È stato un anno straordinario di esplorazioni e scoperte all'Earth Institute. Durante il mese di dicembre, mentre il 2017 volge al termine, condivideremo storie che mettono in luce alcuni dei lavori eccezionali dei nostri ricercatori.

La storia dell'evoluzione umana è radicata nell'Africa orientale, dove gli ominidi, specie ancestrali direttamente imparentate con l'uomo, apparso per la prima volta. Una remota regione desertica intorno al lago Turkana del Kenya nordoccidentale è la fonte di molti importanti fossili e manufatti umani antichi. Questa regione è dove il paleoecologo e geochimico Kevin Uno del Lamont-Doherty Earth Observatory ha raccolto fossili e sedimenti, alla ricerca di prove sul clima, vegetazione, animali, e l'acqua a disposizione dei nostri antenati milioni di anni fa. Tra gli obiettivi di Uno c'è quello di comprendere il ruolo del clima nell'evoluzione umana.

"La gente è curiosa di sapere come noi umani siamo arrivati ​​qui. Sto cercando di capire quale ruolo ha avuto il cambiamento climatico nell'evoluzione della nostra specie, " ha detto Uno. Le sue prime scoperte ci danno nuove informazioni sulla genesi della vita umana e sollevano nuove affascinanti domande.

In uno studio pubblicato nel giugno 2016, Uno e un team di Lamont, tra cui il geochimico Pratigya Polissar e il paleoclimatologo Peter deMenocal, ha fornito un record di 24 milioni di anni delle tendenze della vegetazione nell'Africa orientale. Il record dà peso all'idea che gli esseri umani abbiano sviluppato tratti chiave:diete flessibili, grandi cervelli, strutture sociali complesse, e la capacità di camminare e correre su due gambe, adattandosi alla diffusione delle praterie aperte. I risultati suggeriscono fortemente che tra 24 milioni e 10 milioni di anni fa, molto prima che apparissero diretti antenati umani, c'erano poche erbe e boschi presumibilmente dominati. Quindi, con un apparente cambiamento climatico, cominciarono ad apparire le erbe. Lo studio mostra che la tendenza è continuata attraverso tutta l'evoluzione umana conosciuta, portando a un predominio di erbe da alcuni milioni di anni fa.

"L'intera evoluzione del nostro lignaggio ci ha coinvolto vivendo e lavorando in o vicino a praterie, " ha detto Uno.

Quest'anno, Uno ha partecipato a spedizioni sul campo nella regione del bacino del Turkana su entrambi i lati orientale e occidentale del lago Turkana. Lui e il suo team hanno cercato di saperne di più su come il clima è variato negli ultimi cinque milioni di anni.

"Volevo andare nei siti fossili di ominidi e vedere se potevamo usare strumenti di geochimica organica, che è qualcosa che non avevamo mai fatto prima. Vogliamo imparare cose nuove sul clima, vegetazione, e il contesto ambientale dei nostri antenati, " ha detto Uno. La scoperta di strumenti di pietra di 3,3 milioni di anni, i più antichi del mondo, ha portato Uno a cercare indizi sul contesto ambientale dei primi esseri umani mentre creavano e lavoravano con questi strumenti.

Per ricostruire antichi habitat, Uno e i suoi colleghi traggono informazioni da due fonti:cere di foglie di piante vissute milioni di anni fa e ora conservate in suoli fossili, e antichi denti di mammifero, come quelli di elefanti e ippopotami. L'analisi chimica e isotopica di questi materiali nei laboratori di Lamont consente agli scienziati di distinguere le piante, animali, e le fonti d'acqua che erano disponibili nell'ecosistema perché questi animali potessero mangiare e bere.

"I denti sono unici perché si formano da un anno a dieci anni nei grandi animali, ed è come un piccolo registratore di dati o una capsula del tempo di milioni di anni fa, " ha detto Uno. La sua prima analisi indica che il cambiamento dei modelli di pioggia, da una a due stagioni delle piogge all'anno, potrebbe aver avuto un effetto significativo sulla vegetazione e sugli animali.

