Pikku Jalka on yksi Etelä-Afrikan vanhimmista tunnetuista hominiineista. Tämä melkein täydellinen Australopithecus- sukuun kuuluva luuranko on peräisin yli kolme miljoonaa vuotta. Se löydettiin vuonna 1994 Sterkfonteinin luolista lähellä Johannesburgia Etelä-Afrikassa, jotka ovat osa ihmiskunnan kehtoa.
Tunnemme melko paljon Australopithecus- suvusta Afrikassa löydettyjen satojen fossiilisten jäännösten ansiosta. Tiedämme, että se koostui useista lajeista, joista osa saattoi elää samanaikaisesti, ja että nämä lajit nauttivat suurta monimuotoisuutta ruokaa.
Mutta valitettavasti, koska fossiilit ovat usein pirstoutuneita, emme vieläkään tiedä tarkalleen, miltä Australopithecusin aivot näyttivät, miltä ne kävelivät tai miksi ne kehittyivät tietyllä tavalla.
Nyt yhdistelmä Pikkujalan suhteellisen ehjää kalloa ja mikrotomografiaksi kutsuttu high-tech-skannaustekniikka ovat auttaneet meitä paljastamaan joitain vastauksista.
Kollegani ja minä käytimme mikrotomografiaa tutkiakseen Pikkujalan kallon käytännössä. Tämä tekniikka perustuu skannerin käyttöön, jonka avulla voimme käyttää erittäin hienoja yksityiskohtia - muutaman mikrometrin kerrallaan. Tutkimme kallon erilaisia anatomisia rakenteita ja erityisesti aivojälkiä ja sisäkorvaa.
Sitten vertailimme löytämiämme muihin Australopithecus- näytteisiin ja fossiilisiin jäänteisiin, jotka kuuluvat eri ryhmiin: Paranthropus ja varhainen Homo . Nämä ovat geologisesti nuorempia, mikä antoi meille mahdollisuuden seurata evoluutiota.
Aivot ja sisäkorva ovat myös mielenkiintoisia rajapintoja fossiilisten hominiinien ja niiden fyysisen ja sosiaalisen ympäristön välillä. Näiden tutkimusten avulla voimme esitellä ja tutkia uusia skenaarioita siitä, kuinka esi-isämme eläivät ja kehittyivät.
Aivojäljen opiskelu
Aivot eivät voi fossiilistua. Tämä tarkoittaa, että mikä tahansa hominin-aivojen evoluution ymmärtäminen perustuu aivojen leimojen analysointiin, jotka ovat säilyneet kalloidemme sisällä, tunnetaan myös nimellä endokastit.
Endokastit voivat toimittaa tietoa aivojen koosta, muodosta ja organisaatiosta samoin kuin sitä syövistä verisuonijärjestelmistä. Huolimatta joidenkin halkeamien esiintymisestä ja tosiasiasta, että jotkut kallon osat ovat muodonmuutoksissa, Pikkujalan endokasta on suhteellisen täydellinen ja säilyttää aivojen selvät jäljet.
”Pikku jalka” -kallo ja kolmiulotteinen renderöinti endokastista. (Beaudet ym. 2019 Journal of Human Evolution) Aivojen jäljet pienen jalan eturintaan ovat samanlaiset kuin Australopithecus- geologisesti nuoremmat näytteet: ne osoittavat apinamaisen kuvion, joka eroaa olennaisesti elävistä ihmisistä. Sillä välin Pikkujalan endokastin takaosan visuaalinen aivokuori näyttää olevan laajentunut kuin nuoremmassa Australopithecus -ryhmässä ja elävissä ihmisissä, joissa se on vähemmän heikentynyt.
Nämä tiedot ovat kriittisiä, koska visuaalisen aivokuoren vähentyminen hominin aivoissa liittyy parietaalisen assosiaatiokuoren laajenemiseen, joka osallistuu kriittisiin toimintoihin, kuten muisti, itsetuntemus, suunta, huomio tai työkalujen käyttö. Tämä voisi tarkoittaa, että nuo funktiot eivät olleet niin kehittyneitä Pikkujalkassa verrattuna myöhempiin hominiineihin.
