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miércoles, 5 de junio de 2013

nsf.gov - News - A Grassy Trend in Human Ancestors' Diets . Seis millones de años de la sabana africana

Hola amigos: A VUELO DE UN QUINDE EL BLOG., la Fundación Nacional de Ciencias de Los Estados Unidos de América (NSF), nos entrega un estudio  de la Evolución humana, que sucedió en las sabanas africanas, desde hace unos seis millones de años hasta la actualidad, el estudio se publicó el 03 de agosto del 2,011.

Los pastizales de sabana están salpicados de árboles dispersos; se encuentran en las regiones ecuatoriales.

Paranthropus, con cierto parecido a los gorilas, compartió su hábitat con otros tres homininos: Homo habilis, Homo rudolfensis y Homo erectus. A diferencia de estos, P. boisei tenía una dieta más herbívora, mientras que los otros eran más oportunistas: comían carne y alimentos proteínicos que les permitieron desarrollar más la inteligencia e impulsó a un cada vez mayor uso de herramientas. Sin embargo, P. boisei también comía termitas y hormigas, como lo hacen los actuales simios.

Seis millones de años de la sabana africana :
Los entornos abiertos y cubiertos de hierba acompañaron la evolución humana.

3 de agosto de 2011

Este material está disponible principalmente para fines de archivo. Los números de teléfono u otra información de contacto pueden estar desactualizados; consulte la información de contacto actual en contactos con los medios .

Los científicos que utilizan isótopos químicos en suelos antiguos para medir la cobertura de árboles prehistóricos (en efecto, la sombra) han descubierto que las sabanas cubiertas de hierba y salpicadas de árboles prevalecían en la mayoría de los sitios de África oriental donde los antepasados ​​humanos y sus parientes simios evolucionaron durante los últimos seis millones de años.

"Hemos podido cuantificar cuánta sombra había disponible en el pasado geológico", dice el geoquímico de la Universidad de Utah Thure Cerling, autor principal de un artículo titulado "Cobertura leñosa y entornos de homínidos en los últimos 6 millones de años" sobre los resultados en el número de esta semana de la revista Nature .

"Muestra que ha habido hábitats abiertos durante los últimos seis millones de años en los ambientes del este de África, donde se encontraron algunos de los primeros fósiles humanos más importantes.

"Dondequiera que encontremos antepasados ​​humanos, encontramos evidencia de hábitats abiertos similares a las sabanas, mucho más abiertos y parecidos a una sabana que boscosos".

Los científicos han pasado un siglo debatiendo la importancia del paisaje abierto de sabana en la evolución humana, incluido el desarrollo de la marcha erguida, el aumento del tamaño del cerebro y el uso de herramientas.

Parte del problema ha sido una definición imprecisa de "sabana", que se ha utilizado para describir "prácticamente todo, entre pastizales completamente abiertos y cualquier cosa excepto un bosque denso", dice Cerling.

Agrega que el uso más común es un entorno herboso bastante abierto con muchos árboles dispersos: una pradera o una pradera arbolada.

En el estudio, Cerling y sus colegas desarrollaron una nueva forma de cuantificar la apertura de los paisajes tropicales. Este es el primer método para cuantificar la cantidad de cubierta de dosel, la base para decidir si algo es sabana.

La Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y la Fundación Leakey financiaron el estudio.

"El desarrollo de un proxy paleo-sombra para la temperatura del suelo y la cubierta leñosa, y su aplicación a sitios de fósiles antiguos, refuerza la teoría de larga data de que las raíces de los orígenes humanos están en los entornos abiertos de pastizales/sabanas de África oriental", dice. H. Richard Lane, director de programa en la División de Ciencias de la Tierra de NSF.

Kaye Reed, de la División de Ciencias Cognitivas y del Comportamiento de la NSF, agrega: "Estos investigadores han hecho un trabajo increíble al recopilar muestras comparativas modernas de isótopos y temperatura del suelo para compararlas con muestras de paleosuelos [suelo fósil] de localidades de homínidos. Su método recientemente desarrollado para calcular 'paleo -shade' es muy innovador".

Cerling no discute que las sabanas del este de África se volvieron más expansivas en los últimos dos millones de años, o que los ancestros y parientes humanos probablemente pasaron tiempo en estrechos "bosques de galería" a lo largo de los corredores fluviales.

