Förra året, forskare meddelade att ett mänskligt käkben och förhistoriska verktyg hittades 2002 i Misliya Cave, på den västra kanten av Israel, var mellan 177, 000 och 194, 000 år gammal.

Fyndet antydde att moderna människor, som har sitt ursprung i Afrika, började migrera ut från kontinenten minst 40, 000 år tidigare än vad forskare tidigare trodde.

Men historien om hur och när moderna människor uppstod och spreds över hela världen är fortfarande i utkastform. Det beror på att vetenskapen inte har avgjort hur många gånger moderna människor lämnade Afrika, eller bara hur många vägar de kan ha tagit.

En ny studie publicerad denna vecka [nov. 25, 2019] i Proceedings of the National Academy of Sciences av amerikanska och israeliska geoforskare och klimatologer ger bevis för att sommarmonsuner från Asien och Afrika kan ha nått in i Mellanöstern under tidsperioder som går tillbaka åtminstone 125, 000 år, tillhandahålla lämpliga korridorer för mänsklig migration.

Den troliga tidpunkten för dessa nordliga monsunexpansioner motsvarar cykliska förändringar i jordens omloppsbana som skulle ha fört norra halvklotet närmare solen och lett till ökad sommarnederbörd. Med ökad sommarnederbörd kan det ha blivit ökad vegetation, stödja djurs och människors migration till regionen.

"Det kan vara ett viktigt sammanhang för experter som studerar hur, Varför, och när de tidiga moderna människorna migrerade ut från Afrika, " säger huvudförfattaren Ian Orland, en geoforskare vid University of Wisconsin–Madison nu vid Wisconsin Geological and Natural History Survey, i avdelningen för förlängning. "Östra Medelhavet var en kritisk flaskhals för den vägen ut ur Afrika och om vårt förslag är rätt, vid 125, 000 år sedan och potentiellt under andra perioder, det kan ha förekommit mer konsekvent nederbörd på årsbasis som kan förbättra människors förmåga att migrera."

Så länge som människor har fört register, vintrarna har varit blöta och somrarna har varit varma och torra i Levanten, en region som inkluderar Israel, Syrien, Libanon, Jordanien och Palestina. Innan modern tid, de varma, torra somrar skulle ha utgjort en betydande barriär för människor som försökte röra sig över landskapet.

Forskare, fastän, har haft svårt att avgöra vilka typer av nederbördsmönster som kan ha funnits i den förhistoriska Levanten. Vissa studier som undersöker en mängd olika bevis, inklusive pollenregister, gamla sjöbäddar, och Döda havets sediment, tillsammans med några klimatmodelleringsstudier, indikera somrar i regionen kan ha, vid tillfälle, varit blöt.

För att försöka förstå denna säsongsvariation bättre, Orland och kollegor tittade på grottformationer som kallas speleothems i Israels Soreq-grotta. Speleothems, såsom stalaktiter och stalagmiter, bildas när vatten droppar in i en grotta och avsätter ett hårt mineral som kallas kalcit. Vattnet innehåller kemiska fingeravtryck som kallas isotoper som håller register, som ett arkiv, av timing och miljöförhållanden under vilka speleothems har vuxit.

Bland dessa isotoper finns olika former av syremolekyler - en lätt form som kallas O ¹⁶ och en tung form som kallas O ¹⁸ . I dag, vattnet som bidrar till speleothems tillväxt under stora delar av året har både tungt och lätt syre, med det lätta syret som till övervägande del levereras av regnstormar under den våta vintersäsongen.

Orland och hans kollegor antog att de skulle kunna urskilja från speleothems huruvida två regnperioder hade bidragit till deras tillväxt ibland tidigare eftersom de kan visa en liknande signatur av lätt syre i både vinter- och sommarväxt.

Men för att göra denna jämförelse, forskarna var tvungna att göra isotopmätningar över enstaka tillväxtband, som är smalare än ett människohår. Med hjälp av ett känsligt instrument på UW–Madison Department of Geoscience som kallas en jonmikrosond, laget mätte de relativa mängderna lätt och tungt syre i säsongsmässiga steg över tillväxtbanden på två 125, 000 år gamla speleothems från Soreq Cave.

Detta var första gången som säsongsmässiga förändringar direkt mättes i en speleothem så gammal.

Samtidigt som Orland letade efter geologiska svar, hans UW–Madison-kollega vid Nelson Institute for Environmental Studies Center for Climatic Research, Feng He, använde självständigt klimatmodeller för att undersöka hur vegetationen på planeten har förändrats med säsongsvariationer under de senaste 800, 000 år. Kollegor sedan forskarskolan, Han och Orland gick ihop för att kombinera sina respektive tillvägagångssätt efter att ha lärt sig att deras studier kompletterade varandra.

En tidigare studie 2014 från UW–Madisons klimatolog och professor emeritus John Kutzbach visade att Mellanöstern kan ha varit varmare och blötare än vanligt under två tidsperioder motsvarande ungefär 125, 000 år sedan och 105, 000 år sedan. Under tiden, vid en punkt däremellan, 115, 000 år sedan, förhållandena där var mer liknande idag.

De blötare tidsperioderna motsvarade toppsommarinsoleringen på norra halvklotet, när jorden passerar närmare solen på grund av subtila förändringar i dess omloppsbana. Den torrare tidsperioden motsvarade en av dess längsta banor från solen. Monsunsäsonger tenderar att vara starkare under maximal solinstrålning.

Detta gav honom en möjlighet att studera nederbörd med hög och låg instrålning under sommarsäsongerna i Mellanöstern och att studera dess isotopiska signaturer.

Klimatmodellen "drev på sommarmonsunhypotesen" eftersom den antydde att "under dessa förhållanden, monsunerna kunde ha nått Mellanöstern och skulle ha ett lågt O ¹⁸ signatur, " Han, en studie medförfattare, säger. "Det är en mycket spännande period när det gäller klimat och mänsklig utveckling."

Hans modell visade att expansion norrut av de afrikanska och asiatiska sommarmonsunerna var möjlig under denna tidsperiod, skulle ha medfört betydande nederbörd till Levanten under sommarmånaderna, skulle ha nästan fördubblat den årliga nederbörden i regionen, och skulle ha lämnat en syreisotopsignatur som liknar vinterregn.

På samma gång, Orlands speleothem-isotypanalys antydde också att somrarna var regnigare under maximal solstrålning vid 125, 000 och 105, 000 år sedan.

Av liknande skäl, Mellanöstern kan också ha varit varmt och fuktigt runt 176, 000 år sedan, forskarna säger - om när käkbenet tog sig till Misliya-grottan. Och innan käkbenet, de tidigare äldsta moderna mänskliga fossilen som hittades utanför Afrika var i Israels Skhūl-grotta, går tillbaka mellan 80, 000 och 120, 000 år sedan.

Övergripande, studien tyder på att under en tidsperiod då människor och deras förfäder utforskade bortom den afrikanska kontinenten, förhållanden kan ha varit gynnsamma för dem att korsa Levanten.

"Mänsklig migration ut ur Afrika skedde i pulser, vilket definitivt överensstämmer med vår idé att varje gång jorden är närmare solen, sommarmonsunen är starkare och det är det klimatfönster som öppnade och gav möjligheter för mänsklig migration ut ur Afrika, " säger han.