Введение: почему следы лаэтоли имеют значение

Немногие открытия ископаемых останков изменили наше понимание эволюции человека так же глубоко, как следы лаэтоли. Сохранившиеся в вулканическом пепле в течение 3,6 миллионов лет, эти пути предлагают прямые, физические доказательства раннего двуногих гомининов — определяющая черта, которая отделяет нашу линию от других приматов. В отличие от скелетных останков, следы захватывают момент времени: снимок движения, распределения веса и походки. Для палеоантропологов они являются уникальным окном в то, как наши предки перемещались по ландшафту задолго до появления каменных инструментов или увеличенного мозга. Эта статья исследует открытие, анализ и длительное значение следов лаэтоли и объясняет, почему они остаются краеугольным камнем исследований в истоках вертикальной ходьбы. Отпечатки говорят непосредственно о том, когда, как и почему гоминины впервые стояли высоко — вопросы, которые продолжают стимулировать полевые исследования и лабораторные исследования сегодня.

Открытие следов Лаэтоли

Сайт и его контекст

Следы были обнаружены в 1978 году на месте Лаэтоли в северной Танзании, в части большей экосистемы Серенгети. Мэри Лики, новаторский археолог и палеоантрополог, возглавила экспедицию, которая сделала открытие. Следы были найдены в слое вулканического пепла, который был отложен извержением из близлежащего вулкана Садиман. После того, как пепел упал, легкий дождь превратил его во влажную, цементоподобную поверхность. Ранние гоминины - и многие другие животные - прошли через этот мягкий пепел, оставив впечатления, которые вскоре были похоронены большим количеством пепла от последующих извержений. За миллионы лет пепел затвердел в прочную скалу, известную как туф, сохраняя следы в замечательных деталях. Сохранение было настолько прекрасным, что даже крошечные гребни кожи на подошвах ног можно различить в некоторых отпечатках, уровень детализации редко встречается в летописи окаменелостей.

Знакомство с отпечатками ног

Радиометрическое датирование вулканических минералов в туфе помещает следы приблизительно в 3,6-3,7 миллиона лет. Это помещает их прямо в эпоху плиоцена, время, когда Australopithecus afarensis — вид, наиболее известный из знаменитого скелета «Люси» — бродил по Восточной Африке. Датирование имеет решающее значение, поскольку оно устанавливает, что полностью совершенный двуногий уже присутствовал более трех миллионов лет назад, задолго до появления рода Homo . Точность датирования была усовершенствована в течение десятилетий с использованием нескольких методов, включая аргон-аргоновое датирование кристаллов полевого шпата, давая исследователям высокую уверенность в возрасте отложений. Этот абсолютный возраст закрепляет временную линию эволюции гоминина и позволяет сравнивать с другими ранними местами гоминина по всей Африке.

Оригинальное название: More Than Just Footprints

Основная трасса состоит из около 70 следов, сделанных двумя (или, возможно, тремя) особями, идущими бок о бок. Тропа простирается примерно на 27 метров (88 футов). Следы расположены в рисунке, который четко указывает на шагающую походку - не неуклюжую перетасовку или полувпечатление ходячих ног. Длина шага, глубина показов и выравнивание пальцев ног указывают на движение в современном стиле, пятка к ногам. В дополнение к гомининовому слою сохранились следы многих других животных: слонов, жирафов, антилоп, носорогов, птиц и даже насекомых. Этот экологический снимок позволяет ученым реконструировать окружающую среду - травянистый лес с пятнами деревьев, около источника воды - в котором жили эти ранние предки. Следы животных также помогают подтвердить, что гоминины двигались по влажной, покрытой пеплом поверхности, а относительные положения отпечатков дают подсказки о скорости и социальном контексте прогулки.

Открытие и документация: роль Мэри Лики

Команда Мэри Лики первоначально нашла следы в 1976 году во время рутинной разведки, но потребовалось еще два года, чтобы полностью их разоблачить и задокументировать. Лики сразу же признала их важность и наблюдала за тщательными раскопками, фотографией и литьем. Отливки, сделанные из отпечатков с использованием латексной резины, позволили исследователям по всему миру изучать их, не путешествуя в Танзанию. Работа Лики в Лаэтоли построена на ее более раннем успехе в Олдувайском ущелье, и она запомнилась как одна из великих полевых ученых 20-го века. Ее тщательная документация была бесценной; без ее приверженности сохранению участка, следы могли быть потеряны из-за эрозии или вандализма.

