幾十年來，科學家們一直在研究這些早期人類祖先和他們失散已久的親屬的化石。現(xiàn)在，由普渡大學地質(zhì)學家開發(fā)的一種年代測定方法將在斯特克方丹洞穴遺址發(fā)現(xiàn)的一些化石的年齡提前了100多萬年。這將使它們比世界上最著名的南方古猿化石Dinkinesh(也被稱為Lucy)還要古老。
“人類的搖籃”是聯(lián)合國教科文組織在南非的世界遺產(chǎn)，包括各種含化石的洞穴沉積物，包括在斯特克方丹洞穴。斯特克方丹因1936年發(fā)現(xiàn)了第一個成年南方古猿(一種古人類)而聞名。古人類包括人類和我們的祖先親屬，但不包括其他類人猿。從那時起，成百上千的南方古猿化石在那里被發(fā)現(xiàn)，包括著名的普勒斯夫人，以及被稱為小腳的幾乎完整的骨骼。古人類學家和其他科學家對人類搖籃中的斯特克方丹和其他洞穴遺址進行了數(shù)十年的研究，以闡明過去400萬年人類和環(huán)境的進化。
達里爾·格蘭杰是普渡大學理學院的地球、大氣和行星科學教授，他是這些科學家中的一員，在一個國際團隊中工作。格蘭杰專門研究地質(zhì)沉積物的年代測定，包括洞穴中的沉積物。作為一名博士生，他設(shè)計了一種測定洞穴沉積物年代的方法，現(xiàn)在全世界的研究人員都在使用這種方法。他之前在斯特克方丹的研究表明，“小腳(Little Foot)”化石的年齡約為370萬年前，但科學家們?nèi)栽跔幷撛撨z址其他化石的年齡。
在《PNAS》上發(fā)表的一項研究中，格蘭杰和一組科學家發(fā)現(xiàn)，不僅是“小腳”，而且所有帶有南方古猿的洞穴沉積物的年齡都在大約340萬至370萬年前，而不是科學家之前理論的200 - 250萬年前。這個年齡表明這些化石屬于南方古猿時代的開端，而不是接近尾聲。Dinkinesh來自埃塞俄比亞，至今年齡320萬歲，她的物種，非洲南方古猿，可以追溯到約390萬年前。
斯特克方丹是一個深而復(fù)雜的洞穴系統(tǒng)，保存著古人類在該地區(qū)居住的悠久歷史。了解這里化石的年代可能會很棘手，因為巖石和骨頭會滾到地下一個深洞的底部，而且?guī)缀鯖]有辦法確定洞穴沉積物的年代。
在東非，人們發(fā)現(xiàn)了許多古人類化石，東非大裂谷的火山堆積了一層一層的火山灰，這些火山灰可以確定年代。研究人員利用這些層來估計化石的年齡。在南非，尤其是在洞穴里，科學家們沒有這種奢侈。他們通常使用骨頭周圍發(fā)現(xiàn)的其他動物化石或洞穴中沉積的方解石流石來估計它們的年齡。但骨頭可能在洞穴中移動，年輕的流石可能沉積在古老的沉積物中，這使得這些方法可能不正確。更準確的方法是對發(fā)現(xiàn)化石的巖石進行年代測定。嵌入化石的混凝土狀基質(zhì)被稱為角礫巖，是格蘭杰和他的團隊分析的物質(zhì)。
“斯特克方丹擁有世界上最多的南方古猿化石，”格蘭杰說。“但是很難在它們身上找到一個好的日期。人們觀察了在它們附近發(fā)現(xiàn)的動物化石，并比較了洞穴特征(如流石)的年齡，得到了一系列不同的日期。我們的數(shù)據(jù)所做的就是解決這些爭議。這表明這些化石很古老——比我們最初認為的要古老得多。”
格蘭杰和他的團隊使用加速器質(zhì)譜法測量巖石中的放射性核素，同時還繪制了地質(zhì)圖，并深入了解了洞穴沉積物是如何積累的，從而確定了斯特克方丹含南方古猿沉積物的年齡。
格蘭杰和普渡大學稀有同位素測量實驗室(PRIME實驗室)的研究小組研究所謂的宇宙成因核素，以及它們可以揭示的化石、地質(zhì)特征和巖石的歷史。宇宙成因核素是由宇宙射線產(chǎn)生的極其罕見的同位素——高能粒子不斷轟炸地球。這些入射的宇宙射線有足夠的能量在地表巖石內(nèi)部引起核反應(yīng)，在礦物晶體中產(chǎn)生新的放射性同位素。一個例子是鋁-26:鋁缺少一個中子，在數(shù)百萬年的時間里慢慢衰變變成鎂。由于鋁-26是在巖石露出地表時形成的，而不是在巖石深埋洞穴后形成的，所以PRIME實驗室的研究人員可以通過測量鋁-26和另一種宇宙成因核素鈹-10的水平來確定洞穴沉積物(以及其中的化石)的年代。
除了根據(jù)宇宙成因核素確定斯特克方丹的新年代外，研究團隊還仔細繪制了洞穴沉積物的地圖，展示了在20世紀30年代和40年代的挖掘過程中，不同年代的動物化石是如何混合在一起的，這導(dǎo)致了幾十年來與之前年代的混淆。格蘭杰說:“我希望這能讓人們相信，這種測定年代的方法給出了可靠的結(jié)果。使用這種方法，我們可以更準確地將古人類和他們的親屬放在正確的時期，在非洲和世界其他地方。”
化石的年代很重要，因為它影響了科學家對當時生活環(huán)境的理解。人類是如何以及在哪里進化的，他們是如何融入生態(tài)系統(tǒng)的，以及誰是他們最近的親戚，這些都是緊迫而復(fù)雜的問題。把斯特克方丹的化石放到合適的環(huán)境中是解開整個謎題的一步。
