För att förstå den miljöpåverkan som formade människans evolution, forskare måste först plocka ihop detaljerna om de gamla växt- och djursamhällen som våra fossila förfäder levde i under de senaste 7 miljoner åren. För att lägga pusslet med miljontals år gamla ekosystem är en svår uppgift, många studier har rekonstruerat miljöerna genom att dra analogier med dagens afrikanska ekosystem, som Serengeti. En studie ledd av en forskare vid University of Utah ifrågasätter sådana tillvägagångssätt och antyder att den stora majoriteten av mänsklig evolution inträffade i ekosystem som inte liknar någon som finns idag. Tidningen publicerades online idag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

För att testa skillnader mellan moderna och antika miljöer, forskarna analyserade en datauppsättning av mer än 200 nuvarande afrikanska däggdjurssamhällen och mer än 100 fossila samhällen som spänner över de senaste 7 miljoner åren i östra Afrika, en tidsperiod som omfattar hela mänsklig evolution. De fann att före 700, 000 år sedan, däggdjurssamhällen såg mycket annorlunda ut än idag. Till exempel, fossila samhällen stödde en större mångfald av megaväxtätare, arter över 2, 000 pund, som elefanter. Likaså, koststrukturen hos fossila samhällen avvek ofta från de man ser idag, med mönster av gräs- och lövätande arter som fluktuerar i överflöd. För cirka 1 miljon år sedan, fossila samhällen började övergå till en mer modern makeup, vilket författarna föreslår är sannolikt resultatet av långvarig gräsmarksexpansion i kombination med torra klimatpulser. Den nya artikeln lägger till växande bevis för att forskare måste kritiskt omvärdera vår förståelse av de antika ekosystemen där tidiga människor utvecklades.

"Under en lång tid, vårt område har försökt fastställa hur miljöförändringar påverkade människans evolution, men vi måste kunna rekonstruera tidigare miljöer direkt, " sa huvudförfattaren Tyler Faith, intendent för arkeologi vid Natural History Museum of Utah och biträdande professor i antropologi vid USA. "Om vi ​​fortsätter att rekonstruera forntida miljöer på grundval av moderna afrikanska ekosystem, vi saknar sannolikt en hel värld av möjligheter i hur tidigare ekosystem fungerade. Vår studie uppmanar våra forskarkollegor att tänka mer kritiskt kring det."

Koppla förändringar i däggdjurssamhällen till ekosystemfunktioner

Östafrika är en välsignelse för däggdjursfossil, vilket gör det till en idealisk region för att sätta ihop forntida ekosystem under de senaste 7 miljoner åren. Med sin omfattande databas över både antika och moderna däggdjurssamhällen, forskarna fokuserade på tre egenskaper:kost, kroppsstorlek, och matsmältningsstrategi. För alla dessa egenskaper, de fann att sammansättningen av forntida växtätare samhällen skilde sig avsevärt från dagens. Detta är nyckeln, eftersom växtätare direkt formar ekosystemens struktur på ett sätt som påverkar en mängd olika djur- och växtarter.

"Stora växtätare är inte bara passiva delar av ett ekosystem, vi vet att de kan forma landskapet. De äter växterna, och de största slår ner träd eller trampar jord, som tillsammans påverkar vegetationsstrukturen, brandregimer, näringsämnescykler, och påverkar andra organismer, inklusive människor, sa Faith.

Till exempel, moderna afrikanska ekosystem domineras av idisslare – släktingar till kor och antiloper som har fyra fack i magen för att grundligt bryta ner maten. Icke-idisslare utrustade med enkla magar är jämförelsevis sällsynta, med högst åtta arter samexisterande i samma område idag. Icke-idisslare, inklusive släktingar till elefanter, zebror, flodhästar, noshörningar och grisar, är som matsmältningstransportband, sa Faith. De äter större mängder växter för att kompensera för sin ineffektiva matsmältning. I motsats till dagens mönster, östafrikanska fossilregister dokumenterar landskap rika på samhällen som inte idisslas, med dussintals arter samexisterande inom samma område.

Fossila och moderna samhällen var också väldigt olika när det gäller kroppsstorlekar. De fossila dokumenten dokumenterar många fler megaväxtätare än deras moderna motsvarigheter. En stadig nedgång av megaväxtätare började för 4,5 miljoner år sedan tills de representerade en modernare utbredning 700, 000 år sedan.

Vad är effekten av dessa matmaskiner som alla lever tillsammans på samma ställen, när det inte är fallet idag?

"Dessa gamla växtätare samhällen konsumerade förmodligen mycket mer växtlighet, vilket innebär mindre bränsle för skogsbränder. Eftersom eld är en viktig del av moderna ekosystem i Afrika och gynnar gräsmarker framför skogsmarker, det kommer att i grunden förändra hur saker fungerar på nivån för hela ekosystem, börjar med växtsamhällena, " tillägger John Rowan, medförfattare och postdoktor vid University of Massachusetts Amherst. "Paleontologer har varit medvetna om det, men tills nu, ingen har verkligen försökt mäta hur annorlunda det förflutna var jämfört med nuet."

Torkande klimat och gräsmarker driver ett skifte

Vad drev förändringar i däggdjurssamhällen under de senaste 7 miljoner åren? En av de mest väldokumenterade förändringarna är utbyggnaden av gräsmarker under de senaste 4 miljoner åren. Många av de fossila megaväxtätarna föredrog skogsmiljöer, medan idisslare trivs på de vidöppna savannerna som dominerar delar av östra Afrika idag. Fossilregistret för växtätare följer noga de föränderliga miljöerna, med förändringar i representationen av dessa grupper som spårar långsiktig gräsmarksexpansion.

För cirka 1 miljon år sedan, fossiler visar en förändring i däggdjurssamhällets koststruktur som enbart gräsmarksexpansion inte kan förklara. De icke-idisslare som hade dominerat östafrikanska ekosystem föll i en kraftig nedgång. Detta motsvarar marina dammrekord som tyder på att regionen upplevt pulser av klimattorkning som skulle ha drabbat icke-idisslare särskilt hårt eftersom de är beroende av tillförlitlig tillgång till ytvatten, vilket innebär att många arter kan ha försvunnit längs de floder och sjöar de var beroende av. Dessutom, transportbandets ätningsstrategi för icke-idisslare är beroende av tillgång till riklig vegetation, som skulle ha minskat under perioder av torka.

Ser fram emot

Författarna klandrar inte tidigare forskare för att de förlitar sig så mycket på analogier med dagens afrikanska ekosystem, understryker att en undersökning av denna omfattning först nyligen har blivit möjlig.

"Paleontologi har drabbat en big data-era, " sa Faith. Medförfattare och biträdande professor vid Colorado State University Andrew Du tillade, "Med montering av stora, omfattande datauppsättningar, vi kan nu ställa viktiga frågor som är fundamentalt annorlunda än de som ställdes tidigare. Vi kan undersöka mönster och dynamik i större skala som utan tvekan påverkat den mänskliga evolutionens gång."