Чем питались австралопитеки и как добывали пищу
Рацион Австралопитека седибы: всё страньше и страньше…
Зубы MH1. Виден зубной камень… Источник: http://news.sciencemag.org/
Соотношение изотопов углерода 13C/12C для ранних гоминид. Австралопитеки из Малапы обозначены черными квадратами. Ближайший к ним Ардипитек рамидус – треугольнички… Иллюстрация из обсуждаемой статьи.
Фитолиты из зубного камня MH1 под микроскопом. а) двудольное растение (фрукт); b) древесина или кора; с) трава; d) осока. Иллюстрация из обсуждаемой статьи.
Вспомним хотя бы неандертальскую кашу. Или южноафриканских парантропов, неутомимо грызущих клубни и орехи, в то время как их двоюродные братья из Восточной Африки задумчиво жевали осоку.
Вот три группы методов, которые позволяют приоткрыть завесу над кулинарными тайнами далёкого прошлого.
1. Анализ содержания изотопов углерода (например, в эмали зубов) позволяет узнать, растения какого рода поедал хозяин этих зубов:
«С3— и С4-растения отличаются соотношением содержащихся в них изотопов углерода 12 С и 13 С. В частности, древесные растения и кустарники – для которых характерен C3-фотосинтез – накапливают больше изотопов углерода 12 С, чем травянистые растения саванн (С4-фотосинтез). Эти изотопы в итоге аккумулируются в тканях – прежде всего, костях и зубах – тех животных, которые данные растения поедают (а также, кстати, тех хищников, которые затем «поели» этих животных)».
Известно, что шимпанзе предпочитают фрукты и листву деревьев (С3-растения), даже находясь в саване, где полно травы (С4). Исследования последних лет показали, что рацион австралопитеков, парантропов и ранних Hоmо включал существенно больше саванных С4-растений, чем это характерно для современных человекообразных обезьян.
2. Изучая микроструктуру эмали зубов, можно выяснить некоторые особенности пищи, употребляемой гоминидом незадолго до смерти.
Анализ микроструктуры зубной эмали ранних гоминид показал, что питание африканского и афарского австралопитеков, а также Paranthropus boisei было довольно монотонным – в отличие от гораздо более разнообразного рациона Homo erectus и Paranthropus robustus.
В каких условиях жили австралопитеки из Малапы?
Судя по содержанию изотопов углерода в останках жвачных животных и грызунов, найденных там же, их рацион состоял практически полностью из C4-растений. В образце осадочной породы из слоя с костями гоминид найдено множество фитолитов трав, типичных для саванн. Эти данные, а также кости лошадей и других саванных животных указывают на то, что Малапу окружали открытые пространства, заросшие травой.
Таким образом, местность вблизи Малапы включала и лес, и саванну.
Итак, собственно исследование:
Изотопы углерода: лес или саванна?
Объекты исследования: верхний правый первый резец MH1 и верхний правый второй моляр MH2.
Результаты: соотношение 13 C/ 12 C, полученное для обоих образцов, лежит за пределами области значений для всех ранее исследованных африканских ранних гоминид (81 шт.). Рацион седибы практически полностью состоял из C3-растений, т.е. ресурсов леса!
Очень необычно для гоминид (если, конечно, MH1 и MH2 – типичные представители вида). Ближе всего по этому параметру зубы из Малапы находятся к гораздо более древнему ардипитеку. Среди современных животных рацион седиб можно сравнить с рационом саванных шимпанзе, или даже таких специализированных листоедов, как … жирафы.
Микроструктура зубов
Объекты исследования: верхний правый второй моляр MH1 и нижний правый второй моляр MH2.
Результаты: анизотропность оказалось такой же, как у большинства ранних гоминид. А вот фрактальная сложность выше, чем у большинства австралопитеков, хабилисов и Paranthropus boisei, и примерно соответствует средним величинам Homo erectus и Paranthropus robustus.
Фитолиты
Объекты исследования: левый верхний второй резец и левый верхний передний премоляр.
Впервые изучались фитолиты столь древнего гоминида! А всё благодаря исключительно хорошей сохранности зубов. Палеоантрополог Аманда Хенри из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка (Лейпциг) извлекла из зубного камня седиб 38 фитолитов.
Надо сказать, что кора и древесина до сих пор не встречались в рационе гоминид, хотя и поедаются многими современными приматами. Судя по тому, что даже в небольшой выборке фитолитов найдено так много всего, рацион седиб был очень разнообразным.
