早期人类栖息地与过去气候变化的关系
Jenne 自然部落： 面对事实，这就是“未来奇迹”的原因。长期以来，人们一直认为，过去 200 万年的气候变化在我们人类属的进化中发挥了关键作用。. 然而，鉴于来自人类学兴趣地区的代表性古气候数据集数量有限，量化这种联系仍然具有挑战性。来自世界各地的现代和古代基因组测序彻底改变了我们对人类历史和进化的理解。
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早期人类栖息地与过去气候变化有关
来源：基础 科学研究所
2022 年 4 月 13 日
编译：Jenne 自然部落
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国际科学家团队在《自然》杂志上发表的一项研究，因为天文驱动的气候变化与人类进化之间的联系提供了明确的证据。
通过将最广泛的年代久远的化石遗骸和考古文物数据库与一个前所未有的新超级计算机模型相结合，模拟了过去200万年来地球的气候历史，气候建模、人类学和生态学专家团队能够确定古人类可能生活的环境条件。
图2 根据 IBS 气候物理中心进行的新古气候模型模拟和化石和考古资料。较轻的值表示较高的栖息地适宜性。日期（1 ka = 1000 年前）是指研究中使用的最年轻和最古老化石的估计年龄。图片来源：基础科学研究所
气候变化对人类进化的影响长期以来一直被怀疑，但由于人类化石遗址附近缺乏气候记录而难以证明。根据考古记录，为了解决这个问题，研究小组在他们的计算机模拟中调查了人类生活的时代和地点的气候情况。这揭示了不同古人类群体的首选环境条件。这项研究考虑了以下人类物种：智人、尼安德特人、海德堡人（包括非洲和欧亚种群）、直立人和早期非洲人（包括麦格斯特人和能人）。从那里，团队在模型中寻找这些条件发生的所有地点和时间，绘制了潜在的人类栖息地的时间演变地图。
图 3：人类物种栖息地适宜性。a - e，根据马氏距离模型计算的非洲-欧亚物种分布，使用 2Ma 模拟的地形缩小温度、降水和 NPP 变化的四维气候包络数据以及化石和考古遗址的位置和年龄（补充表）1 )。涵盖各个古人类存在时期的时间平均栖息地适宜性（蓝色到白色阴影）可以用概率（方法）来解释，值范围从 0（栖息地不适合）到 1（栖息地非常适合）。彩色圆圈代表与五个古人类群相关的化石和/或考古文物的位置。f—— _i ，进动（蓝色）和偏心率（ f ）的时间序列，以及在选定的具有考古意义的H地点模拟的区域栖息地适宜性。能人和H . ergaster（联合视为早期非洲人），H。海德堡和H . 智人( g – i )。4° × 4° 平均区域的中心位置包括 Jebel Irhoud（北纬 34°，西经 4°）、图尔卡纳湖附近的区域（北纬 0°、东经 34°）和布隆博斯洞穴（南纬 34°、东经 21°） ）。
韩国釜山国立大学 IBS 气候物理中心 (ICCP) 主任、该研究的作者阿克塞尔·蒂默尔曼说：“尽管不同的古代人类群体偏好不同的气候环境，但他们的栖息地都对地球轴摆动、倾斜和轨道偏心率的天文变化引起的气候变化做出了反应，时间尺度从 21 万年年到 40 万年不等。”
为了测试气候和人类栖息地之间联系的稳健性，科学家们重复了他们的分析，但化石的年龄就像一副纸牌一样被洗牌。如果过去气候变量的演变没有影响人类居住的地点和时间，那么这两种方法都会产生相同的栖息地。然而，研究人员发现，在使用改组和现实化石年龄时，三个最近的人类群体（智人、尼安德特人和海德堡人）的栖息地模式存在显着差异。“这个结果意味着至少在过去 50 万年里，过去气候变化的真实序列包括冰川周期在内，在确定不同的古人类群体生活在哪里以及在哪里发现了他们的遗骸方面发挥了核心作用，”蒂默尔曼教授说。
图4：化石的栖息地重叠、演替和地理分布。a ，绿色阴影表示H的栖息地适宜性的空间标量积的纬向平均值的 Hovmoeller（时间-纬度）图。智人和H。_ 海德堡_ 圆圈代表化石和考古文物的相应平均年龄和纬度分布。栖息地重叠的高值与化石的共同存在相吻合，表明可能存在人类相互作用、多样化和可能的物种形成的位置。b ，与a相同，但用于H。尼安德特人和H . heidelbergensis (右侧) 和H .直立人和H . ergaster -能人。“走出非洲”的迁移期被标记为 OOA。双色框表示逐渐多样化和转型的潜在区域。c，每个化石和考古遗址（彩色圆圈）的 NPP（方法），通过对化石遗址周围 6°×6° 附近的 2Ma NPP 数据及其各自的化石年龄进行平均选择。圆圈的大小表示到非洲中东部（4° N，36° E）网格点的大圆（Haversine）距离，较大的圆圈表示更接近该位置。
