Comment le changement climatique a-t-il affecté les humains anciens ? | Science

Il y a des centaines de milliers d’années, nos ancêtres avaient une relation intime avec leur environnement, ce qui a contribué à façonner où et comment ils vivaient. Mais lorsque le climat a changé – lorsque la rivière s’est asséchée ou que les prairies et les troupeaux locaux ont diminué – comment les anciens humains ont-ils réagi ? Des os, des outils en pierre et d’autres artefacts peuvent nous montrer à quoi ressemblaient les hominidés et comment ils se sont comportés au fil du temps. Mais aussi difficile qu’il soit de découvrir un crâne vieux de 300 000 ans, il peut être encore plus difficile de trouver des preuves tangibles montrant à quoi ressemblaient vraiment les habitats que ces humains appelaient chez eux, en particulier parce que le changement climatique les a considérablement modifiés à plusieurs reprises.

Maintenant, les scientifiques ont créé un modèle de superordinateur du climat mondial et de ses changements, remontant à environ deux millions d’années. Les chercheurs ont associé cette simulation paléoclimatique à des preuves du monde réel provenant de milliers d’ossements humains anciens et d’outils en pierre pour découvrir quelles étaient les conditions là où les humains anciens existaient. Ils ont ensuite cartographié la distribution et les mouvements possibles de cinq principales espèces d’hominidés, y compris la nôtre…Homo sapiens— en fonction de l’endroit et du moment où des habitats favorables existaient. Curieusement, les résultats du modèle suggèrent que des changements environnementaux dramatiques ont joué un rôle dans des changements évolutifs majeurs comme l’origine de notre propre espèce.

Au cours des 25 dernières années, les scientifiques explorant les origines humaines se sont de plus en plus intéressés à la manière dont le changement climatique et les conditions écologiques variables, telles que les sécheresses et les températures glaciales, contribuaient à guider l’évolution. L’idée est que la nécessité de survivre dans des environnements variables favoriserait les humains avec des changements génétiques qui les rendraient plus adaptables et mieux capables de survivre dans un large éventail de conditions.

Explorer cette théorie peut être difficile car il y a souvent peu de preuves de ce qu’était exactement le climat, ou un environnement localisé donné, à l’époque et aux endroits où des changements évolutifs majeurs se sont produits. Les enregistrements climatiques peuvent être extraits des carottes de glace ou des sédiments océaniques, mais de telles preuves manquent particulièrement sur les sites fossiles où les scientifiques ont trouvé des preuves tangibles des étapes de notre voyage évolutif. En Afrique, par exemple, seuls quelques enregistrements terrestres existent qui remontent à deux millions d’années.

Axel Timmermann, directeur du Centre IBS pour la physique du climat à l’Université de Pusan, en Corée du Sud, a dirigé une équipe qui a utilisé le supercalculateur ICCP/IBS Aleph pour simuler l’histoire de la variabilité climatique mondiale remontant à deux millions d’années. “L’avantage de cette approche est qu’elle nous permet d’obtenir des informations climatiques partout sur notre planète”, explique Timmerman, co-auteur de l’étude publiée cette semaine dans Nature.

L’orbite elliptique de la Terre autour du Soleil change légèrement de forme sur des périodes de 100 000 et 400 000 ans connues sous le nom de cycles de Milankovitch. Ceci, ainsi que les oscillations périodiques de la Terre sur son axe, font que les niveaux de rayonnement solaire que nous recevons augmentent et diminuent, et que la planète traverse des périodes de changement climatique naturel. Ces changements se produisent sur des échelles de temps beaucoup plus longues que le changement climatique actuel, dans lequel l’activité humaine joue un rôle majeur, mais au fil du temps, les périodes glaciaires et les périodes chaudes ont considérablement modifié les habitats dans le monde entier selon les machinations de l’horloge astronomique.