Обе особи A. sediba питались необычно по сравнению с прочими гоминидами этого периода. Судя по микротруктуре эмали, седибы употребляли в пищу твердые продукты, что ранее не встречалось у австралопитековых (кроме робустуса). Этим они отличаются, кстати, и от Australopithecus africanus, прямыми потомками которого, по идее, являются. По данным изотопного анализа, гоминиды из Малапы питались растениями лесов, подобно современным саванным шимпанзе. Разнообразие фитолитов говорит о «пестроте» рациона, в который, по крайней мере в некоторые сезоны, входила кора или древесина. Среди раних африканских гоминид A.sediba больше всего похож на Ардипитека (правда, про микроструктуру эмали и зубной камень Ардипитека ничего не известно…)
Судя по всему, Австралопитек седиба обитал в смешанной лесисто-травянистой местности (что-то вроде «припойменного леса»).
Это согласуется с особенностями посткраниального скелета седибы, сохранившего некоторые древесные адаптации. Вероятно, наш австралопитек иногда забирался на деревья, чтобы полакомиться листьями и плодами.
В популярном материале на сайте журнала Science один из авторов исследования, палеоантрополог Мэтт Спонхаймер (Matt Sponheimer) высказывает предположение: если седибы кормились в лесу, то размер их групп должен быть меньше, чем у других гоминид, т.к. в лесу риск нападения хищника не так велик, как в саванне…
В прошлом году из серии статей в Science мы узнали о многочисленных удивительных особенностях скелета Австралопитека седибы. Теперь к этому добавились экстраординарные пищевые пристрастия малапских «лесных человечков». Необычному австралопитеку – необычный обед!
Особенности строения и образ жизни австралопитековых
Специально для портала «Антропогенез.РУ».
Авторский проект С.Дробышевского. Электронная книга даст читателям базовую информацию о том, что известно современной науке о древней родословной человека.
Череп австралопитеков похож на череп шимпанзе. Характерны большие челюсти, массивные костные гребни для прикрепления жевательной мускулатуры, маленький мозг и большое уплощённое лицо. Зубы австралопитеков были очень большие, но клыки короткие, а детали строения зубов больше похожи на человеческие, чем обезьяньи.
В строении скелета австралопитеков характерны широкий низкий таз, относительно длинные ноги и короткие руки, хватательная кисть и нехватательная стопа, вертикальный позвоночник. Такое строение уже почти человеческое, отличия заключаются лишь в деталях строения и в маленьких размерах.
Образ жизни
Образ жизни австралопитеков, видимо, был непохож на известный у современных приматов. Они жили в тропических лесах и саваннах, питались преимущественно растениями. Впрочем, поздние австралопитеки охотились на антилоп или отнимали добычу у крупных хищников – львов и гиен. Ранние австралопитеки населяли преимущественно разного рода леса. Грацильные австралопитеки Южной Африки обитали в широком диапазоне условий – от влажных лесов до открытых сухих саванн. Массивные австралопитеки Южной Африки тоже были встречены в контексте разнообразных природных условий; считается, однако, что они держались ближе к воде, чем грацильные австралопитеки и «ранние Homo«, впрочем, есть и противоположные доказательства, свидетельствующие, что они обитали в более сухих и открытых ландшафтах. По большей части австралопитеки держались сравнительно открытых мест – в той или иной степени облесённых саванн.
Обычно находки австралопитеков Восточной Африки приурочены к околоводным экосистемам, чаще к берегам озёр. Однако это может быть лишь тафономическим артефактом, поскольку ископаемые останки лучше всего сохраняются именно в таких условиях. Возможно, что основная зона обитания австралопитеков располагалась на более отдалённых от воды территориях.
Вообще реконструированные африканские ландшафты времени существования австралопитеков чаще всего чрезвычайно мозаичны и часто на небольшой территории включают в себя элементы от сухих саванн до влажных тропических лесов. Возможно, разнообразие ландшафтных зон препятствовало крайней специализации австралопитеков; истоки высокой экологической пластичности современного человека, видимо, можно искать уже в том времени.
Австралопитеки жили группами в несколько особей и, видимо, постоянно кочевали по просторам Африки в поисках пропитания. Орудия австралопитеки вряд ли умели изготовлять, хотя использовали наверняка. Их руки были весьма похожи на человеческие, но пальцы были сильнее изогнуты и более узкие. Как уже упоминалось, древнейшие орудия известны из слоев в Эфиопии, датированных 2,7 миллионами лет назад, то есть спустя 4 миллиона лет после появления австралопитеков. В Южной Африке австралопитеки или их непосредственные потомки около 2-1,5 миллионов лет назад использовали костяные обломки для вылавливания термитов из термитников.