“我们着手解决的下一个问题是不同人类物种的栖息地是否在空间和时间上重叠。过去的接触带提供了有关潜在物种演替和混合的重要信息，”意大利那不勒斯费德里科二世大学的帕斯夸· 莱亚教授说，他与他的研究团队一起编制了本研究中使用的人类化石和考古文物的数据集。从接触区域分析中，研究人员随后推导出了一个人类谱系，据此，尼安德特人和可能的丹尼索瓦人来自大约 500-40 万年前的欧亚海德堡人进化分支，而智人的根源可以追溯到南部非洲大约 30 万年前晚期海德堡人的种群。
该研究的合著者、IBS气候物理中心博士后研究员阮焦阳博士表示：“我们基于气候的古人类谱系重建与最近从遗传数据或人类化石形态差异分析中获得的估计非常相似，这增加了我们对结果的信心。”
图 5：欧洲和南部非洲的古人类物种演替。a，图1f中的偏心率（橙色）和进动（蓝色）指数。b ，根据H的 CEM 计算的栖息地适宜性。heidelbergensis（深红色曲线）和H . 欧洲的尼安德特人（红色曲线）（4° × 4° 平均以北纬 45°、东经 6° 为中心）。c，与b相同，但对于H。heidelbergensis（深红色）和H. 非洲东部-中部的智人（橙色）（4° × 4° 平均中心在 5° S，36° E 附近）。d , 同c但对于南部非洲（4° × 4° 平均中心在 24° S、24° E 附近）。阴影曲线表示从各个更广泛区域中化石的年龄和年龄不确定性获得的各个化石和/或考古数据出现的概率估计。d中的粗黑色曲线代表线粒体 DNA 谱系 L0、L0d′k、L0a′b′f′g 和 L0k 合并32倍的概率，作为南部非洲根深蒂固的现代人类血统的遗传表现。浅蓝色阴影条表示南部非洲栖息地适宜性降低的关键时期。这些计算对物种归属和考古层年代测定的不确定性的稳健性（方法) 进一步记录在扩展数据图10中。
这项新研究是通过使用韩国最快的超级计算机之一 Aleph 实现的。位于大田基础科学研究所总部的 Aleph 连续运行了六个多月，以完成迄今为止最长的综合气候模型模拟。“该模型生成了 500 TB 的数据，足以装满数百个硬盘，”IBS 气候物理中心的研究员景淑云 博士说。“这是第一次使用最先进的气候模型进行连续模拟，该模型涵盖了地球过去200万年的环境历史，代表了冰原的兴衰、过去温室气体浓度的变化以及大约100万年前冰川周期频率的显著转变。”
瑞士苏黎世大学克里斯托夫·佐利科夫教授（ChristophZollikofer）表示：“到目前为止，古人类学界尚未充分利用这种持续古气候模型模拟的全部潜力。我们的研究清楚地说明了经过充分验证的气候模型对于解决人类起源的基本问题的价值，”他也是该研究的合著者。
除了早期人类栖息地以及人类物种起源的时间和地点的问题之外，研究小组还进一步研究了人类在过去 200 万年中如何适应不同的食物资源。“当我们查看五个主要古人类群体的数据时，我们发现了一个有趣的模式。大约 2 到 1 百万年前的早期非洲古人类更喜欢稳定的气候条件。这将它们限制在相对狭窄的可居住走廊上。在大约80 万年前，一个以海德堡人（Homo heidelbergensis）为统称的群体适应了更广泛的可用食物资源，这使他们成为全球流浪者，到达欧洲和东亚的偏远地区，”釜山国立大学博士生、该研究的合著者 埃尔克·泽勒说。
“我们的研究表明，气候在我们人属的进化中发挥了重要作用。我们之所以成为我们，是因为我们在数千年的时间里设法适应了过去气候的缓慢变化。”阿克塞尔·蒂默尔曼教授说。
图 6：H的示意图。海德堡继承。根据化石年龄，我们建议将H. heidelbergensis在 850-650 ka 左右分为北部和南部分支（蓝色阴影，栖息地适宜性）。H在 300-200 ka 的逐渐过渡。heidelbergensis转化为H . 南部非洲的智人得到该地区化石和考古数据以及栖息地重叠估计的支持（图2a）。在H的 400–300 ka 处提出的分歧。heidelbergensis进入欧洲的尼安德特人与最近的遗传估计是一致的34。这种情况也与尼安德特人全基因组数据一致44这表明尼安德特人-丹尼索瓦人和现代人类血统之间的人口分裂在 550 至 765 ka 之间，尼安德特人和丹尼索瓦人之间的分歧在 445 至 473 ka 左右。根据计算的 HSM，早期非沿海南北迁移的可能偏心率调制窗口发生在 700 ka 和 600 ka 左右，在高偏心率期间（参见插图时间序列，4° × 4° 平均值以 21° N 为中心， 31° E 和 20° S, 31° E)。
探索
建模研究表明，气候变化可能导致早期人类物种灭绝
更多信息：阿克塞尔·蒂默尔曼，气候对古代人类栖息地和物种演替的影响，自然（2022 年）。
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