气候变化如何影响古人类

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作者：谷雨看世界（来自豆瓣）

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图片来源：Smithsonia Magazine

(上图描述：这些通过计算得出的三种人类的栖息地有所重叠，可被认作物种进化更迭的标志——海德堡人可能在非洲进化成了智人，而尼安德特人在欧洲进化成了尼安德特人。）科学家试图将复杂的气候模型与考古记录的证据相结合，以揭示古代人类生活地址和进化过程。几十万年前，人类与自然环境密不可分，后者决定了他们的生活地点和方式。但是当气候变化导致河流干涸并使当地的草原和畜群减少时，古人类如何应对呢？

古人类的骨头、石器和手工制品向我们展示了其长相和他们的行为模式。发现一个30万年前的头骨已经很困难，要找到确凿的证据来证明这些古人类称之为家的栖息地长什么样就更难了，特别在气候变化已经极大改变了它们模样之后。科学家们为此创建了一个超级计算机模型来模拟全球气候及其变化，时间跨度可回溯到200多万年前。研究人员用此古气候模拟与数千块古人类骨骼和石器的实据进行配对，以查明古人类的生存环境。

接着他们根据有利栖息地存在的时间和地点绘制了包括人类（Homo sapiens）在内的五种主要古人类物种可能性的分布和迁徙地图。模拟得出的结果显示了剧烈环境变化在主要进化，譬如我们人类的起源中所发挥的作用。过去的25年里，探索人类起源的科学家们对气候变化和生态条件变化的方式越来越感兴趣，例如干旱和寒冷的温度就引导了进化。科学家们认为在多变的环境中生存的需求有利于人类基因朝着更加适应环境的方向改变，以便更好地在不同条件下生存。探索这一理论挑战性很大，因为仅有很少实证能揭示发生重大进化时当时当地的特定环境。人们可以从冰芯或海洋沉积物中提取出气候记录，但像人类进化过程中各个阶段确凿证据的化石遗址这种证据却非常稀缺。比如在非洲，可追溯到200万年以前的陆地记录就屈指可数。

韩国釜山大学IBS气候物理中心负责人Axel Timmermann领导的团队利用ICCP/IBS超级计算机Aleph模拟了200万年以来全球气候变化的历程。这种实验法的优势在于我们可以获取地球上任何地方的气候信息。以10万年和40万年为周期，地球围绕太阳的椭圆轨道形状会略有改变，这被称为米兰科维奇周期（ the Milankovitch cycles），加上地球在地轴上的周期性摆动，我们接收到的太阳辐射水平将会随之有所增减，地球也将经历自然气候变化时期。这些变化发生的时间跨度比今天因人类活动产生作用的气候变化长得多。根据天文钟原理，随着时间的推移，冰河纪和温暖期极大地改变了人类的栖息地。气候模拟模型揭示了人类生存的关键条件，如降雨、温度及植被水平。研究人员将模型的实验结果与来自关键性选址——如冰芯、海洋沉积物和石笋类的洞穴沉积物等现有的古气候数据进行了交叉对比，发现它们彼此吻合，证实了模型数据的准确性。

那不勒斯大学的Pasquale Raia建立了一个庞大的数据库，将来自亚非欧的3200多具人类化石和考古文物进行分类，这些文物可以追溯到大约200万年前，为已知的五类人种（直立人，海德堡人，尼安德特人，智人和“早期非洲人”）的分布以及何时居于何地提供了证据。通过模拟对比化石所处时间地点的今昔气候条件，研究小组将找出每个物种成功存活的栖息地。研究人员认为：属于更古老谱系的匠人(H. ergaster)和能人(H. habilis)等物种的生存适配条件对应的可选栖息地范围相对狭窄。而智人(H. Sapiens)和直立人(H. Erectus )的栖息地相比较是最多样化的，Timmermann认为这是他们适应能力超强的标志，这些人种最终漫游全球，直至地球上的偏远之地。

图片来源：Smithsonia Magazine

(上图描述：根据气候模拟结果，一个头骨如图所示的海德堡人可能在与欧洲的尼安德特人和非洲的智人重叠的地区生活。）澳大利亚格里菲斯大学人类进化研究中心主任Michael Petraglia认为这些适配栖息地图清晰地展示了这些物种扩散到新地界以及更广泛的环境的可能性。意味着这些物种可能发展出了一系列适合在寒冷和季节性很强的环境中生存的文化适应能力，火的运用和更复杂的狩猎武器的发展便是文化创新的例子，这些都提高了相关物种的生存能力。但生存并不容易，有时甚至不可能！重大的环境压力，比如干旱，可能会使当地的种群规模缩小，特别是相对脆弱的物种，它们更难适应不同的栖息地。这些气候灾难事件可能会导致某特定基因库的成员死亡时，物种数量在规模和多样性上缩小。幸存者可能是由于基因优势而存活下来的，这些优势在群体中无处不在，并遗传给后代。

史密森学会人类起源项目主任、古人类学家里克·波茨指出，这项研究建立在20多年前的工作基础上。包括波茨在内的研究人员一直在为气候驱动的生态变化推动人类进化这一理论积累证据。这种“可变选择”假说的关键是：由气候变化驱动的生态不稳定更加偏爱有利于人类更灵活更好地适应这种变化的遗传特征，从而影响进化。而通过新的实验设备——2Ma模拟来重建与古人类物种形成和分布相关的栖息地将起到非常积极的作用。目前为止，模型的居住地图与考古学、人类学和遗传学的证据相比照下呈现的进化之旅的轮廓是一致的。该模型对栖息地的解释在很大程度上符合现有的化石、考古学和基因记录。这意味着模型也许很精确，但它在预测全新想法方面究竟能有多好? 对于关于过去200万年人类进化史的新假设来说，它会是一个有用的预测工具吗? 如果这项模拟能引出气候如何导致种群差异和分化从而使物种形成的新假设，那么它将是至关重要的。（这篇专业性强，我太难了，耗费了好几周时间才摘译下来！）