Рассмотрим более подробно каждую из групп австралопитеков.
Австралопитек, скажи мне, что ты ешь…
В последние годы наши знания о том, чем питались наши пращуры, пополнились новыми фактами. Это связано с широким применением в палеоантропологии новых исследовательских методов. Среди них:
1. Изотопный анализ (например эмали зубов). В частности, по содержанию стабильных изотопов углерода 12 C и 13 С в эмали определяют, растения какого рода поедал хозяин этих зубов:
Исследования последних лет показали, что рацион австралопитеков и ранних Hоmо включал существенно больше саванных С4-растений, чем это характерно для современных человекообразных обезьян.
2. Изучая под микроскопом характер износа эмали зубов, можно выяснить некоторые особенности пищи, употребляемой гоминидом незадолго до смерти.
Рис. 1. Зуб Paranthropus robustus (распиленный вертикально). Красные прямоугольники —
исследуемые участки. (Иллюстрация к обсуждаемой статье: Vincent Balter et al. Evidence for dietary change but not landscape use in South African early hominins.
Nature, опубликована 8 августа 2012 года)
Анализ микроструктуры зубной эмали ранних гоминид показал, что питание африканского и афарского австралопитеков, а также восточноафриканского Paranthropus boisei было довольно монотонным — в отличие от гораздо более разнообразного рациона южноафриканского Paranthropus robustus.
3. Фитолиты — неорганические структуры, состоящие из кварца или оксалата кальция. Они находятся в тканях растений, причем в зависимости от вида растения форма и строение фитолитов различны. Фитолиты постепенно накапливаются в зубном камне — таким образом, зубной камень хранит информацию о том, растения какого рода употреблялись в пищу. В начале 2011 года изучение зубного камня неандертальцев позволило выяснить, что эти существа, считавшиеся стопроцентными хищниками, употребляли в пищу злаки и даже отваривали их.
В прошлом году в ведущих научных журналах вышел ряд публикаций, посвященных исследованиям рациона древних гоминид. Расскажем о двух из них, показавшихся нам особенно интересными. Первое исследование дало результаты, которые подозрительно хорошо вписываются в наши представления об эволюции человека…
Как известно, грацильные («изящные») австралопитеки дали начало двум очень разным группам гоминид. Одна из них — парантропы, их еще называют массивными австралопитеками, обладали очень внушительным жевательным аппаратом. Вторая группа — ранние Homo, наши прямые предки, которые стали изготавливать орудия и кушать мясо.
Авторы августовской публикации в журнале Nature (о содержании кальция, бария и стронция, а также его изотопов 87 Sr и 86 Sr в эмали зубов) выясняли новые особенности рациона южноафриканских австралопитеков, парантропов и ранних Homo. Кроме того, исследователей интересовал вопрос: занимали ли эти гоминиды разные территориальные ниши, или места их обитания совпадали? (Кажется логичным первый вариант: скажем, парантропы жались к берегам рек, а ранние Homo гуляли по саванне…).
Исследования показывают, что:
Что касается 87 Sr/ 86 Sr, то его значение не зависит от характера рациона, а определяется только содержанием изотопов стронция в почве (из почвы 87 Sr и 86 Sr попадают в растения, а затем, с пищей — в организмы животных), то есть геологическими особенностями местности. Таким образом, значение 87 Sr/ 86 Sr помогает определить в какой местности обитало животное и каков был размер его индивидуальной территории.
Первая неожиданность: заметных отличий в соотношении 87 Sr/ 86 Sr между группами гоминид — НЕ выявлено. Таким образом, территории, занимаемые австралопитеками, парантропами и ранними Homo, имели сходный размер и, говоря научным языком, располагались на идентичном геологическом субстрате. А попросту, все эти гоми-ниды жили на одной территории, в одних и тех же местах.
Напротив, соотношения Sr/Ca and Ba/Ca показали существенные различия между 3-мя группами. Если сопоставлять с различными группами животных, то ранние Homo неотличимы от хищников, а парантропы — от листоядных. Что касается A. africanus, то по соотношению Sr/Ca он похож на травоядных, а по Ba/Ca — на листоядных.
Рис. 2. На карте показано местонахождение Коро Торо, а также отмечены другие местонахождения
Восточной и Южной Африки, упоминаемые в
статье. (Иллюстрация к обсуждаемой статье: Julia
Lee-Thorp et al. Isotopic evidence for an early shift to
C4 resources by Pliocene hominins in Chad // PNAS.
