氣候變化和板塊構造如何塑造人類進化

一項新的研究將新人屬物種的出現、腦容量的擴大以及早期人類的遷徙與深水淡水湖的出現聯絡起來

編者按:以下文章經對話許可轉載,《對話》是一個報道最新研究的線上出版物。

東非是進化的溫床,這應該不足為奇,因為在過去五百萬年裡,這裡的景觀已經發生了翻天覆地的變化。

板塊構造和不斷變化的氣候的非凡力量將東非從相對平坦、森林茂密的地區轉變為山巒起伏、支離破碎的景觀,其特點是巨大深水湖的快速出現和消失。正是在這種高度多變的景觀中,出現了一種足夠聰明的猿類,可以質疑自身的存在。


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被構造運動搖籃的搖籃
兩千萬年前,印度和亞洲大陸板塊發生碰撞,推升了巨大的青藏高原。 夏季,這個高原就像一臺巨大的熱機,吸收太陽能並將其轉移到大氣中,從而引起巨大的對流。 隨著所有這些熱空氣上升,空氣從四周吸入,包括來自印度洋的潮溼空氣,從而產生強烈的東南亞季風。

這對從非洲大陸吸走水分產生了連鎖反應,正是這開始了東非逐漸乾旱的過程。 就人類進化而言,亞洲和非洲氣候之間的這種明顯分裂與亞洲和非洲猿類之間的分裂相吻合,後者最終進化成了我們。

在青藏高原隆起的同時,裂谷過程在衣索比亞開始,並逐漸向南移動,大約一百萬年前在莫三比克結束。 這種裂谷是由東非北部地殼下的岩漿熱點加熱地殼引起的,導致地殼像烤過頭的蘋果派一樣從中間裂開。

裂谷過程產生了一個深而寬的懸谷,海拔半英里,兩側是抬升的山肩或山脈,高達兩英里。 東非大裂谷的形成對當地氣候的影響是巨大的。

東非大裂谷的山脈阻止了來自印度洋的潮溼空氣流過東非,導致該地區進一步乾燥。 東非的地形徹底改變:從覆蓋著潮溼森林的同質平坦地區,變成山巒起伏的景觀,擁有高原和深邃的裂谷,植被從雲霧森林到沙漠灌木叢不等。

進化,我們的應對策略
面對支離破碎的植被和食物來源之間更大的距離,可能導致了人類兩足行走的進化——大約六百萬年前用兩條腿直立行走。 這些非常成功的早期兩足人科動物,如地猿始祖種南方古猿阿法種,然而,它們的大腦相對較小,顱容量約為 450 立方厘米3,而現代人類的顱容量超過 1,500 立方厘米3

東非大裂谷的發展使景觀支離破碎,形成了大量獨立的湖盆。 山地景觀使這些盆地對降雨的微小變化非常敏感。 波茨坦大學的馬丁·特勞特及其同事發現了地質證據,表明深水淡水湖存在於大約 260 萬年前、180 萬年前和 100 萬年前——這些都是人類進化史上的關鍵日期。

在這些時期的每一個時期,東非的當地氣候都在一個 20,000 年的週期內變化,從極端乾旱到非常潮溼的條件。 因此,我們的祖先可能曾經擁有田園詩般的環境,但隨著湖泊在幾代人的時間裡乾涸而被殘酷地奪走。 數千年後,湖泊將再次出現,迴圈將重新開始。 這個 20,000 年的週期是由地球繞太陽軌道的變化驅動的,這影響了任何特定季節接收到的陽光量。 在東非,它對兩個雨季的時間和持續時間產生了重大影響。

最近發表在 PloS ONE 雜誌上的研究由曼徹斯特大學的蘇珊娜·舒爾茨和我共同完成,首次在統計學上將新人屬物種的出現、腦容量的擴大以及走出非洲的運動與深水淡水湖的出現和消失聯絡起來(證實了馬丁·特勞特和我最初的研究成果)。

人類進化最深刻的時期發生在約 180 萬年前,這一時期記錄了最多樣化的人屬物種,包括魯道夫人直立人的出現,它們的大腦容量顯著增加,達到 900 立方厘米3,以及我們古代人類祖先首次大規模地從東非分散到歐亞大陸。 在此期間,短暫的深水淡水湖沿著東非大裂谷的整個長度出現和消失,導致了根本性的環境變化,將這些新物種推出了非洲。

我們現在已經開始拼湊出一幅連貫的圖景,瞭解過去一千萬年來不斷變化的東非景觀是如何推動人類進化的。 該地區已經發生了翻天覆地的變化,從平坦和森林茂密變成充滿了壯觀的兩英里高的山脈、稀樹草原和熱帶森林。 透過啟動土地形成對降雨微小變化敏感的湖盆,極端的氣候脈衝,即交替的乾旱和溼潤時期發生,並對生活在東非的所有動物產生了深遠的影響。 強大的板塊構造力和氣候變異性最終導致了我們人科動物祖先的發展以及他們從非洲到高加索地區、新月沃土,最終到世界其他地區的擴散。

馬克·馬斯林接受英國皇家學會和 NERC 的資助。 本文最初發表於對話。 閱讀原文

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