Что показывают следы бипедализма

Анатомические доказательства: нога в действии

Следы лаэтоли обеспечивают редкую, динамическую запись анатомии стопы гоминина в действии. Несколько особенностей выделяются. Во-первых, большой палец выровнен с другими пальцами, не разыгран в сторону, как хватающая нога обезьяны. Это отличительная черта человекоподобного двуногого: непротивоположный, аддуктированный большой палец, который обеспечивает силу отталкивания во время ходьбы. Во-вторых, отпечатки показывают четко определенную арку, указывающую на то, что нога имела продольную пружину, которая помогла поглотить шок и сохранить энергию. В-третьих, есть четкое впечатление пятки, глубже, чем отпечатки пальцев ног, указывающее на рисунок ходьбы на пятке - именно то, что современные люди делают при ходьбе в устойчивом темпе.

Сравнение с современными человеческими следами показывает замечательное сходство в общей форме и пропорциях. Длина шага, около 87 см (34 дюйма) для более крупного человека, попадает в диапазон современной ходьбы человека с умеренной скоростью. Угол стопы - ось от пятки до второго пальца ноги - почти прямой, в отличие от слегка вывернутого угла, часто наблюдаемого в следах шимпанзе, сделанных во время коротких попыток двуногого движения. Взятые вместе, эти детали оставляют мало сомнений: лаэтоли гоминины шли вертикально с полной, шагающей походкой. Однако тонкие различия в форме пятки и относительной длине пальцев ног предполагают, что нога еще не была полностью современной во всех отношениях.

Страйд и походка: окно в движение

Детальный трехмерный анализ следов усовершенствовал наше понимание ранней походки гоминина. Исследователи использовали лазерное сканирование и фотограмметрия для создания цифровых моделей отпечатков, позволяя точные измерения глубины, кривизны и распределения давления. Одним из ключевых выводов является то, что походка людей Лаэтоли была не совсем идентична походке современных людей. Шаг был немного короче по сравнению с размером тела, и ходьба, похоже, была немного медленнее - возможно, неторопливая прогулка, а не быстрая прогулка. Некоторые исследования предполагают немного более широкую «ширину шага» (боковое расстояние между шагами), что может указывать на менее эффективный механизм баланса. Однако эти различия тонкие. В целом походка безошибочно похожа на человека, подтверждая, что эффективный двуногий был установлен намного раньше, чем когда-то считалось.

Более поздние исследования с использованием компьютерного моделирования и скелетно-мышечного моделирования даже оценили биомеханические силы, действующие на тело гоминина во время этой прогулки. Эти модели предполагают, что у людей Лаэтоли наблюдались более низкие нагрузки на тазобедренный и коленный суставы, чем у современных людей, возможно, из-за немного другой формы таза или более гибкой позы тазобедренного сустава. Это может указывать на то, что бипедализм в Australopithecus afarensis не был идентичен по эффективности современной ходьбе человека, но все же представлял собой высокофункциональную адаптацию.

Сравнение с другими следами гоминина

Отпечатки лаэтоли часто сравнивают с следами лаэтоли из Кении, которые датируются примерно 1,5 миллиона лет назад и относятся к Homo erectus. Эти более поздние отпечатки показывают еще более современную структуру стопы с полностью развитой аркой и полностью аддуктированным большим пальцем. Отпечатки лаэтоли, напротив, имеют немного более примитивный большой палец — он выровнен, но не так жестко, как у более поздних гомининов. Другие ранние следы гоминина, такие как следы из Гапписбурга, Англия (около 800 000 лет) и из различных мест в Италии и Африке, помогают проследить постепенное усовершенствование механики двуногих. Но отпечатки лаэтоли остаются самым старым недвусмысленным свидетельством вертикальной ходьбы, и как таковые они закрепляют временную линию этой фундаментальной адаптации.

Интересно, что набор следов гоминина, обнаруженный в 2019 году на месте Ломекви в Кении, датируемый примерно 3,3 миллиона лет назад, также показывает характеристики современного двуногого движения, что еще больше подтверждает выводы Лаэтоли. Вместе эти участки следа образуют хронологическую серию, которая документирует эволюцию человеческой стопы и походки в течение почти двух миллионов лет.

