新的头骨更加古老,这一发现表明,在380万至390万年前,湖畔南方古猿和阿法南方古猿曾共同生活在地球上。这是一次进化上的剧变:科学家们曾认为,湖畔南方古猿经过几代的连续进化后演变成了阿法南方古猿,这是一个直线过程,排除了重叠情况。现在,研究人员认为,到390万年前,已经有一群湖畔南方古猿已经从其他湖畔南方古猿中分离出来,进化成了阿法南方古猿,而其他湖畔南方古猿则保持原样。

一些科学家表示,要证实这一进化过程需要更多的化石。“为了增强信心……我们需要非常大的样本量,无论是在时间层面还是跨越时间层面,”亚利桑那州立大学人类起源研究所的古人类学家William Kimbel说道,他并未参与这项研究。“你不能仅凭两个样本就对进化模式作出断言。”

研究小组表示,他们考虑了多方面的研究,包括更详细地研究湖畔南方古猿和阿法南方古猿在饮食和生活方式上的差异。但现在,研究化石的科学家们获得了一种新的乐趣:一种可以瞪着你的化石。

“它真的让你充满惊奇,” Melillo说道。“能够看到这个我已经如此熟悉的化石的真实面孔,真是太酷了。”

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