Antropologer har länge hävdat att verktygstillverkning är ett av de nyckelbeteenden som skilde våra mänskliga förfäder från andra primater. En ny tidning, dock, hävdar att det inte var verktygstillverkning som skilde homininer åt – det var miniatyrisering av verktyg.

Precis som små transistorer förvandlade telekommunikation för några decennier sedan, och forskare utmanas nu att göra dem ännu mindre, våra förfäder från stenåldern kände ett behov av att göra små verktyg. "Det är ett behov som vi ständigt har ställts inför och drivits av, " säger Justin Pargeter, en antropolog vid Emory University och huvudförfattare till uppsatsen. "Miniatyrisering är det vi gör."

Journalen Evolutionär antropologi publicerar tidningen – den första heltäckande översikten av miniatyrisering av förhistoriska verktyg. Den föreslår att miniatyrisering är en central tendens inom homininteknologier som går tillbaka åtminstone 2,6 miljoner år.

"När andra apor använde stenredskap, de valde att gå stort och stannade i skogarna där de utvecklades, " säger medförfattaren John Shea, professor i antropologi vid Stony Brook University. "Hominins valde att bli liten, gick överallt, och förvandlade annars fientliga livsmiljöer för att passa våra föränderliga behov."

Tidningen granskar hur sten flagnar mindre än en tum i längd - används för piercing, skärning och skrapning – dyker upp i det arkeologiska dokumentet på platser på alla kontinenter, går tillbaka till några av de tidigaste kända stenverktygssammansättningarna. Dessa små stenflingor, Pargeter säger, var som dagens engångsrakblad eller gem – genomträngande, lätt att göra och lätt att byta ut.

Han identifierar tre böjningspunkter för miniatyrisering i hominin-evolution. Den första spetsen inträffade för cirka två miljoner år sedan, drivs av våra förfäders ökande beroende av stenflingor i stället för spikar och tänder för skärning, skivnings- och piercingsuppgifter. En andra topp inträffade någon gång efter 100, 000 år sedan med utvecklingen av höghastighetsvapen, som pil och båge, vilket krävde lätta steninsatser. En tredje topp i miniatyrisering inträffade omkring 17, 000 år sedan. Den sista istiden var över, tvingar vissa människor att anpassa sig till snabba klimatförändringar, stigande havsnivåer och ökad befolkningstäthet. Dessa förändringar ökade behovet av att spara resurser, inklusive de stenar och mineraler som behövs för att tillverka verktyg.

En infödd i Sydafrika, Pargeter leder fältarbete i det landet längs dess karga och avlägsna kustlinje i Indiska oceanen och närliggande berg i inlandet. Han är också postdoktor vid Emory Universitys Center for Mind, Hjärna och kultur och Antropologiska institutionens paleolitiska teknologilaboratorium. Labbmedlemmarna tillverkar faktiskt stenverktyg för att bättre förstå hur våra förfäder lärde sig dessa färdigheter, och hur den processen formade vår utveckling. Laboratoriets chef, Dietrich Stout, fokuserar på handyxor, går tillbaka till mer än 500, 000 år. Dessa större verktyg anses vara en vändpunkt i människans biologiska och kognitiva evolution, på grund av komplexiteten i att göra dem.

Pargeters arbete med små verktyg lägger till ytterligare en aspekt till undersökningen av mänsklig evolution. "Han undersöker vad som kan ha lett till tvånget att producera dessa små instrument - i huvudsak förhållandet mellan verktygen och människokroppen, hjärnan och den troliga användningen av verktygen, säger Stout.

När du letar efter en Ph.D. avhandlingsämne, Pargeter fokuserade först på samlingar av större redskap, anses vara typiska för stenålderns verktygssats. Han tittade på artefakter från en sydafrikansk plats som heter Boomplaas som förvarades på Iziko-museet i Kapstaden. När han rotade i en påse som var märkt som avfall – som innehöll små flingor som man trodde var över från att tillverka större verktyg – fick han ögonen på sig. En skiva av kristallkvarts såg ut som om den hade formats med en mycket teknisk metod som kallas tryckflagning.

"Det var ringa, ungefär lika stort som ett litet russin, och vägde mindre än ett halvt öre, " minns han. "Du kan bokstavligen blåsa bort det från fingret."

Pargeter undersökte flingan under ett förstoringsglas. Han märkte att det hade en distinkt, trappstegsfraktur på sin spets som tidigare experimentell forskning visat vara förknippad med skador orsakade vid jakt.

"Det kom plötsligt upp för mig att arkeologer kan ha missat en viktig del av vårt stenverktygsregister, " säger Pargeter. "I vår önskan att göra "stora" upptäckter kan vi ha förbisett små, men viktigt, detaljer. En hel teknik kan ligga gömd bakom våra metoder, förpassad till påsar som anses vara avfall."

Så hur ska man tolka användningen av ett verktyg så litet att man lätt kan blåsa av det från fingret?

Pargeter började tänka på den här frågan i termer av flingans ålder - ungefär 17, 000 år — och miljön på den tiden. Den senaste istiden tog slut och massiv issmältning vid polerna fick den globala havsnivån att stiga. I delar av Sydafrika, de stigande haven svalde ett område lika stort som Irland. När de kustnära myrarna och gräsmarkerna försvann – tillsammans med mycket av viltet och vattenlivet – flydde jägare-samlare som bodde där inåt landet till platser som Boomplaas, för närvarande ligger cirka 80 kilometer in i landet. Bergen runt Boomplaas gav permanenta källor och andra pålitliga sötvattenkällor.

Klimatet, dock, var mindre förutsägbar, med plötsliga förändringar i temperatur och nederbörd. Vegetationen förändrades dramatiskt, temperaturerna steg och stora däggdjur blev alltmer sällsynta. Arkeologi från Boomplaas visar att människor åt småvilt som harar och sköldpaddor. Dessa små djur skulle ha varit lätta att fånga, men de tillhandahöll begränsade näringspaket.

"Det här är matkällor med låg belöning, indikerar en signal om födosökstress, " säger Pargeter. "Boomplaas kan till och med ha fungerat som en typ av flyktingläger, med grupper av jägare-samlare som flyttar bort från kusten, försöker överleva i marginella miljöer när resurserna snabbt förbrukas och klimatförändringarna ökade."

Pilpunkter lite mindre än en tum över fanns redan i den arkeologiska litteraturen, men Boomplaas kristallkvartsflinga var hälften så stor. För att få ner ett djur, Pargeter antog, Boomplaas-flingan skulle behöva gift på sin spets – härrörande antingen från växter eller insekter – och ett höghastighetssystem, som pil och båge.

Pargeter använde sin egen omfattande kunskap om förhistorisk verktygstillverkning och arkeologi för att anta att den lilla flingan kunde ha haft en skaft, använder ett växtbaserat harts, på en länkaxel, också troligen gjord av ett växtbaserat material, såsom ett vass. Det där länkaxeln, ungefär lika lång som ett finger, skulle i sin tur passa på ett lätt pilskaft.

"Länkskaftet går in i djuret, offrar det lilla bladet, men pilskaftet hoppar ut så att du kan behålla denna dyrare komponent, " säger han. "Våra förfäder var mästare i aerodynamik och agerade som ingenjörer, snarare än vad vi tänker på som "grottmänniskor". De byggde in redundans i sina tekniska system, så att de enkelt kan reparera sina verktyg och minska effekten av fel."

Våra förfäder var också kännare av den typ av finkorniga stenar som behövs för verktygstillverkning.

Leveranser av sådana viktiga verktygstillverkningsråmaterial, dock, förminskades sannolikt när de stigande haven konsumerade land och folk blev mer trångt, driver dem att mer noggrant bevara det de kunde hitta i landskapet.

Eftersom paleoantropologer står inför mer än tre miljoner år av hominin-saker, "en av de ständiga frågorna de försöker svara på är, vad gör oss människor unika? "Vi har vanligtvis sagt att verktygsanvändning gör oss mänskliga, men det är lite hopspänt, " Pargeter säger, som bevis på verktygsanvändning av andra djur ackumuleras.

Makaker, till exempel, använd stenar för att krossa ostron. Schimpanser använder stenar som hammare och städ för att knäcka nötter och de modifierar pinnar för att gräva och fiska efter termiter. Dessa verktyg, dock, är stora. "Händerna på andra primater är inte utvecklade för upprepad finmanipulation i kraftfulla uppgifter, " säger Pargeter. "Vi har utvecklat ett unikt precisionsgrepp som ökar vår förmåga till miniatyriserad teknik."

Människor är också mästare på att sprida sig i nya miljöer, till skillnad från andra primater som stannade kvar i sina förfäders landskap. "Mindre verktyg är valet av teknik för en mobil, sprider befolkningen, " säger Pargeter. "När Homo sapiens lämnade Afrika bar de inte skrymmande handyxor, men bågar och pilar och mindre stenredskap."