Зубы — капсулы времени

Зубы — это крошечные биологические капсулы времени. Они рассказывают истории о древних диетах и окружающей среде спустя долгое время после того, как их обладатели умерли, а ландшафты изменились.

После того как кости разрушаются, зубная эмаль остается твердой и неизменной. Это касается даже окаменелых зубов, которые миллионы лет пролежали под слоями осадочных пород, а теперь обнажились в результате эрозии или раскопок.

Зубная эмаль формируется, когда животное еще молодо, и остается химически стабильной на всю оставшуюся жизнь. Пища, которую животное ест, и вода, которую оно пьет в молодости, оставляют химические сигналы внутри эмали.

Благодаря этому, скрытые в эмали окаменелых зубов, ученые могут найти следы исчезнувших лесов, расширяющихся саванн, меняющегося климата и эволюционирующих сообществ животных.

Небольшое стадо ориксов пасется в открытой саванне национального парка Аваш в Эфиопии. Разбросанные акации и сухие травы иллюстрируют полузасушливую среду этого парка.
Зелалем Бедасо

За последние 30 лет мои коллеги и я анализировали химические следы в ископаемых зубах из региона Афар в Эфиопии, в Восточно-Африканской рифтовой долине — которую часто называют колыбелью человечества. Наша цель — узнать, что ели там животные миллионы лет назад, в то время, когда эволюционировали ранние предки человека, и как выглядел окружавший их мир.

Эти подсказки, оставленные древними трапезами, позволяют ученым воссоздавать картины целых экосистем, включая леса, водно-болотные угодья и луга, существовавшие в ту эпоху. Это напоминание о том, что в самом прямом смысле организмы — это то, что они едят.

Следы древних диет в ископаемых зубах

Чтобы определить, какие растения ели древние животные, мои коллеги и я собираем небольшое количество порошка эмали с окаменелых зубов. Затем мы анализируем этот порошок в лаборатории с помощью специальных приборов, которые обнаруживают химические сигналы, сохранившиеся в эмали.

Деревья и травы используют разные способы фотосинтеза для преобразования солнечного света в энергию. Эти способы оставляют различные химические паттерны в тканях растений, которые затем попадают в зубы животных, поедающих эти растения. Изучая эти химические паттерны в зубной эмали, мы можем определить, питались ли животные в основном листьями деревьев и кустарников или травой, что дает представление о растительности, когда-то покрывавшей древний ландшафт.

Как менялась окружающая среда

Затем мы можем выяснить, как окружающая среда менялась с течением времени, собирая ископаемые зубы из разных слоев горных пород. Каждый слой образовался в разное время в прошлом, поэтому зубы, найденные в более глубоких слоях, как правило, древнее, чем те, что ближе к поверхности. Анализируя зубную эмаль окаменелостей из этих слоев, мы можем сравнить химические сигналы, сохранившиеся в зубах, и увидеть, как менялись рацион животных и растения ландшафта на протяжении времени. Добавляя эти знания к данным из разных типов окаменелостей, мы можем отслеживать долгосрочные изменения растительности, климата и экосистем.

Изменение ландшафта за последние 4 миллиона лет

Четыре миллиона лет назад регион Афар выглядел совсем иначе, чем сухой ландшафт, который можно увидеть там сегодня. Окаменелости, включая зубную эмаль, показывают, что эта область поддерживала разнообразные среды обитания. Здесь текли реки через лесистые местности, по ландшафту были разбросаны озера, а травянистые равнины простирались по всей котловине.

Три тектонические плиты расходятся в районе Афар, недалеко от Красного моря.
Val Rim/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Ископаемые зубы таких животных, как антилопы, жирафы, свиньи, лошади, бегемоты и слоны, показывают широкий спектр рационов. Некоторые животные питались листьями и кустарниками, в то время как другие паслись на траве в открытых местах обитания. Химические сигналы в зубах указывают на то, что в то время луга расширялись, но леса все еще играли важную роль. Они показывают, что животные перемещались по этой среде и адаптировались к доступным источникам пищи.

Впадина Афар и долина Аваш в Эфиопии, сформированные рифтогенезом и эрозией, являются одними из важнейших регионов в мире для обнаружения окаменелостей предков человека. Некоторые из этих окаменелостей датируются 3–4 миллионами лет.
Зелалем Бедасо

Около 2–3 миллионов лет назад окружающая среда более резко сместилась в сторону открытых лугов. Восточно-Африканская рифтовая долина обязана своей формой трем тектоническим плитам, которые медленно расходятся. Эта тектоническая активность со временем изменила ландшафт, повлияв на региональный климат и дренаж. Два-три миллиона лет назад это способствовало переходу среды от более лесистых местообитаний к смеси лугов и открытых саванн.

Животные, которые полагались на траву, процветали, а популяции тех, кто не смог адаптироваться, сократились. Например, у лошадей и некоторых антилоп развились зубы, способные перетирать жесткие, абразивные растения. Эта адаптация зафиксирована на их эмали.

Ранние люди в мозаичном мире

Ранние предки человека, такие как знаменитая «Люси», чей скелет был найден в регионе Афар, жили в этом динамичном ландшафте. Ископаемые зубы Australopithecus afarensis — раннего человека, жившего в Восточной Африке около 2,9–3,8 миллиона лет назад — показывают, что древние родственники человека не сильно зависели от травы. Вместо этого химический сигнал в их эмали указывает на смешанный рацион и пищевую гибкость, которая включала фрукты, листья и корни, в зависимости от того, что было доступно.

Открытие «Люси» и то, что кости рассказали ученым о ее жизни. BBC Earth.

В ландшафте, сочетавшем лесистые участки и открытую саванну, эта адаптивность могла быть ключом к выживанию.

Этот период изменений окружающей среды совпал с несколькими важными эволюционными событиями и морфологическими изменениями у предков человека. Ранние предки человека начали ходить прямо. Размер мозга также постепенно увеличивался, что позволяло проявлять более сложное поведение и решать проблемы. В это время ранние люди начали изготавливать и использовать каменные орудия, что ознаменовало важный шаг в технологических инновациях и помогло им адаптироваться к меняющейся среде.

Диета определяет судьбу

Изменения в рационе питания в Восточно-Африканской рифтовой долине за последние 4 миллиона лет, зафиксированные с помощью зубной эмали, дают важные подсказки для реконструкции среды, в которой жили предки человека, и того, как эти среды менялись.

Они также показывают, что виды, которые корректировали свой рацион по мере изменения ландшафтов, имели наибольшие шансы на выживание.

Эти текущие исследования помогают исследовать глубинные вопросы о том, как изменения окружающей среды формировали жизнь на Земле, включая траекторию развития человечества. И это помогает человечеству раскрыть свое коллективное прошлое.