(相關(guān)資料圖)

“人類搖籃”被聯(lián)合國教科文組織列為世界遺產(chǎn)，包括各種含化石的洞穴，其中包括 Sterkfontein洞穴。 Sterkfontein洞穴因1936年發(fā)現(xiàn)第一只成年南方古猿（Australopithecus）而聞名，南方古猿是一種已滅絕的人科。從那時(shí)起，在那里發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的南方古猿化石，包括著名的普萊斯夫人，以及被稱為L(zhǎng)ittle Foot的幾乎完整的骨架。古人類學(xué)家和其他科學(xué)家?guī)资陙硪恢痹谘芯縎terkfontein和“人類搖籃”的其他洞穴遺址，以揭示過去400萬年的人類和環(huán)境演變。

普渡大學(xué)理學(xué)院地球、大氣和行星科學(xué)教授Darryl Granger是這些研究人員中的一員，作為一個(gè)國際團(tuán)隊(duì)的一員工作。Granger專門研究地質(zhì)沉積物的年代，包括洞穴中的沉積物。作為一名博士生，他設(shè)計(jì)了一種對(duì)埋藏在洞穴中的沉積物進(jìn)行測(cè)算的方法，現(xiàn)在被全世界的科學(xué)家所使用。他以前在Sterkfontein的工作將Little Foot骨架的年齡測(cè)定為大約370萬年，但科學(xué)家們?nèi)栽跔?zhēng)論該地點(diǎn)其他化石的年齡。

在2022年6月27日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)新研究中，Granger和一個(gè)包括來自南非約翰內(nèi)斯堡威特沃特斯蘭德大學(xué)和法國圖盧茲讓-焦雷大學(xué)的研究人員在內(nèi)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，不僅是Little Foot，而且所有含有南方古猿的洞穴沉積物的年齡約為340萬至370萬年，而不是像科學(xué)家之前所推測(cè)的200萬至250萬年。這個(gè)年齡段使這些化石接近于南方古猿時(shí)代的開始，而不是接近于結(jié)束。來自埃塞俄比亞的Dinkinesh有320萬年的歷史，而她的物種Australopithecus africanus可以追溯到大約390萬年前。

Sterkfontein是一個(gè)深邃而復(fù)雜的洞穴系統(tǒng)，保存了人類占領(lǐng)該地區(qū)的漫長(zhǎng)歷史。理解這里的化石日期可能很棘手，因?yàn)閹r石和骨頭翻滾到了地下深洞的底部，而對(duì)洞穴沉積物進(jìn)行測(cè)算的方法很少。

在發(fā)現(xiàn)許多人類化石的東非，大裂谷火山鋪下的火山灰層可以確定日期。研究人員利用這些灰層來估計(jì)化石的年齡。在南非--尤其是在山洞里--科學(xué)家們沒有這種奢侈。他們通常使用在骨頭周圍發(fā)現(xiàn)的其他動(dòng)物化石來估計(jì)它們的年齡，或者使用沉積在洞穴中的方解石流石。但是，骨頭在洞穴中可能會(huì)移動(dòng)，年輕的流石可能會(huì)沉積在舊的沉積物中，使得這些方法有可能不正確。一個(gè)更準(zhǔn)確的方法是確定發(fā)現(xiàn)化石的實(shí)際巖石的日期。嵌入化石的混凝土狀基質(zhì)，稱為角礫巖，是Granger和他的團(tuán)隊(duì)分析的材料。

Granger說：“Sterkfontein有比世界上其他地方更多的南方古猿化石。但很難在它們身上得到一個(gè)好的日期。人們已經(jīng)研究了在它們附近發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物化石，并比較了流石等洞穴特征的年齡，得到了一系列不同的日期。我們的數(shù)據(jù)所做的是解決這些爭(zhēng)論。它表明這些化石很古老--比我們最初認(rèn)為的要古老得多?！?/p>

Granger和研究小組利用加速器質(zhì)譜法測(cè)量巖石中的放射性核素，以及地質(zhì)測(cè)繪和對(duì)洞穴沉積物積累方式的深入了解來確定Sterkfontein的含有南方古猿的沉積物的年齡。

Granger和普渡稀有同位素測(cè)量實(shí)驗(yàn)室（PRIME Lab）的研究小組研究所謂的宇宙成因核素，以及它們能夠揭示的化石、地質(zhì)特征和巖石的歷史。宇宙成因核素是由宇宙射線--不斷轟擊地球的高能粒子--產(chǎn)生的極其罕見的同位素。這些射入的宇宙射線有足夠的能量在地表的巖石內(nèi)引起核反應(yīng)，在礦物晶體內(nèi)產(chǎn)生新的、放射性的同位素。一個(gè)例子是鋁-26：缺少一個(gè)中子的鋁，在數(shù)百萬年的時(shí)間里慢慢衰變?yōu)殒V。由于鋁-26是在巖石暴露在地表時(shí)形成的，而不是在它被深埋在洞穴中后形成的，PRIME實(shí)驗(yàn)室的研究人員可以通過測(cè)量鋁-26的水平和另一種宇宙核素鈹-10來確定洞穴沉積物（和其中的化石）的日期。

除了基于宇宙成因核素的Sterkfontein的新日期之外，研究小組還仔細(xì)繪制了洞穴沉積物的地圖，并展示了不同年齡的動(dòng)物化石在20世紀(jì)30年代和40年代的挖掘過程中是如何混在一起的，從而導(dǎo)致了幾十年來對(duì)以前年齡的混淆?！拔蚁Ｍ氖?，這能讓人們相信這種測(cè)定方法能給出可靠的結(jié)果，”Granger說。“使用這種方法，我們可以更準(zhǔn)確地將古人類及其親屬置于正確的時(shí)間段內(nèi)，在非洲以及世界其他地方?！?/p>

化石的年齡很重要，因?yàn)樗绊懼茖W(xué)家對(duì)當(dāng)時(shí)生活環(huán)境的理解。 人類如何和在哪里進(jìn)化，他們?nèi)绾稳谌肷鷳B(tài)系統(tǒng)，以及他們的近親是誰和曾經(jīng)是誰，這些都是緊迫而復(fù)雜的問題。將Sterkfontein的化石放入其適當(dāng)?shù)谋尘爸?，是朝著解決整個(gè)難題邁出的一步。