Som art, vi människor har alltid varit fascinerade av var vi kom ifrån. Initialt, man trodde att människor inte kunde ha sitt ursprung från Afrika.

Den missuppfattningen började sakta förändras från 1925, när den moderna disciplinen paleoantropologi – studiet av vårt ursprung – föddes i Sydafrika. Det var då professor Raymond Dart vid University of the Witwatersrand, i Johannesburg, insåg betydelsen av en liten fossil skalle som fördes till honom från Taung, i landets nordvästra provins.

Dart insåg att skallen tillhörde en varelse som varken var helt apa eller människa:den representerade en av våra avlägsna förfäder, som han kallade Australopithecus africanus , betyder " södra apan i Afrika ".

Under åren som följde hittade paleontologen Robert Broom fler fossiler av vuxna individer från Sterkfontein och andra grottor i det område vi nu känner som mänsklighetens vagga, strax utanför Johannesburg. Hans arbete cementerade det faktum att Afrika var mänsklighetens födelseplats, även om det tog år för många europeiska forskare att komma fram till detta.

Sedan 1960-talet, detta viktiga områdes fossilregister har till stor del tagit en baksäte till östafrikanska fynd. Det beror på att vi inte visste hur gamla grottorna i mänsklighetens vagga är, och kunde därför inte ge avgörande datum för de många fossiler som finns i dem. Den geologiska miljön i vaggan skiljer sig mycket från Östafrikas Rift System, där det finns vulkaniska asklager mellan fossilbäddarna; askskikten kan dateras, ger fossilerna åldrar. Sydafrikas grottor har inga sådana vulkaniska lager.

Men det finns andra typer av stenar i grottorna. Arbetar med dessa, mina kollegor och jag använde en metod som kallas uran-bly-datering för att fastställa åldrarna på grottorna i mänsklighetens vagga. Detta innebär att vi kan begränsa hela den tidiga mänskliga historien om vaggan till några korta tidsfönster för mellan en och tre miljoner år sedan.

En av de saker som är särskilt spännande med den här forskningen är att vi – för första gången – kan jämföra sydafrikanska homininer med deras kusiner i Östafrika.

Låsa upp flödesstenar

Grottor är fulla av speciella bergarter. Det finns stalagmiter som växer upp från golven, och stalaktiter som hänger ner från taken. När droppvatten i grottan rinner längs golvet, stenar som kallas flödesstenar bildas – och när de gör det, mineralet uran är låst inuti dem, kristall för kristall. Detta skapar en sorts "klocka" som talar om för oss hur gamla flödesstenarna är.

Vi samlade dessa flytstenar från de olika grottplatserna i vaggan, tog dem tillbaka till labbet, extraherade och koncentrerade sedan den lilla mängden uran som fanns inuti då, samt den ännu mindre mängd bly som har producerats från uranförmultningen. Dessa uran- och blyisotoper tillåter oss att läsa flödesstenarnas "klockor" – tekniskt känd som uran-bly-datering.

Denna dejting med uranbly är inte ny. Det är väletablerat och har använts av geologer i årtionden; det är så vi vet hur gammal jorden är. Ändå, det har inte varit en lätt process. Mina kollegor och jag var tvungna att anpassa den befintliga uran-bly-dateringsmetoden specifikt för de sydafrikanska flödesstenarna. Utmaningen var att i stenar som bara är några miljoner år gamla – unga med geologiska mått mätt – har det inte funnits mycket tid att samla bly, dotterns sönderfallsprodukt av uran.

Det har tagit oss 13 år att nå denna punkt. Men det har varit värt att vänta.

I vår senaste Nature-tidning, vi sammanställde den största datauppsättningen någonsin för Cradle-grottorna och kunde noggrant analysera dessa och leta efter mönster. Specifikt, vi frågade om alla grottorna var öppna till ytan för fossiler att skölja in i dem och samla fossiler samtidigt – eller om var och en fungerade som sitt eget lilla ekosystem.

The Cradle är en relativt liten plats (ca 10 x 15 km), och vi skulle förvänta oss att samma händelser skulle registreras i alla grottorna samtidigt.

Och det är precis vad vi hittade. Vi daterade 29 flowstones, från åtta grottor, och fann att flödesstenarna alla daterar till samma sex smala tidsfönster. Till exempel, 2 miljoner år sedan, alla viktiga grottplatser tvärs över vaggan stängdes – ingenting sköljdes in i dem – med flytsten som bildades inuti dem.

Vi vet också att flytstenar bara kan bildas under tider då det regnar mer. Så genom att datera flödesstenarna, vi plockar ut dessa tider i det förflutna. För första gången vet vi att våra tidiga mänskliga förfäder levde genom stora förändringar i det lokala klimatet. Sedimenten med fossilerna i dem inne i grottorna, är alla inklämda mellan flödesstenar. Vi tolkar detta mönster, flowstone-sediment-flowstone, som en signal om dessa förändrade klimat, med sedimenten som representerar torrare tider.

Det betyder att alla fossiler från vaggan, hominin och andra djur, ackumuleras under torrare tider.

Dejta det odaterbara

Flödesstensskikten i grottorna är motsvarigheten till askskikten i Rift Valley. Med uran-bly åldras för dessa flödesstenar, Sydafrikas fossiler kan ta sig ur skuggorna av att vara odaterade och odaterbara.

Detta kommer att tillåta världen att vända sin uppmärksamhet tillbaka till landets otroligt rika fossilregister med en större förståelse för när dessa fossiler bildades och vad det säger oss om mänsklig evolution.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.