La simulation du modèle climatique a mis en lumière les conditions clés dont les humains auraient eu besoin pour prospérer, comme les précipitations, la température et les niveaux de végétation. Les résultats du modèle ont été vérifiés par recoupement avec les données paléoclimatiques existantes de sites clés sélectionnés – carottes de glace, sédiments océaniques et dépôts de grottes comme les stalagmites – et se sont avérés bien correspondre, ce qui garantit sa précision.

S’attaquant à l’aspect os et pierres de l’étude, Pasquale Raia, de l’Université de Naples, a construit une vaste base de données répertoriant plus de 3 200 fossiles humains et artefacts archéologiques d’Afrique, d’Europe et d’Asie, remontant à environ deux millions d’années. Cela a montré la preuve de la distribution connue de cinq espèces (H. erectus, H. heidelbergensis, H. neanderthalensiset H. sapiens et ‘Early African Homo’, un duo de H.ergaster et H.hablis) et quand ils vivaient dans un lieu.

La comparaison de la simulation du modèle des conditions climatiques existantes aux époques et aux endroits où les fossiles ont été effectivement trouvés a permis au groupe d’identifier les habitats dans lesquels chaque espèce a réussi. Les chercheurs ont ensuite cartographié divers autres endroits, avec des climats similaires, où ils auraient pu vivre.

Certaines espèces, en particulier les lignées plus anciennes comme H.ergaster et H.hablis ont émis l’hypothèse qu’ils n’avaient vécu que dans une gamme plus restreinte de conditions. H. Sapiens et H Erectus avaient la suite d’habitats la plus diversifiée, ce qui, selon Timmermann, les marque comme des généralistes adaptables. Cela « leur a peut-être permis de devenir des vagabonds mondiaux, atteignant des régions reculées de notre planète », note-t-il.

Michael Petraglia, directeur du Centre australien de recherche sur l’évolution humaine à l’Université Griffith, affirme que les cartes de l’habitat approprié montrent bien la propagation possible de ces espèces dans de nouveaux territoires et un plus large éventail d’environnements.

“Cela me suggère que ces espèces ont probablement développé une gamme d’adaptations culturelles, leur permettant de survivre, par exemple dans des environnements froids et très saisonniers”, explique Petraglia, qui n’a pas participé à l’étude. “Le feu et le développement d’armes plus sophistiquées pour la chasse sont des exemples d’innovations culturelles qui ont probablement amélioré leur survie.”

Mais la survie n’a pas toujours été facile ni même possible. Les principaux stress environnementaux, comme les sécheresses, ont probablement réduit la taille des populations locales, en particulier parmi les espèces les plus vulnérables et moins adaptables à différents habitats. De tels événements peuvent avoir entraîné une diminution de la taille et de la diversité d’un pool génétique donné à mesure que ses membres mouraient. Les survivants auraient pu vivre grâce à des avantages génétiques, et ceux-ci seraient devenus omniprésents au sein du groupe et transmis aux descendants. Certains de ces changements génétiques peuvent avoir été si importants qu’ils ont fait partie de la transition d’une ancienne espèce humaine à une autre.

Le paléoanthropologue Rick Potts, directeur du programme des origines humaines du Smithsonian, note que l’étude s’appuie sur des travaux remontant à plus de deux décennies. Des chercheurs, dont Potts, ont accumulé des preuves de la théorie selon laquelle les changements écologiques induits par le climat ont contribué à l’évolution humaine. La clé de cette hypothèse de « sélection variable » est que l’instabilité écologique, entraînée par les changements climatiques, aurait un impact sur l’évolution en favorisant les traits génétiques qui rendraient les humains plus flexibles et mieux capables de s’adapter à ces changements.

“Cependant, disposer d’un nouvel outil – la simulation 2Ma – pour générer des reconstructions d’habitat pertinentes pour la spéciation et la dispersion des hominines est un réel avantage”, déclare Potts, qui n’a pas participé à l’étude.

