Gamla strutsäggskal från Ysterfontein 1, en mellanstenåldersmylla i Sydafrika. Visat är utvalda äggskal från det översta lagret av mitten daterat med Uranium-Thorium (U-Th, eller 230Th/U) geokronologi, med sina yttre ytor uppåt. Skalstången är 1 cm. Med nya 230Th/U begravningsåldrar av strutsäggskal, Ysterfontein 1 är den äldsta väl daterade marina skalmidden, indikerar att människor är anpassade för att systematiskt utnyttja kustresurser som skaldjur för ~120 tusen år sedan. Kredit:E. Niespolo.
Arkeologer har lärt sig mycket om våra förfäder genom att rota i deras sophögar, som innehåller bevis på deras diet och befolkningsnivåer när den lokala floran och faunan förändrades över tiden.
Ett vanligt köksskrot i Afrika – skal av strutsägg – hjälper nu till att reda ut mysteriet om när dessa förändringar ägde rum, tillhandahåller en tidslinje för några av de tidigaste Homo sapiens som slog sig ned för att utnyttja marina livsmedelsresurser längs den sydafrikanska kusten mer än 100, 000 år sedan.
Geokronologer vid University of California, Berkeley, och Berkeley Geochronology Center (BGC) har utvecklat en teknik som använder dessa allestädes närvarande kasseringar för att exakt datera soptippar – artigt kallade mitters – som är för gamla för att dateras med radiokol- eller kol-14-tekniker, standarden för material som ben och trä som är yngre än cirka 50, 000 år.
I en tidning publicerad denna månad i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences, tidigare doktorand vid UC Berkeley Elizabeth Niespolo och geokronolog och BGC och biträdande direktör Warren Sharp rapporterade att de använde uran-thorium-datering av strutsäggskal för att fastställa att en mitt utanför Kapstaden, Sydafrika, deponerades mellan 119, 900 och 113, 100 år sedan.
Det gör att sajten, kallas Ysterfontein 1, den äldsta kända snäckskalsmödeln i världen, och antyder att tidiga människor var helt anpassade till kustnära liv vid omkring 120, 000 år sedan. Detta slår också fast att tre hominidtänder som hittats på platsen är bland de äldsta Homo sapiens-fossilen som hittats i södra Afrika.
Tekniken är tillräckligt exakt för att forskarna på ett övertygande sätt ska kunna konstatera att den 12,5 fot djupa högen av mest marina snäckor — musslor, blötdjur och limpets – blandade med djurben och äggskal kan ha avsatts under en period på så lite som 2, 300 år.
De nya tiderna reviderar redan några av de antaganden som arkeologer hade gjort om de tidiga Homo sapiens som deponerade sitt sopor på platsen, inklusive hur deras befolkning och födosöksstrategier förändrades med förändrat klimat och havsnivå.
"Anledningen till att detta är spännande är att den här webbplatsen inte skulle ha kunnat dateras med radiokol eftersom den är för gammal, "Niespolo sa, noterar att det finns många fler sådana platser runt om i Afrika, särskilt kustområdena i Sydafrika.
"Nästan alla av den här typen av platser har strutsäggskal, så nu när vi har den här tekniken, det finns denna potential att gå och besöka dessa webbplatser igen och använda detta tillvägagångssätt för att datera dem mer exakt och mer exakt, och ännu viktigare, ta reda på om de är i samma ålder som Ysterfontein eller äldre eller yngre, och vad det säger oss om födosök och mänskligt beteende i det förflutna, " tillade hon.
Eftersom strutsäggskal är allestädes närvarande i afrikanska mjölsorter - äggen är en rik källa till protein, motsvarande cirka 20 kycklingägg — de har varit ett attraktivt mål för geokronologer. Men tillämpningen av uran-torium-datering – även kallad uranserier – på strutsskal har berörts av många osäkerheter.