Published online before print. 12 ноября 2012 года)
Это еще не всё… Исследователи обратили внимание на то, что «внутризубная» изменчивость соотношений Sr/Ca и Ba/Ca у африканусов выше, чем у других групп. О чем это говорит? Вероятно, пища этих австралопитеков представляла собой комбинацию двух разнородных компонентов (воображение рисует бутерброд с колбасой…). Cочетание листьев и плодов, в которых много стронция и мало бария, и мяса, в котором мало и того, и другого, может дать наблюдаемый эффект. Возможно, в зависимости от сезона, когда тот или иной ресурс скудел австралопитеки переходили с растительной пищи — на мясную и обратно. Это наиболее правдоподобное объяснение. Правда, пока что нельзя сказать, какой из ресурсов — мясо или растения был основным, а на какой австралопитеки переходили по необходимости, «с голодухи».
Рацион парантропов был менее разнообразен и базировался главным образом на древесных растениях. В пище ранних Homo, напротив, преобладало мясо.
Самый северный австралопитек питался папирусом?
А в ноябре 2012 года на сайте PNAS появилась статья, авторы которой при помощи всё того же изотопного анализа выясняют, что кушал самый северный и, гораздо хуже изученный представитель ранних гоминид — австралопитек бахр-эль-газальский (обитавший на территории республики Чад). Этот гоминид (известный пока что по нескольким очень фрагментарным находкам, сделанным в Коро Торо) особенно интересен тем, что проживал далеко за пределами известных местонахождений Восточной и Южной Африки, где найдено большинство австралопитеков.
Рис. 3. Фрагмент нижней челюсти KT 12/H1, голотип Australopithecus bahrelghazali. Зуб из этой челюсти участвовал в исследовании. (Источник: www.modernhumanorigins.net)
Отложения, содержащие останки A. bahrelghazali, в 2008 году были датированы экзотическим радиобериллиевым методом, и получился возраст — 3,58 млн лет. Примерно в это время на востоке Африки разгуливали родственники знаменитой Люси.
Вместе с останками A. bahrelghazali найдены многочисленные кости животных — наземных и пресноводных. Останки некоторых пастбищных видов антилоп говорят о том, что 3,5 млн лет назад здесь простиралась саванна. С другой стороны, в Коро Торо найдены и кости древних жирафов, значит какие-то деревья должны были расти. Изотопный состав зубов найденных животных (а как же без этого!) показывает доминирование C4-ресурсов. Вывод: во времена австралопитеков район Коро Торо представлял собой открытую саванну с редкими деревьями, прорезаемую руслами рек.
Получается даже более открытая местность, чем реконструируется для афарских австралопитеков.
Итак, что дал изотопный анализ зубов A. bahrelghazali? По соотношению 12 С и 13 С эти австралопитеки оказались похожими на антилоп, лошадей, свиней и хоботных. С4-ресурсы в их рационе составляли от 55 до 80%.
Такие цифры отличаются от большинства результатов, ранее полученных для гоминид. A. bahrelghazali явно ел больше саванных растений, чем австралопитеки Южной Африки.
И что же это были за растения? Ведь у австралопитеков не было ни мощных жевательных зубов, ни, вероятно, соответствующей пищеварительной системы. Стоит подумать: какие части растений подходят для них? Например, современные павианы любят полакомиться питательными клубнями и луковицами.
Далее авторы статьи рассуждают, что основным блюдом на столе австралопитеков Коро Торо могли быть осоковые растения рода Cyperus (по-русски — «сыть»). Представители этого рода имеют крупные клубни, и широко распространены в африканских тропиках и субстропиках, включая бассейн озера Чад. (К роду Cyperus, кстати, относится египетский папирус). Судя по археологическим данным, некоторые виды Cyperus, например, земляной миндаль, были важным пищевым ресурсом охотников-собирателей Южной Африки времен позднего каменного века.
Авторы полагают, что возможны два варианта пищевой стратегии:
Выбрать правильную версию можно будет, проведя аналогичный анализ для восточно-африканских A. afarensis, которые обитали в более лесистой местности. Сидели ли они на травяной диете, как австралопитеки Чада, или добавляли в свое меню плоды и древесную листву? Люси, вам слово!