Jusqu’à présent, lorsque les cartes d’habitation du modèle sont vérifiées par rapport aux preuves de l’archéologie, de l’anthropologie et de la génétique, les grandes lignes de notre voyage évolutif concordent. Les auteurs ont également utilisé leurs cartes de paléoclimat pour suggérer des spécificités intrigantes.

En utilisant le modèle, les auteurs suggèrent que les populations sud-africaines de H. Heidelbergensis ont enduré deux périodes (il y a 360 000 à 415 000 ans et il y a 310 000 à 340 000 ans) au cours desquelles la qualité de leur habitat a été considérablement réduite. Le retour des habitats de grande valeur, il y a 200 000 à 310 000 ans, correspond à la disparition de cette espèce et à l’émergence de Un homme sage La preuve de cette théorie de transition de longue date peut être vue dans le dossier de crânes de plus en plus modernes comme Kabwe 1 (300 000 ans), Florisbad (260 000 ans) et Hereto (170 000 ans).

Si H. Heidelbergensis était un ancêtre de nous-mêmes et que nous sommes apparus au cours d’une période de spéciation il y a entre 200 000 et 300 000 ans, les conditions favorisées par les deux espèces ont dû se chevaucher à cette époque. C’est exactement ce que le modèle climatique suggère s’est produit en Afrique du Sud.

Une convergence similaire d’habitats propices, en Europe, conforte l’hypothèse qu’une autre transition d’espèces s’y est produite entre l’Europe H. heidelbergensis et les Néandertaliens il y a environ 400 000 ans.

Les interprétations de l’habitat du modèle correspondent largement aux aspects existants des archives fossiles, archéologiques et génomiques. Cela peut signifier que le modèle est précis, mais cela soulève également la question intrigante de sa capacité à prédire des idées entièrement nouvelles. “Sera-t-il un outil prédictif utile pour de nouvelles hypothèses sur l’histoire de l’évolution humaine au cours des deux derniers millions d’années?” demande Potts.

L’étude n’a pas non plus été conçue pour fournir des informations sur la manière exacte dont les conditions environnementales changeantes qu’elle modélise ont réellement influencé les processus de dispersion et de spéciation humaines. « La simulation sera plus importante si elle conduit à de nouvelles hypothèses sur la façon dont le climat a conduit à la variance et à la divergence des populations et donc à la spéciation ; ou comment les corridors d’habitat se sont ouverts et fermés, conduisant ainsi à des prédictions sur les dispersions passées qui ne sont pas encore documentées dans les archives fossiles », déclare Potts.

En fin de compte, ce n’est pas tant le climat que les conditions écologiques à un endroit donné, comme le type de nourriture et d’eau disponibles, et la gamme d’espèces végétales et animales présentes, qui déterminent quelles espèces humaines auraient pu survivre et comment elles ont dû s’adapter au fil du temps. temps. Les futures études utilisant les modèles climatiques devraient également tenir compte de la complexité de ces écosystèmes, par exemple en étudiant les changements évolutifs qui pourraient être observés dans d’autres espèces. Si les changements dans les précipitations, la température et la production végétale avaient eu un impact sur les humains, ils auraient également eu des impacts évolutifs sur les espèces de grands mammifères, par exemple, dont les os sont abondants sur de nombreux sites fossiles d’hominines. L’exploration de ces impacts plus larges sur l’écosystème est un exemple de la façon dont les hypothèses du modèle climatique pourraient être testées plus avant, et peut-être révéler de nouvelles idées.

“Les modèles d’adéquation de l’habitat sont donc un outil scientifique bienvenu, mais ce ne sont que des modèles”, explique Michael Petraglia. “Nous avons beaucoup de travail à faire sur le terrain, en récupérant non seulement des fossiles et de l’archéologie, mais en reconstruisant les environnements dans lesquels les hominidés se sont retrouvés.”