Последствия для эволюции человека

Бипедализм перед большим мозгом

Одно из наиболее важных следствий следов лаэтоли заключается в том, что бипедализм развивался задолго до расширения мозга. Люди, которые сделали эти следы, имели черепные способности, примерно сопоставимые с возможностями современных шимпанзе — около 400-500 кубических сантиметров. Это опрокидывает старые, линейные повествования об эволюции человека, которые предполагали, что наши предки сначала развили большой мозг, а затем начали ходить вертикально. Вместо этого, данные из Лаэтоли, в сочетании со скелетными находками, такими как Люси, показывают, что прямая ходьба была первой крупной инновацией гоминина. Преимущества двуногих — освобождение рук, улучшение терморегуляции, увеличение визуального диапазона и обеспечение эффективного перемещения на большие расстояния — возможно, создали избирательное давление, которое позже облегчило использование инструментов и рост мозга. Эта последовательность событий теперь является краеугольным камнем эволюционной теории: поза пришла первой, а затем последовало познание.

Диета, экология и ландшафт

Следы также дают подсказки об экологии ранних гомининов. Наличие разнообразных следов животных предполагает относительно открытую, лесную и водную среду. Ранние гоминины, вероятно, путешествовали между участками леса и источниками воды, и двуногие, вероятно, сделали бы это путешествие более энергоэффективным, чем ходьба на костяшках. Кроме того, ходьба вертикально могла бы помочь с кормлением: переноска собранных фруктов или клубней или ношение простых инструментов (даже если первые каменные инструменты появляются позже, около 3,3 миллиона лет назад). Трассы Лаэтоли показывают, что люди двигались вместе, возможно, в социальной группе, что вызывает интригующие вопросы о сотрудничестве, коммуникации и групповой динамике среди ранних австралопитеков. Расстояние и ориентация отпечатков предполагают, что более крупный человек, возможно, шел немного позади и в сторону меньшего, возможно, указывая на социальную пару или мать и ребенка.

Сложные преобладающие теории

До Лаэтоли многие ученые считали, что двуногие развивались постепенно, возможно, в сочетании с переходом к жизни саванны. Открытие заставило пересмотреть: к 3,6 миллиона лет назад двуногие уже были полноценными. Это отодвинуло начало привычной вертикальной ходьбы, по крайней мере, на 4 миллиона лет назад, возможно, раньше. Это также поставило под сомнение идею о том, что двуногие начались в лесной среде (так называемая «лесная гипотеза»), потому что среда Лаэтоли была относительно открытой. Однако точные селективные давления, которые привели к двуногим, остаются предметом обсуждения. Некоторые исследователи утверждают, что перенос пищи или младенцев был ключевым фактором; другие указывают на терморегуляцию (меньше поверхности тела, подвергаемой воздействию солнца, когда прямо) или на фазу водной шерсти (менее широко принятая гипотеза). Следы не могут решить эти дебаты, но они устанавливают твердую основу: к 3,6 миллиона лет назад, переход был завершен. Более того, данные Лаэтоли показывают, что двуногие не колебались, экспериментальная адаптация, но полностью развитое поведение, практикуемое несколькими

Споры: медведь или гоминин?

В 2010 году спорное исследование показало, что следы лаэтоли могли быть сделаны медведем, идущим на задних лапах, а не гоминидой. Исследователи утверждали, что пропорции отпечатков — особенно ширина пятки относительно передней части стопы — соответствовали медвежьим следам более близко, чем человеческим. Эта гипотеза получила значительное внимание средств массовой информации, но она была в значительной степени отвергнута большинством палеоантропологов. Последующие анализы показали, что распределение давления и схемы шага отличаются от известных медвежьих следов, и что отпечатки лаэтоли показывают человекоподобное расположение пальцев ног, которое не имеет. Кроме того, ни одна окаменелость медведя этого возраста не известна из региона. Консенсус остается твердо в пользу авторства гоминина. Тем не менее, спор стимулировал здоровое повторное изучение доказательств и привел к более строгим сравнительным исследованиям следов от различных млекопитающих.

