比古猿“Lucy”还要古老数十万年的人类祖先

几十年来，科学家们一直在研究这些早期人类祖先及其失散多年的亲属的化石。现在，地质学家开发的一种测年方法将在斯特克方丹洞穴遗址发现的一些化石的年龄推后了100多万年。这将使它们比世界上最著名的南方古猿化石丁基什（Dinkesh）还要古老。

　　

几十年来，科学家们一直在研究这些早期人类祖先和他们失散已久的亲属的化石。现在，由普渡大学地质学家开发的一种年代测定方法将在斯特克方丹洞穴遗址发现的一些化石的年龄提前了100多万年。这将使它们比世界上最著名的南方古猿化石Dinkinesh(也被称为Lucy)还要古老。

“人类的摇篮”是联合国教科文组织在南非的世界遗产，包括各种含化石的洞穴沉积物，包括在斯特克方丹洞穴。斯特克方丹因1936年发现了第一个成年南方古猿(一种古人类)而闻名。古人类包括人类和我们的祖先亲属，但不包括其他类人猿。从那时起，成百上千的南方古猿化石在那里被发现，包括著名的普勒斯夫人，以及被称为小脚的几乎完整的骨骼。古人类学家和其他科学家对人类摇篮中的斯特克方丹和其他洞穴遗址进行了数十年的研究，以阐明过去400万年人类和环境的进化。

达里尔·格兰杰是普渡大学理学院的地球、大气和行星科学教授，他是这些科学家中的一员，在一个国际团队中工作。格兰杰专门研究地质沉积物的年代测定，包括洞穴中的沉积物。作为一名博士生，他设计了一种测定洞穴沉积物年代的方法，现在全世界的研究人员都在使用这种方法。他之前在斯特克方丹的研究表明，“小脚（Little Foot）”化石的年龄约为370万年前，但科学家们仍在争论该遗址其他化石的年龄。

在《PNAS》上发表的一项研究中，格兰杰和一组科学家发现，不仅是“小脚”，而且所有带有南方古猿的洞穴沉积物的年龄都在大约340万至370万年前，而不是科学家之前理论的200 - 250万年前。这个年龄表明这些化石属于南方古猿时代的开端，而不是接近尾声。Dinkinesh来自埃塞俄比亚，至今年龄320万岁，她的物种，非洲南方古猿，可以追溯到约390万年前。

斯特克方丹是一个深而复杂的洞穴系统，保存着古人类在该地区居住的悠久历史。了解这里化石的年代可能会很棘手，因为岩石和骨头会滚到地下一个深洞的底部，而且几乎没有办法确定洞穴沉积物的年代。

在东非，人们发现了许多古人类化石，东非大裂谷的火山堆积了一层一层的火山灰，这些火山灰可以确定年代。研究人员利用这些层来估计化石的年龄。在南非，尤其是在洞穴里，科学家们没有这种奢侈。他们通常使用骨头周围发现的其他动物化石或洞穴中沉积的方解石流石来估计它们的年龄。但骨头可能在洞穴中移动，年轻的流石可能沉积在古老的沉积物中，这使得这些方法可能不正确。更准确的方法是对发现化石的岩石进行年代测定。嵌入化石的混凝土状基质被称为角砾岩，是格兰杰和他的团队分析的物质。

“斯特克方丹拥有世界上最多的南方古猿化石，”格兰杰说。“但是很难在它们身上找到一个好的日期。人们观察了在它们附近发现的动物化石，并比较了洞穴特征(如流石)的年龄，得到了一系列不同的日期。我们的数据所做的就是解决这些争议。这表明这些化石很古老——比我们最初认为的要古老得多。”

格兰杰和他的团队使用加速器质谱法测量岩石中的放射性核素，同时还绘制了地质图，并深入了解了洞穴沉积物是如何积累的，从而确定了斯特克方丹含南方古猿沉积物的年龄。

格兰杰和普渡大学稀有同位素测量实验室(PRIME实验室)的研究小组研究所谓的宇宙成因核素，以及它们可以揭示的化石、地质特征和岩石的历史。宇宙成因核素是由宇宙射线产生的极其罕见的同位素——高能粒子不断轰炸地球。这些入射的宇宙射线有足够的能量在地表岩石内部引起核反应，在矿物晶体中产生新的放射性同位素。一个例子是铝-26:铝缺少一个中子，在数百万年的时间里慢慢衰变变成镁。由于铝-26是在岩石露出地表时形成的，而不是在岩石深埋洞穴后形成的，所以PRIME实验室的研究人员可以通过测量铝-26和另一种宇宙成因核素铍-10的水平来确定洞穴沉积物(以及其中的化石)的年代。

除了根据宇宙成因核素确定斯特克方丹的新年代外，研究团队还仔细绘制了洞穴沉积物的地图，展示了在20世纪30年代和40年代的挖掘过程中，不同年代的动物化石是如何混合在一起的，这导致了几十年来与之前年代的混淆。格兰杰说:“我希望这能让人们相信，这种测定年代的方法给出了可靠的结果。使用这种方法，我们可以更准确地将古人类和他们的亲属放在正确的时期，在非洲和世界其他地方。”

化石的年代很重要，因为它影响了科学家对当时生活环境的理解。人类是如何以及在哪里进化的，他们是如何融入生态系统的，以及谁是他们最近的亲戚，这些都是紧迫而复杂的问题。把斯特克方丹的化石放到合适的环境中是解开整个谜题的一步。

Darryl E. Granger, Dominic Stratford, Laurent Bruxelles, Ryan J. Gibbon, Ronald J. Clarke, Kathleen Kuman. Cosmogenic nuclide dating of            Australopithecus            at Sterkfontein, South Africa. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022; 119 (27) /releases/2022/06/220627165947.htm (accessed June 27, 2022).