En ovanlig kalott och tusentals ledtrådar har skapat en sydlig twist till historien om mänskliga förfäder, i forskning publicerad i Vetenskap den 3 april.

De böljande kullarna nordväst om Johannesburg är kända för fossiler av människoliknande varelser som kallas homininer. På grund av detta, området är känt som mänsklighetens vagga.

"Under våra fältskoleutgrävningar på Drimolen, en elev började avslöja ett kluster av fragment. Vi kunde se att de var delar av en skalle. Men de var inte direkt identifierbara, säger Stephanie Baker.

Baker är forskare och Ph.D. kandidat vid Palaeo-Research Institute vid University of Johannesburg. Hon leder forskning på fossilplatsen Drimolen i mänsklighetens vagga där fragmenten av DNH 134 hittades.

Det internationella teamet leddes av forskare från La Trobe University i Australien och Washington University i St Louis i USA.

Fossil kriminalteknik

Fossiler som är miljoner år gamla kommer ofta ut ur jorden i fragment. Fragmenten måste byggas om innan forskarna med säkerhet kan identifiera vilken typ av djur de kom ifrån.

"Under loppet av fältsäsongen, fler och fler fragment avslöjades. Vi började sätta ihop dem. Ingen kunde bestämma vad denna kalott var ifrån, tills en natt allt kom ihop – och vi insåg att vi tittade på en hominin, " säger hon. De döpte kaloten till DNH 134.

Nästa fråga var — vilken sorts hominin? Mänsklighetens vagga har flera olika arter av mänskliga förfäder och platsen Drimolen hade minst två slag.

"Det här fyndet utmanade oss verkligen. Vi jämförde den sammansatta kaloten med alla andra exempel på homininer i Cradle-området. Så småningom, dess tårform och relativt stora hjärnhålighet gjorde att vi tittade på Homo erectus, säger Baker.

Homo erectus är en av våra direkta mänskliga förfäder och är mest känd för att ha migrerat ut från Afrika till resten av världen.

Dessa homininer gick upprätt och var en mer människoliknande art än de andra homininerna som fanns i vaggan. De hade kortare armar och längre ben. De kunde gå och springa längre sträckor över de afrikanska gräsmarkerna än de andra.

Hur gammal?

När frågan om "vilken art?" besvarades, två andra stora frågor dök upp. Hur länge sedan levde den här personen? Och hur gamla var de när de dog?

Forskarna visste att inga andra Homo erectus-fossiler någonsin hade hittats i Sydafrika tidigare. Ännu mer överraskande var den tidsperiod som antyddes av jordlagren som skallfragmenten hittades i." Innan vi hittade DNH 134, vi visste att den äldsta Homo erectus i världen var från Dmanisi i Georgien för 1,8 miljoner år sedan, säger Baker.

Bygg ett 3D-pussel över tiden

Att försöka ta reda på hur gamla fossiler är från grottorna väster om Johannesburg är ganska knepigt. Det fanns inga vulkaner under homininernas tid, så det finns inga asklager för att ge forskarna snabba åldersuppskattningar, som de använder för östafrikanska platser.

Men medan de höll på att avslöja fragmenten vid Drimolen, de behöll och registrerade varje ledtråd de kunde hitta. Detta inkluderade fragment av små djur som fladdermöss och ödlor, men också saker som jordprover.

De kan också berätta exakt var i 3D-rymden i Drimolens stenbrott varje litet fossilfragment hittades.

Sedan använde forskarteamet alla möjliga dateringstekniker som fanns för att få ett så exakt datum som möjligt för insättningen. Detta inkluderade paleomagnetisk datering, Elektronspinresonans, Uran bly dating, och fauna dating.

Möjligt förskjuten, tidigare ursprung

"Vi sammanställde alla datum från var och en av dessa tekniker och tillsammans visade de att vi hade en mycket exakt ålder. Vi vet nu att Drimolen Main Quarry och alla fossiler i det, är daterade från 2,04 till 1,95 miljoner år sedan, säger Baker.

Det betyder att DNH 134 är mycket äldre än den näst äldsta Homo erectus i Afrika; och från Georgien.

"Åldern på fossilet DNH 134 visar att Homo erectus existerade 150, 000 till 200, 000 år tidigare än man tidigare trott, " säger professor Andy Herries. Herries är projektledare tillsammans med Baker och huvudforskare. Han är chef för institutionen för arkeologi och historia, vid La Trobe University i Australien och assistent vid Palaeo-Research Institute vid UJ.

Eftersom Homo erectus är en av våra direkta förfäder, upptäckten har konsekvenser för de moderna människornas ursprung.

"Tills detta fynd, vi har alltid antagit att Homo erectus härstammar från östra Afrika. Men DNH 134 visar att Homo erectus, en av våra direkta förfäder, kommer möjligen från södra Afrika istället. Det skulle innebära att de senare flyttade norrut in i Östafrika. Därifrån gick de genom Nordafrika för att befolka resten av världen, säger Baker.

Skallen är också ovanlig eftersom det är skallen av en ung Homo erectus.

"Homo erectus-skallen vi hittade, var troligen mellan två och tre år gammal när den dog, säger Herries.

Dela ett landskap

Åldern på DNH 134 kalott visar något annat - att tre arter av tidiga mänskliga förfäder levde i södra Afrika samtidigt på fossilplatsen Drimolen.

"Vi kan nu säga att Homo erectus delade landskapet med två andra typer av människor i Sydafrika, Paranthropus och Australopithecus, säger Herries.

Detta kan innebära att de behövde använda olika delar av landskapet för att undvika att konkurrera med varandra. Till en början, de såg olika ut.

Paranthropus robustus homininer var kortare än Homo erectus och Australopithecus, säger Baker.

"Paranthropus robustus åt saker som rötter och knölar, det är därför deras tänder är riktigt stora. De använde sina enorma tänder för att slipa ner vad vi kallar reservmat - hårda växter."

Vädret förändras

I jämförelse med de två andra arterna, Homo erectus homininer var långa och smala. De åt saker som är lättare att smälta, som frukt och bär.

"Vi vet också att de åt kött, men vi är inte riktigt säkra på hur de fick det än. Vi kan säga att åtminstone dessa tidiga Homo erectus inte jagade med några vapen ännu, säger Baker.

"Vi vet också att de kunde tillryggalägga långa sträckor. Vilket var tur för dem, eftersom under deras tid, klimatet förändrades i södra Afrika.

Paranthropus och Australopithecus utvecklades i varma och fuktiga klimat och var vana vid det. Men sedan började vädret skifta från varmt och fuktigt, att kyla och torka, " hon säger.

Gradvis minskade trädtäcket, och gräs tog deras plats. Så småningom ersattes skogarna med dagens afrikanska savanngräsmarker. Det svalare vädret passade den mer mobila och sociala Homo erectus bättre. Men det innebar att Paranthropus var tvungen att förlita sig på mindre önskvärda livsmedel.