"Det tidigare arbetet med att datera äggskal med uranserier har verkligen drabbats, och mest missar, sa Niespolo.
Precisionsdatering skjuts tillbaka till 500, 000 år sedan
Andra metoder som är tillämpliga på webbplatser äldre än 50, 000 år, som luminescensdatering, är mindre exakta – ofta med en faktor 3 eller mer – och kan inte utföras på arkivmaterial som finns på museer, sa Sharp.
Forskarna tror att uran-torium-datering kan ge åldrar för strutsäggskal så gamla som 500, 000 år, utökar exakt datering av mitter och andra arkeologiska platser ungefär 10 gånger längre in i det förflutna.
Äggskalsstrukturer utövar en primär kontroll på fördelningen av sekundära U och Th, så rumslig karakterisering av nyckelelement och noggrann provtagning krävs för att producera korrekta åldrar med 230Th/U-datering. Skalstänger är 1 mm. A. Mikrofotografi i tunn sektion av ett modernt strutsäggskal i tvärsnitt, och motsvarande äggskalsstrukturer betecknade med V (vertikalt lager), P (palissad eller prismatiskt lager), och C (konskikt). Porer som fungerar som syrevägar för inkubering av kycklingar är synliga som öppna hål som penetrerar genom äggskalet. B. Epoximonterat fragment av ett gammalt äggskal från Ysterfontein 1 i tvärsnitt, som visar samma äggskalsstrukturer är välbevarade i djup tid. Analyser från laserablation är uppenbara längs gropade linjer och spårar koncentrationer av U och Th. En por är uppenbar i mitten av det monterade fragmentet. 230Th/U begravningsålder för äggskal från detta lager är ~118 tusen år gamla. Kredit:E. Niespolo.
"Detta är den första publicerade mängden data som visar att vi kan få riktigt sammanhängande resultat för saker långt utanför radiokarbonområdet, runt 120, 000 år sedan i det här fallet, sa Sharp, som är specialiserad på att använda uran-torium-datering för att lösa problem inom paleoklimat och tektonik samt arkeologi. "Det visar att dessa äggskal bibehåller sina intakta uranseriesystem och ger tillförlitliga åldrar längre tillbaka i tiden än vad som visats tidigare."
"De nya datumen på strutsäggskal och utmärkt bevarande av djurlivet gör Ysterfontein 1 till den hittills bäst daterade mångskiktade skalmödeln från medelstenåldern på den sydafrikanska västkusten, " sa medförfattaren Graham Avery, en arkeozoolog och pensionerad forskare vid Iziko South African Museum. "Vidare tillämpning av den nya dateringsmetoden, där strutsäggskalsfragment finns tillgängliga, kommer att stärka kronologisk kontroll i närliggande platser från medelstenåldern, såsom Hoedjiespunt och Sea Harvest, som har liknande fauna och litiska sammansättningar, och andra på södra Kapkusten."
De första mänskliga bosättningarna?
Ysterfontein 1 är en av ett dussin skalmödel utspridda längs västra och östra kusterna i Western Cape-provinsen, nära Kapstaden. Utgrävdes i början av 2000-talet, det anses vara en plats från medelstenåldern som etablerades runt den tid då Homo sapiens utvecklade komplexa beteenden som territorialitet och konkurrens mellan grupper, samt samarbete mellan icke-anhöriga grupper. Dessa förändringar kan bero på att dessa grupper övergick från jägare-samlare till bofasta befolkningar, tack vare stabila källor till högkvalitativt protein – skaldjur och marina däggdjur – från havet.