Pero dice que el nuevo método muestra que los pastizales y los pastizales boscosos (sabanas) han prevalecido durante más de seis millones de años en la cuna de la humanidad, con una cubierta de árboles inferior al 40 por ciento en la mayoría de los sitios.

Por definición, los bosques tienen más del 40 por ciento de cubierta arbórea; El bosque tiene más del 80 por ciento de cobertura arbórea.

"En algunos períodos, era más tupido, y otras veces era menos tupido", dice.

"Casi nada podría haber sido llamado un bosque denso, pero podemos mostrar algunos períodos en los que ciertos entornos fueron consistentemente más boscosos que otros.

"Encontramos homínidos en ambos lugares. La forma en que los primeros homínidos dividieron su tiempo entre hábitats 'más abiertos' y 'más cerrados' sigue siendo una pregunta abierta".

Cerling dice que incluso el escaso dosel leñoso proporcionó a los homínidos sombra, algunos alimentos y refugio de los depredadores.

La evidencia fósil de homínidos se remonta a 4,3 millones de años y posiblemente a 6 millones de años, dice Cerling. El nuevo método se utilizó para buscar y encontrar sabana hasta hace 7,4 millones de años.

"Actualmente, muchos científicos creen que antes de hace 2 millones de años, la región estaba cubierta de bosques y que las condiciones de sabana han estado presentes solo durante los últimos 2 millones de años", dice Cerling. "Este estudio muestra que durante el desarrollo del bipedalismo [hace unos 4 millones de años] las condiciones abiertas estaban presentes, incluso predominantes".

Cerling realizó el estudio con los biólogos Samuel Andanje y David Kimutai Korir del Servicio de Vida Silvestre de Kenia; el geólogo Michael Bird de la Universidad James Cook, Cairns, Australia; los estudiantes de posgrado de la Universidad de Utah William Mace, Anthony Macharia y Christopher Remien; y Jonathan Wynn de la Universidad del Sur de Florida, Naomi Levin de la Universidad Johns Hopkins y Jay Quade de la Universidad de Arizona.

El nuevo método fue desarrollado mediante la correlación de proporciones de isótopos de carbono en 3.000 muestras de suelo modernas con fotografías satelitales de árboles y vegetación en 75 sitios tropicales en todo el mundo, la mitad en África, que representan bosques cerrados y pastizales abiertos.

Eso permitió a los científicos determinar el porcentaje de cobertura de árboles y arbustos leñosos hace millones de años en función de las proporciones de isótopos de carbono en suelos fósiles conocidos como paleosuelos.

“Este estudio se basa en el axioma geológico de que el presente es la clave del pasado”, dice Cerling. "Asumimos que los suelos en el pasado tenían relaciones similares con la vegetación como las que observamos hoy".

Los investigadores recolectaron muestras de suelo en sitios de Kenia y Etiopía y utilizaron datos publicados sobre muestras de suelo recolectadas por otros durante la última década en sitios a lo largo de los trópicos.

Las muestras de suelo modernas procedían de parques y reservas nacionales y de áreas no agrícolas, de modo que las proporciones de isótopos de carbono reflejaban la vegetación natural.

La relación entre el carbono 13 raro y el carbono 12 común en el material vegetal en descomposición en los suelos revela hasta qué punto el paisaje estaba cubierto por plantas que usan lo que se conoce como la vía de fotosíntesis C3, en comparación con las plantas que usan la fotosíntesis C4.

Los árboles, arbustos, hierbas, hierbas y pastos de estación fría son plantas C3, que incluyen frijoles y la mayoría de las verduras. Las plantas C4 son pastos tropicales o de estación cálida que dominan las sabanas y plantas llamadas juncos. Las plantas C4 tienen una mayor proporción de carbono-13 que las plantas C3.

La composición de isótopos del suelo fósil da una medida de la composición total del ecosistema en términos de cuánto era dosel frente a cuánto era paisaje abierto, dice Cerling.

En un bosque, incluso el suelo de los claros abiertos muestra la firma C3 debido a las plantas C3 no leñosas que crecen allí, mientras que en una sabana, el suelo debajo de un árbol C3 mostrará la firma C4 debido a las hierbas que crecen debajo del árbol.

Cerling y sus colegas utilizaron el nuevo método para analizar los suelos fósiles e inferir que la cobertura vegetal se remonta a hace 7,4 millones de años, un período que incluye el momento en que los ancestros humanos y los simios se separaron de un ancestro común.