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Диета австралопитека афарского, древнего предка современного человека, стала известна ученым
Зубная эмаль афарского австралопитека рассказала о его пище
Группе ученых, в число которых входят Джонатан Уайн из Университета Южной Флориды, Мэтт Спонхеймер из Колорадского университета, Уильям Кимбэл из Университета штата Аризоны и другие, удалось вычислить примерный набор продуктов, употребляемых в пищу австралопитеком хадарским, а также его предком, получившим в научных кругах название Australopithecus afarensis — австралопитек афарский. Исследование было опубликовано в журнале PNAS
Еще в 50-х годах двадцатого столетия знаменитый ученый Джон Робинсон выдвинул гипотезу о существовании двух морфологических групп ранних гоминид Южной Африки, диетическая адаптация которых существенно различалась. Например, австралопитек анамский (Australopithecus anamensis) имел зубы с прочной эмалью, способные пережевывать жесткие продукты. В отличие от него австралопитек афарский не был предрасположен к пережевыванию жесткой пищи: эмаль на его зубах была тоньше. Именно это исследование и стало базой для изучения примерного рациона последнего.
Все исследования были проведены в соответствии с медианным тестом Краскела—Уоллис, то есть на основе сравнения нескольких значений были выявлены характерные черты одной переменной, в данном случае элементов питания австралопитека афарского.
Как оказалось, его рацион был практически идентичен с рационом австралопитека африканского (Australopithecus africanus) — из Южной Африки. Предположительно, основой питания для них служили так называемые С4-растения: сахарный тростник и просо, играющие важную роль в процессе метаболизма.
Безусловно, рацион зависит и от среды обитания, и от приспособленности к ней.
К примеру, обосновавшиеся в лесах предки человека – гориллы и шимпанзе – питались преимущественно лесными растениями; в то же время для шимпанзе, обитающих в саваннах, не характерно употребление в пищу полевых растений в качестве основного продукта. Ранние восточноафриканские виды предков человека — ардипитек рамидус (Ardipithecus ramidus) и австралопитек анамский — отдавали предпочтение рису, пшенице, ячменю, водорослям и шпинату. В этом одно из существенных их отличий от австралопитека афарского. С точки зрения рациона австралопитек афарский был ближе как раз к сохранившимся до наших дней гориллам и шимпанзе.
Не исключено, что афарские австралопитеки были одними из первых, кто решился разнообразить свою диету.
Они употребляли в пищу как семена трав и коренья, так и разнообразные сочные растения, плоды и даже термитов. Поэтому останки австралопитека афарского были найдены в различных средах обитания, начиная от лесов и заканчивая лугами и болотами. Но ученых также волновал другой вопрос: как по сравнению с предком — австралопитеком анамским, который практически не употреблял в пишу крупы и злаки — рассматриваемый вид включил их в свой рацион? Скорее всего, смена фазы жизненного цикла повлияла на изменение пищевой сети. Если это действительно так, то питание вида зависит и от образа жизни предка, и от жизнедеятельности самого вида на данной территории.
Австралопитек афарский представляет собой переходную ступень в истории развития гоминидов, в ходе которой в их диету были включены совершенно новые продукты, что обозначило для гоминидов переход из канапойской в хадарскую эпоху, делают выводы ученые.
Австралопитеки седиба питались корой, листьями и фруктами
В 2010 году группа палеонтологов под руководством Ли Бергера (Lee Berger) из университета Витватерсранд в городе Йоханнесбург (ЮАР) впервые обнаружила останки австралопитека седиба (Australopithecus sediba) в пещере Малапа в северной части ЮАР. В 2011 году первооткрыватели скелета проанализировали его структуру и обнаружили множество признаков, сближающих этот вид древних людей и ранних представителей рода Homo.
Говорящие зубы
В новом исследовании Бергер и его коллеги попытались прочитать диету древних приматов, изучив химический состав и структуру нескольких зубов, сохранившихся в черепах австралопитека седиба из пещеры Малапа.
Сначала авторы статьи проверили, питались ли австралопитеки древесной или травянистой пищей, проанализировав соотношение изотопов углерода в эмали зубов при помощи лазера.
Травянистые растения и деревья в тропиках по разному поглощают углекислый газ (СО2), в котором место «обычного» изотопа углерода-12 занимает «тяжелый» углерод-13. Как правило, деревья хуже перерабатывают такие «тяжелые» молекулы СО2, что выражается в относительно меньшем содержании углерода-13 в клетках растений.
Травянистые растения используют более эффективный механизм фотосинтеза, который в том числе позволяет им захватывать и перерабатывать «тяжелый» углекислый газ. Поэтому относительное содержание углерода-13 может подсказать ученым, растения какого типа преобладали на исследуемом участке почвы.
Вещий зубной камень
Как отмечают исследователи, форма, размеры и другие свойства фитолитов различаются для клеток разных представителей земной флоры. Это позволяет с высокой точностью определять, какие растения росли в той или иной точке мира в далеком прошлом по фрагментам фитолитов, которые сохранились в осадочных отложениях.