Genom att använda syrestabil isotopanalys av tandemalj från djur som slaktats av människor på platsen för Bacho Kiro-grottan, Bulgarien, Max Planck-forskare visar att mänskliga grupper som tillhörde en tidig spridningsvåg av vår art till Europa ställdes inför mycket kalla klimatförhållanden medan de ockuperade grottan mellan cirka 46, 000 och 43, 000 år sedan. Arkeologiska lämningar vid Bacho Kiro-grottan representerar för närvarande de äldsta kända resterna av övre paleolitiska Homo sapiens i Europa, och därmed öppna ett unikt fönster in i den tid då vår art började flytta ut ur Levanten och etablera sig över Eurasiens mittbreddgrader som en del av ett arkeologiskt fenomen som kallas Initial Upper Paleolithic.

Processen hur vår art spreds in i nya miljöer vid den tiden representerar en viktig evolutionär vändpunkt som i slutändan ledde till Homo sapiens befolkar alla kontinenter och en stor mångfald av klimatzoner och miljöer. Mekanismerna som underlättade initiala expansionsvågor är fortfarande omdiskuterade, men en majoritet av modeller baserade på korrelationen av arkeologiska platser med rumsligt avlägsna klimatarkiv har hittills indikerat att mänskliga grupper förlitade sig på varmare klimatförhållanden för att sprida sig till nya, nordligare, miljöer.

Genom att använda bevis direkt från de arkeologiska lagren av Bacho Kiro-grottan kunde Max Planck-teamet nu visa att människor har uthärdat mycket kalla klimatförhållanden, liknande de som är typiska för dagens norra Skandinavien, i flera tusen år. "Våra bevis visar att dessa mänskliga grupper var mer flexibla med hänsyn till de miljöer de använde och mer anpassningsbara till olika klimatförhållanden än vad man tidigare trott, " säger huvudförfattaren Sarah Pederzani, en forskare vid Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology och University of Aberdeen. Jean-Jacques Hublin, chef för institutionen för mänsklig evolution vid Max Planck Institute, tillägger:"Med hjälp av dessa nya insikter, nya modeller för spridningen av vår art över Eurasien kommer nu att behöva konstrueras, med hänsyn till deras högre grad av klimatflexibilitet."

Arkeologiskt material från Bacho Kiro-grottan i Bulgarien

Genom att direkt använda arkeologiska material, såsom resterna av växtätare som slaktats av människor, för att generera klimatdata, paleoklimatforskargruppen – ledd av Pederzani och Kate Britton, också en forskare vid Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology och University of Aberdeen – kunde etablera ett mycket robust register över lokala klimatförhållanden som specifikt relaterar till de tider då människor bodde i Bacho Kiro-grottan.

"Denna teknik möjliggör en mer säker tilldelning av lokala klimatsammanhang jämfört med den mer vanliga kronologiska korrelationen mellan arkeologiska data och klimatarkiv från olika platser som låg till grund för mycket av den existerande forskningen om mänsklig klimatanpassningsförmåga - den ger oss verkligen insikt i hur livet var "på marken"", säger Britton. "Dock, på grund av analysens tidskrävande karaktär och beroendet av tillgången på särskilda djurrester, syreisotopstudier eller andra sätt att generera klimatdata direkt från arkeologiska platser förblir knappa under den tidsperiod då Homo sapiens först spreds över Eurasien, tillägger Pederzani. denna Max Planck-studie är den första studien som genomfördes i samband med den inledande övre paleolitikum och skulle därför kunna ge sådana överraskande resultat.

Högt upplöst rekord av tidigare temperaturer som sträcker sig över mer än 7, 000 år

Pederzani tillbringade ett år med att utföra labbarbete från att borra serier av små prover från djurtänderna genom våtkemisk beredning och stabilt isotopförhållande masspektrometri för att få all nödvändig data. "Genom den här tidsintensiva analysen som inkluderade totalt 179 prover, it was possible to obtain a very highly resolved record of past temperatures, including summer, winter and mean annual temperature estimates for human occupations spanning more than 7, 000 år, " says Pederzani.

Renewed excavations at Bacho Kiro Cave conducted by an international team led by Max Planck researchers Jean-Jacques Hublin, Tsenka Tsanova and Shannon McPherron, and Nikolay Sirakov of the National Institute of Archaeology with Museum at the Bulgarian Academy of Sciences in Sofia, Bulgarien, started in 2015 and have yielded a rich archaeological record of human activity at the cave including the remnants of occupations that represent the earliest known occurrence of Upper Paleolithic Homo sapiens in Europe. Deposits in the lower portion of the site contained a large number of animal bones, stone tools, pendants and even human fossils and formed the basis of the climatic study to investigate the environmental conditions that humans experienced when they first spread into Southeast Europe from the Levant.

Studien publiceras i Vetenskapens framsteg .