Su análisis de 1.300 muestras de suelo fósil de sitios en o cerca de donde evolucionaron los ancestros humanos y sus parientes muestra que más del 70 por ciento de los sitios tenían menos del 40 por ciento de cubierta leñosa, lo que significa que eran pastizales o pastizales boscosos. Menos del uno por ciento de las muestras reflejaron sitios donde la cubierta arbórea excedía el 70 por ciento.

"Por lo tanto, los bosques 'cerrados' (más del 80 por ciento de la cubierta leñosa) representan una fracción muy pequeña de los entornos representados por estos paleosuelos", escriben los investigadores.

"Llegamos a la conclusión de que ha habido sabanas abiertas todo el tiempo para las que tenemos fósiles de homínidos en los entornos donde se encontraron los fósiles durante los últimos 4,3 millones de años, los fósiles más antiguos que ahora se aceptan como ancestros humanos", dice Cerling.

Los investigadores también crearon cronologías de vegetación del valle Awash de Etiopía y la cuenca Omo-Turkana de Etiopía y Kenia, hogar de muchos fósiles de ancestros humanos, incluidos Ardipithecus , Australopithecus , Paranthropus y nuestro propio género, Homo .

Encontraron que durante los últimos 7,4 millones de años, la cobertura leñosa osciló entre el 75 % (bosques cerrados) y el 5 % o menos (pastizales abiertos), pero hubo áreas significativas con una cobertura leñosa inferior al 50 % (bosques de sabana a pastizales de sabana) consistentemente presentes. .

Se han encontrado fósiles de humanos primitivos y sus ancestros y parientes extintos tanto en ambientes boscosos como abiertos en el este de África.

Incluso el Ardipithecus de 4,3 millones de años, que vivía en los bosques, según sus descubridores, tenía un pequeño componente de hierbas u otras plantas C4 en su dieta, dice Cerling.

"El hecho de que tuviera esto significa que iba a la sabana", dice, "a menos que estuviera comiendo comida para llevar".

-NSF-

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Tooth enamel shows surprising change in our ancient buffet.-
 
