Ziemia nie zdradza łatwo swoich sekretów – nawet w „Kolebce Ludzkości” w Afryce Południowej, gdzie znaleziono bogactwo skamieniałości związanych z ewolucją człowieka.
Przez dziesięciolecia naukowcy badali te skamieniałości wczesnych przodków człowieka i ich dawno zaginionych krewnych. Teraz metoda datowania opracowana przez geologa z Purdue University właśnie przesunęła wiek niektórych z tych skamieniałości znalezionych w miejscu Jaskiń Sterkfontein o ponad milion lat. To uczyniłoby je starszymi niż Dinkinesh, zwany także Lucy, najsłynniejszą na świecie skamielinę australopiteka.
„Kolebka ludzkości” jest wpisana na Listę Światowego Dziedzictwa UNESCO w Republice Południowej Afryki, która obejmuje różnorodne złoża jaskiniowe zawierające skamieniałości, w tym jaskinie Sterkfontein. Sterkfontein stał się sławny dzięki odkryciu pierwszego dorosłego australopiteka, starożytnego hominina, w 1936 roku. Homininy obejmują ludzi i naszych przodków, ale nie inne małpy człekokształtne. Od tego czasu znaleziono tam setki skamieniałości australopiteków, w tym dobrze znaną panią Ples i prawie kompletny szkielet znany jako Mała Stopa. Paleoantropolodzy i inni naukowcy badali Sterkfontein i inne jaskinie w Kolebce Ludzkości przez dziesięciolecia, aby rzucić światło na ewolucję człowieka i środowiska w ciągu ostatnich 4 milionów lat.
Darryl Granger, profesor nauk o Ziemi, atmosferze i planetarności w Purdue University College of Science, jest jednym z tych naukowców, którzy pracują w ramach międzynarodowego zespołu. Granger specjalizuje się w datowaniu złóż geologicznych, w tym w jaskiniach. Jako doktorant opracował metodę datowania zakopanych osadów jaskiniowych, która jest obecnie używana przez naukowców na całym świecie. Jego poprzednie prace w Sterkfontein datowały szkielet Małej Stopy na około 3,7 miliona lat, ale naukowcy wciąż dyskutują o wieku innych skamieniałości na tym stanowisku.
W badaniu opublikowanym w Proceedings of the National Academy of Sciences, Granger i zespół naukowców, w tym badacze z Uniwersytetu Witwatersrand w Johannesburgu w RPA i Uniwersytetu Toulouse Jean Jaurès we Francji, odkryli, że nie tylko Mała Stopa, ale wszystkie osady jaskiniowe zawierające australopiteki datowane są na około 3,4 do 3,7 miliona lat, a nie na 2-2,5 miliona lat, jak wcześniej sugerowali naukowcy. Ten wiek umieszcza te skamieliny na początku ery australopiteków, a nie pod koniec. Dinkinesh, która pochodzi z Etiopii, ma 3,2 miliona lat, a jej gatunek, Australopithecus africanus, ma około 3,9 miliona lat.
Sterkfontein to głęboki i złożony system jaskiń, który zachowuje długą historię okupacji tego obszaru przez homininy. Zrozumienie dat skamieniałości może być trudne, ponieważ skały i kości spadły na dno głębokiej dziury w ziemi, a istnieje kilka sposobów datowania osadów jaskiniowych.
W Afryce Wschodniej, gdzie znaleziono wiele skamieniałości homininów, wulkany Great Rift Valley odkładają warstwy popiołu, które można datować. Badacze używają tych warstw do oszacowania wieku skamieniałości. W Afryce Południowej, zwłaszcza w jaskini, naukowcy nie mają takiego luksusu. Zwykle wykorzystują inne skamieniałości zwierzęce znalezione wokół kości, aby oszacować ich wiek lub naciek kalcytowy osadzony w jaskini. Ale kości mogą się przemieszczać w jaskini, a młody naciek może osadzać się w starym osadzie, co czyni te metody potencjalnie niepoprawnymi. Bardziej dokładną metodą jest datowanie rzeczywistych skał, w których znaleziono skamieliny. Granger i jego zespół analizują materiał przypominający betonową matrycę, w której osadzona jest skamielina, zwana breccia.
„Sterkfontein ma więcej skamieniałości australopiteków niż gdziekolwiek indziej na świecie” – powiedział Granger. „Ale trudno jest ustalić ich dobrą datę. Ludzie patrzyli na skamieniałości zwierząt znalezione w pobliżu i porównywali wiek elementów jaskiniowych, takich jak nacieki, i uzyskali szereg różnych dat. Nasze dane rozwiązują te kontrowersje. że te skamieliny są stare – znacznie starsze, niż początkowo sądziliśmy”.
Granger i zespół wykorzystali akceleratorową spektrometrię masową do pomiaru radioaktywnych nuklidów w skałach, a także mapowania geologicznego i dokładnego zrozumienia, w jaki sposób gromadzą się osady jaskiniowe, aby określić wiek osadów zawierających australopiteki w Sterkfontein.
Granger i grupa badawcza z Purdue Rare Isotope Measurement Laboratory (Laboratorium PRIME) badają tak zwane nuklidy kosmogeniczne i to, co mogą odkryć na temat historii skamieniałości, cech geologicznych i skał. Nuklidy kosmogeniczne to niezwykle rzadkie izotopy wytwarzane przez promieniowanie kosmiczne – wysokoenergetyczne cząstki, które nieustannie bombardują Ziemię. Te nadchodzące promienie kosmiczne mają wystarczającą energię, aby wywołać reakcje jądrowe w skałach na powierzchni ziemi, tworząc nowe, radioaktywne izotopy w kryształach minerałów. Przykładem jest aluminium-26: aluminium, w którym brakuje neutronu i powoli rozpada się na magnez przez miliony lat. Ponieważ glin-26 powstaje, gdy skała jest odsłonięta na powierzchni, ale nie po tym, jak została głęboko zakopana w jaskini, badacze z laboratorium PRIME mogą datować osady jaskiniowe (i znajdujące się w nich skamieliny), mierząc jednocześnie poziomy glinu-26 z innym nuklidem kosmogenicznym, berylem-10.
Oprócz nowych dat w Sterkfontein, opartych na nuklidach kosmogenicznych, zespół badawczy wykonał dokładne mapy osadów jaskiniowych i pokazał, w jaki sposób podczas wykopalisk w latach trzydziestych i czterdziestych XX wieku mieszały się ze sobą skamieliny zwierzęce w różnym wieku, co prowadziło do dziesięcioleci nieporozumień z poprzednie wieki. „Mam nadzieję, że to przekona ludzi, że ta metoda randkowania daje wiarygodne wyniki” – powiedziała Granger. „Dzięki tej metodzie możemy dokładniej umieścić starożytnych ludzi i ich krewnych we właściwych okresach, w Afryce i innych miejscach na świecie”.
Wiek skamieniałości ma znaczenie, ponieważ wpływa na zrozumienie przez naukowców żyjącego krajobrazu tamtych czasów. Jak i gdzie ewoluowali ludzie, jak pasują do ekosystemu oraz kim są i byli ich najbliżsi krewni, to palące i złożone pytania. Umieszczenie skamielin w Sterkfontein we właściwym kontekście to jeden krok w kierunku rozwiązania całej zagadki.