Tills nu, åldrarna för platser från medelstenåldern som Ysterfontein 1 har varit osäkra med cirka 10 %, gör jämförelser mellan platser från medelstenåldern och med senare stenåldersplatser svårt. De nya datumen, med en precision på cirka 2 % till 3 %, placera platsen i ett sammanhang med väldokumenterade förändringar i det globala klimatet:den ockuperades omedelbart efter den senaste mellanistidperioden, när havsnivån var hög, kanske 8 meter (26 fot) högre än idag. Havsnivån sjönk snabbt under ockupationen av platsen - strandlinjen drog sig tillbaka upp till 2 miles under denna period - men ansamlingen av snäckor fortsatte stadigt, antyder att invånarna hittade sätt att tillgodose den förändrade fördelningen av marina matresurser för att behålla sin föredragna kost.
Studien visar också att skalmödeln Ysterfontein 1 ackumulerades snabbt - kanske ungefär 1 meter (3 fot) var 1, 000 år - vilket antyder att medelstenålderns människor längs den södra afrikanska kusten i stor utsträckning använde marina resurser, ungefär som människor gjorde under den senare stenåldern, och föreslår att effektiva marina födosöksstrategier utvecklades tidigt.
För dejting, äggskal är bättre
Åldrar kan kopplas till vissa arkeologiska platser äldre än 50, 000 år genom argon-argon (40Ar/39Ar) datering av vulkanaska. Men aska är inte alltid närvarande. I Afrika, dock – och före holocen, i hela Mellanöstern och Asien – strutsäggskal är vanliga. Vissa platser innehåller till och med strutsäggsnäckor gjorda av tidiga Homo sapiens.
Under de senaste fyra åren, Sharp och Niespolo genomförde en grundlig studie av strutsäggskal, inklusive analys av moderna äggskal erhållna från en strutsfarm i Solvang, Kalifornien, och utvecklat ett systematiskt sätt att undvika osäkerheten i tidigare analyser. En viktig observation var att djur, inklusive strutsar, ta inte upp och förvara uran, även om det är vanligt i delar per miljard nivåer i de flesta vatten. De visade att nylagda strutsskal inte innehåller något uran, men att det tas upp efter begravning i marken.
Detsamma gäller snäckskal, men deras kalciumkarbonatstruktur - ett mineral som kallas aragonit - är inte lika stabil när den är begravd i jord som kalcitformen av kalciumkarbonat som finns i äggskalet. På grund av detta, äggskal behåller bättre det uran som tagits upp under de första hundra åren eller så att de begravs. Ben, består till största delen av kalciumfosfat, har en mineralstruktur som inte heller förblir stabil i de flesta markmiljöer och inte heller pålitligt kvarhåller absorberat uran.
Uran är idealiskt för datering eftersom det sönderfaller med konstant hastighet över tiden till en isotop av torium som kan mätas i små mängder med masspektrometri. Förhållandet mellan denna toriumisotop och det uran som fortfarande är närvarande berättar geokronologer hur länge uranet har suttit i äggskalet.
Uran-seriedejting bygger på uran-238, den dominerande uranisotopen i naturen, som sönderfaller till torium-230. I protokollet utvecklat av Sharp och Niespolo, de använde en laser för att aerosolisera små fläckar längs ett tvärsnitt av skalet, och körde aerosolen genom en masspektrometer för att bestämma dess sammansättning. De letade efter fläckar med hög uranhalt och inte kontaminerade av en andra isotop av torium, torium-232, som också invaderar äggskal efter begravning, fast inte lika djupt. De samlade in mer material från dessa områden, löst det i syra, och sedan analyserade det mer exakt för uran-238 och torium-230 med "lösning"-masspektrometri.
Dessa procedurer undviker några av teknikens tidigare begränsningar, ger ungefär samma precision som kol-14, men över ett tidsintervall som är 10 gånger större.
"Nyckeln till denna dateringsteknik som vi har utvecklat som skiljer sig från tidigare försök att datera strutsäggskal är det faktum att vi uttryckligen redogör för det faktum att strutsäggsskal inte har något primärt uran i sig, så uranet som vi använder för att datera äggskalen kommer faktiskt från markens porvatten och uranet tas upp av äggskalen vid deponering, sa Niespolo.