 Mandibles of Australopithecus anamensis (left) from Kenya and A. afarensis from Ethiopia.
Mandibles of Australopithecus anamensis (left) from Kenya and A. afarensis from Ethiopia are shown.
Credit: Bill Kimbel, Mike Hettwer
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Photo of Geologist Thure Cerling of the University of Utah in the Turkana Basin in Kenya
Geologist Thure Cerling of the University of Utah in the Turkana Basin in Kenya.
Credit: Naomi Levin
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 Skulls of hominins from the Turkana Basin; they show evidence of hominin dietary changes.
Skulls of hominins from the Turkana Basin; they show evidence of hominin dietary changes.
Credit: Yang Deming, Mike Hettwer
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Photo of field crew sieving for fossils with geologist Jonathan Wynn.
Field crew sieves for fossils with geologist Jonathan Wynn.
Credit: Jonathan Wynn
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Photo of Ethiopia's Hadar Formation at Dikika and Hadar.
The fossil-bearing sediments of Ethiopia's Hadar Formation at Dikika and Hadar.
Credit: Jonathan Wynn
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 Photo of terrain vehicle in the Awash Valley in Ethiopia.
"Commuting" to the field research site through the Awash Valley in Ethiopia.
Credit: Jonathan Wynn
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Most apes eat leaves and fruits from trees and shrubs.
But new studies show that human ancestors expanded their menu 3.5 million years ago, adding tropical grasses and sedges to an ape-like diet. The change set the stage for consuming more modern fare: grains, grasses, and meat and dairy from grazing animals.
In four studies of carbon isotopes in fossilized tooth enamel from scores of human ancestors and baboons in Africa from 4 million to 10,000 years ago, researchers found a surprise increase in the consumption of grasses and sedges--plants that resemble grasses and rushes but have stems with triangular cross sections.
"At last, we have a look at 4 million years of the dietary evolution of humans and their ancestors," says University of Utah geochemist Thure Cerling, lead author of two of four papers published online today in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Funding was primarily from the National Science Foundation's (NSF) Divisions of Behavioral and Cognitive Sciences, Earth Sciences and Integrative Organismal Systems.
"For a long time, primates stuck by the old restaurants--leaves and fruits--but by 3.5 million years ago, they started exploring new diet possibilities--tropical grasses and sedges--that grazing animals discovered a long time before, about 10 million years ago," Cerling says, when African savanna began expanding.
"Tropical grasses provided a new set of restaurants. We see an increasing reliance on this resource by human ancestors, one that most primates still don't use today."
Grassy savannas and grassy woodlands in East Africa were widespread by 6 million to 7 million years ago. A major question is why human ancestors didn't start exploiting savanna grasses until less than 4 million years ago.
The isotope method cannot distinguish what parts of grasses and sedges human ancestors ate--leaves, stems, seeds and/or underground storage organs such as roots or rhizomes.
The method also can't help with determining when human ancestors began getting much of their grass through eating grass-eating insects or meat from grazing animals.
Direct evidence of human ancestors scavenging meat doesn't appear until 2.5 million years ago, and definitive evidence of hunting dates to only about 500,000 years ago.
With the new findings, "we know much better what they were eating, but mystery does remain," says Cerling.
"We don't know if they were pure herbivores or carnivores, if they were eating fish [which leave a tooth signal that looks like grass-eating], if they were eating insects, or if they were eating mixes of all these."
Why our ancestors' diets matter
The earliest human ancestor to consume substantial amounts of grassy foods from dry, more open savannas "may signal a major and ecological and adaptive divergence from the last common ancestor we shared with African great apes, which occupy closed, wooded habitats," writes geologist Jonathan Wynn, lead author of one of the papers.
Wynn is currently a program director in NSF's Division of Earth Sciences, on leave from the University of South Florida.
"Diet has long been implicated as a driving force in human evolution," says Matt Sponheimer, an anthropologist at the University of Colorado, Boulder.
He notes that changes in diet have been linked to larger brain size and the advent of upright walking in human ancestors roughly 4 million years ago.
Human brains were larger than those of other primates by the time our genus, Homo, evolved 2 million years ago. (Our species, Homo sapiens, arose 200,000 years ago.)
"If diet has anything to do with the evolution of larger brain size and intelligence, then we are considering a diet that is very different than we were thinking about 15 years ago," says Cerling. At the time, it was believed that human ancestors ate mostly leaves and fruits.
How the studies were performed: you are what you eat
The new studies analyze carbon isotopes in 173 teeth in 11 species of hominins.
Hominins are humans, our ancestors and extinct relatives that split from other apes roughly 6 million years ago.
Some of the analyses were done in previous research, but the new studies include new carbon-isotope results for 104 teeth from 91 individuals of eight hominin species.
Those teeth are in African museums and were studied by two groups of scientists working at separate early human sites in East Africa.
Wynn wrote the paper about teeth from Ethiopia's Hadar-Dikika area, where research is led by Arizona State University's William Kimbel and California Academy of Sciences scientist Zeresenay Alemseged.
Cerling wrote the paper about teeth from the Turkana Basin in Kenya, where the research team is led by Turkana Basin Institute paleoanthropologist Meave Leakey, Cerling and geologist Frank Brown of the University of Utah. Cerling also wrote a paper about baboon diets. Sponheimer wrote a fourth paper, summarizing the other three.
The method of determining ancient creatures' diets from carbon isotope data is less than 20 years old, and is based on the idea that "you are what you eat," Sponheimer says.
Tiny amounts of tooth enamel were drilled from already broken fossil teeth of museum specimens of human ancestors and relatives.
The powder was placed in a mass spectrometer to learn ratios of carbon isotopes incorporated into tooth enamel via diet.
Ratios of rare carbon-13 to common carbon-12 reveal whether an animal ate plants that used so-called C3, C4 or CAM photosynthesis to convert sunlight to energy.
Animals eating C4 and CAM plants have enriched amounts of carbon-13.
C3 plants include trees, bushes and shrubs and their leaves and fruits; most vegetables; cool-season grasses and grains such as timothy, alfalfa, wheat, oats, barley and rice; soybeans; non-grassy herbs and forbs.
C4 plants are warm-season or tropical grasses and sedges and their seeds, leaves or storage organs like roots and tubers. C4 plants are common in African savannas and deserts.
C4 grasses include Bermuda grass and sorghum. C4 grains include corn and millet.
CAM plants include tropical succulent plants such as cactus, salt bush and agave.
Today, North Americans eat about half C3 plants, including vegetables, fruits and grains such as wheat, oats, rye and barley, and about half C4 plants, which largely come from corn, sorghum and meat animals fed on C4 grasses and grains.
The highest human C3 diets are in northern Europe, where only C3 cool-season grasses grow, so meat animals there graze on them rather than on C4 tropical grasses.
The highest C4 diets likely are in Central America because of the heavily corn-based diet.
If early humans ate grass-eating insects or large grazing animals like zebras, wildebeest and buffalo, it also would appear they ate C4 grasses.
If they ate fish that ate algae, it would give a false appearance of grass-eating because of the way algae takes up carbonate from water, Cerling says.
If they ate small antelope and rhinos that browsed on C3 leaves, it would appear they ate C3 trees-shrubs.
Small mammals such as hyrax, rabbits and rodents would have added C3 and C4 signals to the teeth of human ancestors.
The findings: a dietary history of human ancestors and relatives
  • Previous research showed that 4.4 million years ago in Ethiopia, early human relative Ardipithecus ramidus ("Ardi") ate mostly C3 leaves and fruits.
  • About 4.2 million to 4 million years ago on the Kenyan side of the Turkana Basin, Cerling's results show that human ancestor Australopithecus anamensis ate at least 90 percent leaves and fruits--the same diet as modern chimps.
  • By 3.4 million years ago in northeast Ethiopia's Awash Basin, according to Wynn, Australopithecus afarensis was eating significant amounts of C4 grasses and sedges: 22 percent on average, but with a wide range among individuals of anywhere from 0 percent to 69 percent grasses and sedges. The species also ate some succulent plants.
    Wynn says that the switch "documents a transformational stage in our ecological history." Many scientists previously believed A. afarensis had an ape-like C3 diet. It remains a mystery why A. afarensis expanded its menu to C4 grasses when its likely ancestor, A. anamensis, did not, although both inhabited savanna habitats, Wynn says.
  • Also by 3.4 million years ago in Turkana, human relative Kenyanthropus platyops had switched to a highly varied diet of both C3 trees and shrubs and C4 grasses and sedges. The average was 40 percent grasses and sedges, but individuals varied widely, eating anywhere from 5 percent to 65 percent, Cerling says.
  • About 2.7 million to 2.1 million years ago in southern Africa, hominins Australopithecus africanus and Paranthropus robustus ate tree and shrub foods, but also ate grasses and sedges and perhaps grazing animals.
    A africanus averaged 50 percent C4 grass-sedge-based foods, but individuals ranged from none to 80 percent. P. robustus averaged 30 percent grasses-sedges, but ranged from 20 percent to 50 percent.
  • By 2 million to 1.7 million years ago in Turkana, early humans, Homo, ate a 35 percent grass-and-sedge diet - some possibly from the meat of grazing animals - while another hominin, Paranthropus boisei, was eating 75 percent grass - more than any hominin, according to a 2011 study by Cerling.
    Paranthropus likely was vegetarian.  Homo had a mixed diet that likely included meat or insects that had eaten grasses. Wynn says that a drier climate may have made Homo and Paranthropus more reliant on C4 grasses.
  • By 1.4 million years ago in Turkana, Homo had increased the proportion of grass-based food to 55 percent.
  • Some 10,000 years ago in Turkana, Homo sapiens' teeth reveal a diet split 50-50 between C3 trees and shrubs and C4 plants and likely meat - almost identical to the ratio in modern North Americans, Cerling says.
Humans: the only surviving primates with a C4 grass diet
Cerling's results show that while human ancestors ate more grasses and other apes stuck with trees and shrubs, two extinct Kenyan baboons represent the only primate genus that ate primarily grasses and perhaps sedges throughout its history.
Theropithecus brumpti ate a 65 percent tropical grass-and-sedge diet when the baboons lived between four million and 2.5 million years ago, contradicting previous claims that they ate forest foods.
Theropithecus oswaldi ate a 75 percent grass diet by two million years ago and a 100 percent grass diet by one million years ago. Both species went extinct, perhaps due to competition from hooved grazing animals.
Modern Theropithecus gelada baboons live in Ethiopia's highlands, where they eat only C3 cool-season grasses.
Cerling notes that primate tropical grass-eaters--Theropithecus baboonsand Paranthropus human relatives--went extinct while human ancestors ate an increasingly grass-based diet.
Why is an open question.
Additional support for the research came from many other organizations, including the National Geographic Society and the Leakey Foundation.
-NSF-
Media Contacts Cheryl Dybas, NSF (703) 292-7734 
cdybas@nsf.gov
Lee Siegel, University of Utah (801) 581-6773
 lee.siegel@utah.edu
Jim Scott, University of Colorado (303) 492-3114
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