"Una grande domanda per me è, da quanto tempo esistono le due modalità di funzionamento della stagione delle piogge?" I dati preliminari di Uno indicano una singola stagione delle piogge annuale circa 3,5 milioni di anni fa.

"Sto cercando di capire l'evoluzione del sistema moderno di due stagioni delle piogge all'anno. Quando fa molto caldo, come in Africa orientale, l'acqua conta. Aggiungi la pioggia e le cose diventano verdi e gli animali sono felici, mentre lunghi periodi di siccità sono molto impegnativi per loro. In che modo gli ominidi hanno affrontato i cambiamenti nella disponibilità delle loro fonti di cibo? Questa è una delle domande su cui sto lavorando analizzando i denti".

Tracciando i biomarcatori su antiche cere vegetali, Uno ottiene una prospettiva più ampia sulla storia della vegetazione della regione.

"Se guardi gli isotopi nei denti, sono stati filtrati attraverso le scelte alimentari dell'animale. Ma con i biomarcatori di cera vegetale, stai guardando veri resti di piante antiche, e registrano l'intero paesaggio. Si conservano per milioni di anni perché questi rivestimenti cerosi sulle foglie sono costituiti da idrocarburi saturi, che sono molto difficili da abbattere."

Il clima è un fattore chiave che determina i tipi di vegetazione che possono crescere in un ecosistema. Ricreando i cibi vegetali e l'habitat disponibili in un dato momento, è possibile conoscere i cambiamenti avvenuti durante importanti transizioni nell'evoluzione degli esseri umani. Di particolare interesse per Uno è un periodo di tempo noto come epoca pliocenica, che è stata l'ultima volta che la Terra ha sperimentato livelli di CO2 atmosferica così alti come lo sono oggi. Quindi i livelli di CO2 erano a circa 400 parti per milione (ppm), e questo è approssimativamente dove sono adesso.

Il Pliocene si è verificato tra 5,3 e 2,6 milioni di anni fa, un lasso di tempo in cui molti mammiferi e uccelli si sono evoluti in forme più o meno moderne e quando i primi ominidi sono apparsi per la prima volta. Uno spiega che di tutti i fossili del bacino del Turkana ritenuti del Pliocene, meno dell'uno per cento proviene da ominidi. Gli scienziati ritengono che la scoperta indichi che pochi ominidi abitavano la Terra rispetto ad altri animali. Hanno anche scoperto una varietà di specie di ominidi.

"Negli ultimi cinque anni abbiamo scoperto che c'era una diversità molto più alta di ominidi nel Pliocene, da cinque a sei specie in più di quanto originariamente pensato, " ha detto Uno. È stato impossibile determinare quali sono i nostri diretti antenati. "È stato come cercare un ago in un pagliaio."

Per quanto scrupolosa sia la ricerca di Uno, questioni profondamente importanti guidano il suo lavoro.

"Trovo affascinante che i nostri antenati ominidi fossero così scarsi in abbondanza, forse solo decine o centinaia di migliaia, ma ora siamo 7,5 miliardi. È difficile immaginare questo, ma per molto tempo, gli ominidi non erano la specie dominante sulla Terra come lo siamo oggi, " ha detto Uno.

Esplorare il contesto ambientale dell'epoca pliocenica aiuterà a raccontare la storia di chi erano questi ominidi, perché c'erano specie distinte, e forse come e perché una forma ha portato all'evoluzione degli esseri umani moderni.

"Oggi ci stiamo dirigendo verso un mondo più caldo, uno con condizioni meteorologiche più rigide e tutta una serie di altre sfide che le nostre società dovranno affrontare. È importante fare una pausa e dare uno sguardo indietro da dove siamo venuti." Nota Uno, "Il segno distintivo degli umani moderni è che siamo così adattabili. È una cosa meravigliosa della nostra specie".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.