Значение научных исследований

Влияние на датирование происхождения бипедализма

Следы лаэтоли часто упоминаются как самое старое прямое доказательство ходьбы на двуногих ногах, но они не являются единственными доказательствами. Скелетные окаменелости Ardipithecus ramidus (4,4 миллиона лет) предполагают, что его вид мог ходить прямо на земле, но, вероятно, все еще проводил время на деревьях. Другие возможные следы следов, такие как следы от Трахилоса на Крите (предположительно 5,7 миллиона лет), являются спорными и не общепризнанными. Лаэтоли остается золотым стандартом из-за его четкого стратиграфического контекста, надежного датирования и однозначного происхождения гоминина. Таким образом, он служит калибровочной точкой для любой временной линии эволюции человека. Следы также помогают подтвердить реконструкции передвижения на основе скелетных останков; например, тазобедренные и коленные суставы Австралопитека afarensis [[FLT: 2]] согласуются с видом вертикальной ходьбы, наблюдаемой в Лаэтоли.

Текущие исследования и новые открытия

Исследования в Лаэтоли не прекратились в 1970-х годах. В последние годы рядом были обнаружены новые следы, в том числе второй набор следов, обнаруженных в 2016 году командой во главе с Фиделисом Масао. Эти новые отпечатки подтверждают более ранние результаты и добавляют дополнительные детали. Современные методы визуализации - проникающий в землю радар, 3D-фотограмметрия и микро-КТ сканирование - позволили исследователям изучать следы неразрушающим образом и создавать виртуальные копии для изучения по всему миру. Некоторые анализы подняли вопросы о том, могли ли следы быть сделаны медведем или другим животным, но консенсус решительно поддерживает происхождение гоминина. Даже возможность того, что отпечатки были сделаны видом, отличным от Australopithecus afarensis - возможно, более примитивный гоминин - добавляет интригу. Новые раскопки продолжают раскрывать больше следов и других окаменелостей, расширяя наши знания о ландшафте Лаэтоли.

Ссылки на более широкие эволюционные темы

Следы Лаэтоли связаны с более широкими темами в эволюционной биологии: взаимосвязь между формой и функцией, роль поведения в эволюции и важность окаменелостей следов (ихнофоссилий) в реконструкции жизни вымерших животных. Они также иллюстрируют силу междисциплинарной науки. Геология, вулканология, анатомия, биомеханика и археология объединяются, чтобы интерпретировать несколько десятков впечатлений в скале. Для широкой публики следы являются доступным и ярким напоминанием о том, что эволюция - это не только о костях и ДНК - это о живых, движущихся существах, чья повседневная деятельность сформировала ход жизни на Земле. Место Лаэтоли стало символом глубокого человеческого прошлого, привлекая туристов и исследователей как к отдаленным равнинам Танзании.

Проблемы сохранения и сохранения

Следы Лаэтоли сталкиваются с постоянными угрозами естественной эрозии, роста растительности и человеческой деятельности. После их открытия оригинальный участок был засыпан обратно, чтобы защитить отпечатки от элементов. В 1990-х годах была построена бетонная крышка для защиты основного пути, но эта структура со временем ухудшилась. В усилиях по сохранению танзанийского правительства в партнерстве с международными организациями было построено новое защитное убежище и разработан план управления. Однако баланс общественного доступа с сохранением остается проблемой. Некоторые исследователи утверждают, что покрытие участка может ускорить ухудшение путем изменения микроклимата, поэтому постоянный мониторинг имеет важное значение. Отпечатки являются невозобновляемым ресурсом; их потеря будет неисчислимым ударом по науке и наследию. Все чаще цифровая сохранность через 3D-модели высокого разрешения предлагает способ документировать сайт в вечности, даже если физические отпечатки в конечном итоге исчезнут.

Заключение

Более четырех десятилетий после их открытия следы лаэтоли остаются краеугольным камнем для всех, кто интересуется, почему люди идут так, как мы делаем. Они подтверждают, что двуногий был не поздним приходом в нашу родословную, а древней, хорошо развитой адаптацией, которая предшествовала роду Homo . Каждый шаг, который мы делаем сегодня, повторяет шаги этих австралопитеков, навсегда сохранившихся в пепле танзанийской равнины. По мере того, как новые аналитические инструменты и дальнейшие полевые работы продолжают совершенствовать наше понимание, следы лаэтоли, несомненно, будут продолжать давать представление о происхождении одной из самых определяющих черт человечества: нашей вертикальной походки. Они стоят как свидетельство силы наблюдения, ценности тщательной полевой науки и непреходящей тайны нашего собственного эволюционного прошлого.

Читать далее: