De 2 miljoen jaar oude schedel DNH 155 uit de Drimolen-site in Zuid-Afrika.
La Trobe University

Nieuwe goed bewaarde schedel biedt blik op micro-evolutie mensachtige

Een 2 miljoen jaar oude, goed bewaarde schedel van de Paranthropus robustus levert de eerste 'hoge resolutie' aanwijzingen voor micro-evolutie bij een vroege soort van de Hominini, volgens een nieuwe studie. Er blijkt uit dat anatomische verschillen die toegeschreven werden aan het verschil tussen de geslachten, veroorzaakt werden door een snelle evolutie als gevolg van klimaatverandering. De onderzoekers zien in hun bevindingen ook een waarschuwing dat paleontologen kritischer moeten zijn in het interpreteren van anatomische verschillen als bewijs voor het bestaan van verschillende soorten.  

De opmerkelijk goed bewaarde schedel van Paranthropus robustus, DNH 155 genaamd, werd ontdekt in het Drimolen Palaeocave System, een reeks van oude kalksteengrotten in de heuvels ten noordwesten van Johannesburg. Die streek is een erg rijke vindplaats van fossielen van mensachtigen die Hominini genoemd worden, een geslachtengroep in de familie mensachtigen (Hominidae) die bestaat uit de mens, de twee soorten chimpansees en een reeks uitgestorven mensachtigen. 

In de Drimolen-grotten worden 'veldklassen' gehouden met Zuid-Afrikaanse en internationale studenten om de fossielen op te graven, en het was een studente uit een van die klassen, Samantha Good, die op 20 juni 2018 de schedel vond. Omdat 20 juni in Zuid-Afrika Vaderdag is, wordt het fossiel ook het Vaderdagfossiel genoemd.

Van de schedel werden zeer veel stukken gevonden maar die waren erg fragiel en leken op 'nat karton', zei onderzoeker Jesse Martin van de La Trobe University in Melbourne. Die universiteit had de leiding over het onderzoek van de schedel en Martin is een van de twee hoofdauteurs van de nieuwe studie. 

Het kostte 300 uur om de schedel in elkaar te puzzelen en een internationaal team van paleontologen heeft de vondst de afgelopen jaren bestudeerd en geanalyseerd en deze week hun bevindingen gepubliceerd. 

Het heeft 300 uur gekost om de verschillende stukjes van de schedel in elkaar te puzzelen.
La Trobe University

Kleiner mannetje

Onderzoekers wisten al dat het verschijnen van Paranthropus robustus in Zuid-Afrika ruwweg samenviel met het verdwijnen van Australopithecus, een ietwat primitievere vroege mens, en met het opduiken in het gebied van vroege vertegenwoordigers van Homo, het geslacht waartoe ook wij moderne mensen behoren. Die overgang vond erg snel plaats, misschien wel binnen slechts enkele tienduizenden jaren, evolutionair gezien een oogwenk. 

"De werkhypothese was dat klimaatverandering stress veroorzaakte bij de populaties van Australopithecus, wat uiteindelijk tot hun ondergang leidde, maar dat de milieuomstandigheden gunstiger waren voor Homo en Paranthropus, die zich van ergens anders verspreid kunnen hebben in het gebied", zei David Strait. "Nu zien we dat de milieuomstandigheden waarschijnlijk ook voor Paranthropus stresserend waren, en dat ze zich moesten aanpassen om te overleven." 

Strait is professor biologische antropologie aan Washington University in St. Louis, een van de auteurs van de nieuwe studie en een van de leiders van de veldklassen in de Drimolen-grot. 

Het nieuwe specimen dat gevonden is in Drimolen is duidelijk een - zeldzaam - mannelijk exemplaar maar het verschilt aanzienlijk van andere Paranthropus robustus fossielen die eerder ontdekt zijn in de nabijgelegen vindplaats Swartkrans, de site waar de meeste van de fossielen van deze soort gevonden zijn. 

Het kan erg moeilijk zijn om evolutie binnen een soort waar te nemen in het fossielenbestand waarover we beschikken. De veranderingen kunnen subtiel zijn en het is welbekend dat het fossielenbestand erg onvolledig is. 

Het legt meestal patronen op grotere schaal bloot, zoals wanneer  soorten of groepen van soorten opduiken in het fossielenbestand of uitsterven, maar micro-evolutie, kleine veranderingen binnen een soort, is slechts zelden vast te stellen in het fossielenbestand. De ontdekking in Drimolen biedt ons ons dan ook een zeldzame blik op de vroege menselijke evolutie. 

"Het kan moeilijk zijn om dit soort van fenomeen te documenteren in het fossielenbestand, vooral in verband met de vroege evolutie van de mens", zei Strait.  

De Drimolen-site en het nabijgelegen Swartkrans in Zuid-Afrika.
Andy Herries

Toch niet seksueel dimorf

DNH 155 is groter dan een goed bestudeerd fossiel van Paranthropus dat eerder ontdekt werd in Drimolen, een individu dat DNH 7 genoemd werd en waarvan men aanneemt dat het om een vrouw gaat. Maar het nieuwe fossiel is merkbaar kleiner dan fossielen van mannen uit Swartkrans. 

"Het mannelijke fossiel DNH 155 uit Drimolen lijkt het meest op vrouwelijke specimens uit dezelfde site, terwijl Paranthropus robustus specimens van andere sites duidelijk verschillend zijn", zei Jesse Martin.  

Tot nu toe werd gedacht dat Paranthropus robustus seksueel dimorf was, dat de mannelijke leden van de soort flink wat groter waren dan de vrouwelijke - zoals de verschillen in grootte die gezien worden bij moderne primaten zoals gorilla's, orang-oetans en bavianen. Op basis daarvan werd ook aangenomen dat de dominante mannetjes van de soort zoals gorilla's een 'harem' hadden van een aantal vrouwtjes. 

"Nu aangetoond is dat Paranthropus robustus niet uitzonderlijk seksueel dimorf was, is het grootste deel van de stimulans weggevallen om te veronderstellen dat ze in sociale structuren leefden die leken op die van gorilla's, met grote dominante mannetjes die in een groep van kleinere vrouwtjes leven", zei Martin.

"Het ziet er nu naar uit dat het verschil tussen de twee vindplaatsen niet eenvoudigweg verklaard kan worden door verschillen tussen mannen en vrouwen, maar eerder door verschillen op het niveau van de populatie tussen de twee sites", zei Martin. "Ons recent onderzoek heeft aangetoond dat Drimolen zo'n 200.000 jaar ouder is dan Swartkrans, en we denken dus dat Paranthropus robustus geëvolueerd is in de loop van de tijd, en dat Drimolen een vroege populatie vertegenwoordigt en Swartkrans een latere, anatomisch meer geëvolueerde populatie." 

"Men kan het fossielenbestand gebruiken om de evolutionaire verhoudingen tussen soorten te helpen reconstrueren en dat patroon kan allerlei inzichten geven in de processen die de evolutie van bepaalde groepen vorm gaven", zei Martin. "Maar in het geval van P. robustus kunnen we zien dat afzonderlijke stalen uit dezelfde geografische regio maar uit licht verschillende periodes, subtiele anatomische verschillen vertonen en dat is consistent met verandering binnen een soort."

Studenten van een veldklas zoeken naar fossielen van kleine zoogdieren in sediment uit de Drimolen-grot.
David Strait

Veranderingen in dieet

"Het is erg belangrijk om evolutionaire verandering in een afstammingslijn te kunnen documenteren", zei tweede hoofdauteur van de studie Angeline Leece van de La Trobe University. "Het laat ons toe om zeer gerichte vragen te stellen over evolutionaire processen. Zo weten we bijvoorbeeld dat de grootte van de tanden in de loop van de tijd verandert bij deze soort, en dat roept de vraag op 'Waarom?'. Er zijn redenen om aan te nemen dat veranderingen in het milieu deze populaties stress op het vlak van hun dieet bezorgd hebben, en dat wijst ons de weg naar toekomstig onderzoek dat ons zal toelaten deze mogelijkheid te testen."  

De bewijzen voor een snelle maar aanzienlijke klimaatverandering in Zuid-Afrika tijdens deze periode, zo'n 2 miljoen jaar geleden, komen uit verschillende bronnen. Doorslaggevend is dat de fossielen aantonen dat bepaalde zoogdieren die geassocieerd worden met bosrijk gebied of 'bushland'  - struiksavanne - uitstierven of minder voorkwamen, terwijl andere soorten die geassocieerd worden met drogere, meer open omgevingen in deze periode voor het eerst opduiken in het gebied.  

"P. robustus is opmerkelijk omdat zijn schedel, kaken en tanden een aantal kenmerken bezitten die erop wijzen dat hij aangepast was aan een dieet van erg hard of taai voedsel", zei Strait. "We denken dat deze aanpassingen hem toelieten te overleven op voedsel dat mechanisch moeilijk te eten was, toen de omgeving koeler en droger werd, wat leidde tot veranderingen in de plaatselijke vegetatie."

"Maar de skeletten van specimens van Drimolen vertonen kenmerken die suggereren dat hun kauwspieren zo geplaatst waren dat ze niet zo goed konden bijten en met minder kracht konden kauwen dan de latere populatie van P. robustus uit Swartkrans", zei hij."In de loop van 200.000 jaar zorgde een droger klimaat er waarschijnlijk voor dat de natuurlijke selectie de evolutie van een efficiënter en krachtiger voedingsapparaat ging bevoordeligen." 

"De DNH 155 schedel toont het begin van een zeer succesvolle afstammingslijn, die in Zuid-Afrika een miljoen jaar lang bestaan heeft. Zoals alle wezens op aarde, pasten onze voorouders zich aan en evolueerden ze in overeenstemming met het landschap en het milieu rond hen om succesvol te blijven", zei Andy Herries. 

"Voor het eerst hebben we in Zuid-Afrika voldoende gegevens op het vlak van datering en voldoende morfologische aanwijzingen om ons toe te laten dergelijke veranderingen te zien bij een oude afstammingslijn van de Hominini op een korte tijd. We geloven dat deze veranderingen plaatsvonden in een periode waarin Zuid-Afrika aan het uitdrogen was, wat leidde tot het uitsterven van een aantal zoogdiersoorten."

Herries is professor aan La Trobe en een van de directeurs van het Drimolen-project. 

Het nieuwe fossiel werd gevonden in de zogenoemde Drimolen Main Quarry, op enkele meters van de plek waar eerder een schedel van een kind van Homo erectus werd gevonden.
La Trobe University

Wedijver tussen verschillende mensensoorten

Doctor Angeline Leece zei dat het opvallend was dat Paranthropus robustus rond dezelfde tijd opduikt als onze directe voorvader Homo erectus, zoals blijkt uit de schedel van een kind van H. erectus die het team in 2015 op enkele meters van de vindplaats van de nieuwe schedel gevonden heeft. P. robustus was een soort neefje van H. erectus maar hij is geen directe voorvader van de moderne mens. 

"Die twee erg verschillende soorten, H. erectus met hun relatief grote hersenen en kleine tanden, en P. robustus met hun relatief grote tanden en kleine hersenen, vertegenwoordigen uiteenlopende evolutionaire experimenten", zei ze. Aangenomen wordt dat P. robustus vooral taai plantaardig materiaal at zoals schors en knollen, terwijl H. erectus met zijn kleinere tanden zowel planten als vlees zal gegeten hebben. 

"Hoewel wij de afstammingslijn zijn die het op het einde gehaald heeft, suggereert het fossielenbestand dat P. robustus twee miljoen jaar geleden veel meer voorkwam dan H. erectus", zei Leece.

"Deze opmerkelijke studie van oude populaties stelt de fijnschalige benadering in het licht die het Drimolen-team toepast om kleine veranderingen te begrijpen bij nu uitgestorven voorouders", zei Stephanie Baker van de University of Johannesburg, de tweede directeur van het Drimolen-project. 

"We kunnen nu beginnen te ontwarren welke morfologische aanpassingen en daarmee verbonden gedragsveranderingen eerst kwamen bij Paranthropus robustus, in een landschap dat almaar droger werd. Dat is een cruciale stap naar een betere kennis over hoe verschillende mensensoorten in deze kritieke periode in onze evolutie met elkaar wedijverden voor hulpmiddelen."   

De volledige schedel van bovenaan, DNH 155.
La Trobe University

Opletten met het identificeren van nieuwe soorten

De onderzoekers zeggen nog dat hun bevindingen kunnen leiden tot een herziening van het systeem waarmee in de paleoantropologie, de studie van de vroege menselijke voorouders, fossiele vondsten geclassificeerd worden.  Volgens hen heeft hun ontdekking gevolgen voor het interpreteren van verschillen in het menselijke fossielenbestand en is ze een waarschuwing tegen het al te gretig identificeren van nieuwe soorten. 

In de laatste 25 jaar zijn er een groot aantal fossiele menselijke soorten ontdekt die aparte namen hebben gekregen, maar veel van de benamingen van deze soorten zijn gebaseerd op een klein aantal fossielen uit slecht één of een paar vindplaatsen in een beperkt geografisch gebied en op fossielen uit één beperkte periode. 

"We denken dat de paleoantropologie een beetje kritischer moet zijn bij het interpreteren van variaties in de anatomie als een bewijs voor het bestaan van verschillende soorten. Afhankelijk van de ouderdom van de fossiele stalen, kunnen verschillen in de anatomie van de beenderen veranderingen binnen afstammingslijnen weerspiegelen, eerder dan aanwijzingen te zijn voor verschillende soorten", zei professor Strait.  

De studie van de onderzoekers van de La Trobe University in Melbourne, het Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig, de University of Johannesburg, het American Museum of Natural History in  New York, de Università di Pisa, de Arizona State University in Tempe, de University of Chicago, de Duke University in Durham en de  Washington University in St. Louis is gepubliceerd in Nature Ecology & Evolution. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de Washington University, de La Trobe University en een bericht van BBC News. 

Meest gelezen