Hypoteesimme on, että ympäristön muutokset noin 2, 8 miljoonaa vuotta sitten ovat saattaneet johtaa valikoivaan paineeseen Australopithecusin aivoihin. Arvaamaton ympäristö on saattanut muuttaa Australopithecusin elinympäristöjä ja ravintoresursseja, ja heidän piti mukautua selviytymiseen. Tämä selittää aivojen erot Pikkujalan ja nuoremman Australopithecusin välillä .
Ja tutkimuksemme osoittaa myös, että verisuonijärjestelmä Australopithecus-endokastissa oli monimutkaisempi kuin aikaisemmin ajateltiin, etenkin keskisissä meningeaalisuonissa. Tämä tarkoittaa, että Pikku Jalka on saattanut olla suhteellisen lähellä meitä aivoveren virtauksen suhteen.
Tällä ominaisuudella saattoi olla keskeinen merkitys suuren aivojen syntyessä ihmisen perimään, koska tämä verisuonijärjestelmän osa on todennäköisesti mukana aivojen jäähdytysjärjestelmässä.
Sisäkorvan tutkiminen
Toisessa artikkelissa kuvaamme myös kiehtovia yksityiskohtia Pikkujalan sisäkorvasta. Sisäkorva sisältää tasapainoelimet - vestibulaarisen järjestelmän puolipyöreillä kanavillaan - ja kuulon etananmuotoisen koron läpi.
Perinteisesti fossiilien sisäkorva voitaisiin kuvata ajallisen luun upotetun luisen labyrintin muodon kautta. Mikrotomografisten analyysiemme avulla voimme käytännössä rekonstruoida Pikkujalan sisäkorvan. Huomasimme, että siinä yhdistyivät ihmisen ja apinan kaltaiset piirteet. Se on enimmäkseen kuin toinen Australopithecus- näyte, joka löydettiin Jacovecin luolasta Sterkfonteinissa, joka on samanlainen ikä kuin Pikku Jalka. Nämä kaksi näytettä voivat edustaa Australopithecus- sisäkorvan esi-isien morfologiaa.
Vestibulaarisen järjestelmän ja liikkumisen välillä on läheinen yhteys - miten kävelemme. Pikkujalkaisessa ja muissa australlopithecusissa vestibulaarinen järjestelmä on erilainen kuin ihmiset ja Paranthropus, mutta sillä on yhtäläisyyksiä apinoiden kanssa.
Tämä voisi olla johdonmukainen pitkäaikaisen hypoteesin kanssa, jonka mukaan Australopithecus olisi voinut kävellä kahdella jalalla maassa, mutta myös viettää jonkin aikaa puissa. Paranthropus eroaa myös Homosta : he olivat bipedejä kuten me, mutta eivät todennäköisesti pystyneet harjoittamaan tiettyjä aktiviteetteja, kuten juoksua.
Saimme kiehtovia oivalluksia sisäkorvasta. Näihin kuuluvat tosiasia, että Pikkujalan sisäkorva, joka löytyy sisäkorvasta, on samanlainen kuin geologisesti nuoremmat Australopithecus -näytteet ja Paranthropus . Mutta se eroaa huomattavasti fossiilisista homo- näytteistä. Tämä elin liittyy äänen havaintoon ja ekologisiin tekijöihin, kuten ruokavalioon, elinympäristöön tai viestintään.
Joten havaintomme viittaavat siihen, että Pikku Jalka olisi voinut olla vuorovaikutuksessa ympäristöönsä eri tavalla kuin viimeisimmät ihmisen esi-isämme.
Tämä tutkimus tarjoaa kiehtovan ikkunan Pikkujalan aivoihin ja sisäkorvaan, ja auttaa meitä ymmärtämään paremmin, kuinka esi-isiemme aivot ja korvat kehittyivät miljoonia vuosia sitten.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
Amélie Beaudet, tutkijatohtori, Witwatersrandin yliopisto
