Science: 更新世早期人类运动多样性和共享栖息地的足迹证据
期刊：Science
英文题目：Footprint evidence for locomotor diversity and shared habitats among early Pleistocene hominins
中文题目：更新世早期人类运动多样性和共享栖息地的足迹证据
作者（前三）：Kevin G. Hatala, Neil T. Roach, Anna K. Behrensmeyer
发表日期：2024年11月29日
摘要：
科学家相信，在上新世和更新世的大部分时期，存在多个古人类物种在非洲东部和南部的同一地区生活的情况。但并没有直接的化石证据证明它们真的同一时间同一空间生活，此外，不同物种间相互作用的问题仍是未解之谜。来自美国、肯尼亚和英国科学家分析了在肯尼亚Koobi Fora地层发现的约150万年前的古人类足迹，首次发现两种不同的更新世古人类在同一剖面上双足行走模式的证据。新的研究表明，在东图尔卡纳盆地的多个同时期遗址多次出现。直立人（Homo erectus）和鲍氏傍人（Paranthropus boisei）之间存在同域生活关系。研究还表明湖滨环境对这两个物种的重要性，并强调了物种共存、竞争以及生态位划分等对人类演化可能产生的影响。
研究背景：
化石记录表明，在非洲东部和南部的同一地区，多个古人类物种在同一时间共存。通常，密切相关的种群在同一生态系统中的共存可以通过适应性生态位划分来解释，即不同的形态和行为适应使物种能够在共享的景观中获取不同的资源，从而限制直接竞争。然而，基于骨骼化石推测的古人类同系假设，通常是依靠跨越数十至数百平方公里的沉积物中化石的共同出现，并且这些化石积累的时间跨度可能长达数千至数万年。这些数据的时空分辨率不足以确定物种是否在同一时间（数年至数十年）居住在同一景观中，也无法解决种间竞争在人类进化中的潜在作用，尤其是我们现代人类的出现。
骨骼化石的时空限制，使我们对古人类同属系统的理解存在局限。此外，关于直立人（Homo erectus）和傍人（Paranthropus boisei）等类群在同时期的适应性差异，也存在一定的了解障碍。许多研究集中于假设的饮食差异，因为大多数化石都是这些分类群的头骨和牙齿遗骸。一个假设认为，直立人是最早完全具备现代人类类似的两足行走和耐力跑步能力的古人类，这一适应使其走上了不同的进化轨迹。由于颅化石的记录稀少，这些化石大多是孤立的、碎片化的，且分类上难以归属，因此很少有骨骼证据能够直接比较直立人与傍人的两足行走方式。
在肯尼亚北部图尔卡纳盆地的早更新世沉积物中，科学家发现了新的证据，表明直立人与傍人可能在同域共存。研究人员在Koobi Fora组KBS段发现了一个足迹遗址，并分析了该地区同一时期的大量足迹。
图1 ET-2022-103-FE22遗址
A.该遗址的区位。B.CSF2021-4沉积特征。C.该遗址照片。D.ET23-06详细地层沉积特征及
研究方法：
该团队使用3D 成像技术创造了一种全新的观察脚印的方法，这有助于我们了解人类进化以及合作和竞争在塑造我们的进化旅程中的作用。具体分析如下：
1.相对拱度体积（RAV）分析：文章使用了一种基于双平面X射线研究的方法，来分析脚印的形态是如何由脚的运动塑造的。特别是，研究了人类脚印的纵向拱度，量化为相对拱度体积（RAV），并发现这是现代人脚跟-脚底-脚趾侧翻运动学的产物。
2.拇印分析：文章还分析了脚印中的拇指印痕（hallux impressions），比较了拇指印痕的外展角度（abduction angles），以评估不同脚印在足部解剖和/或功能上的差异。
3.步态和运动学模式：通过比较脚印的RAV值和拇印的外展角度，文章识别出两种不同的双足运动学模式，这表明不同的古人类物种具有不同的步态和运动学特征。
图2 现代实验与化石足迹的拱形模式
(A)人类和化石足迹散点图，其中相对深度值与相对拱形体积（RAV）之间的关系。(B)足迹H3，其RAV为17.93，相对深度为0.38。(C)足迹HT1-5，其RAV为3.62，相对深度为0.45。图(B)和(C)从蓝色到白色高度分别为8cm和15厘米的范围。
研究意义：
化石足迹记录提供了更高时空分辨率的信息（如数小时到数天的时间尺度和几十平方米的区域），使得科学家可以开展关于古人类运动、行为和环境背景研究，这是骨骼化石无法实现的。通过对东图尔卡纳足迹遗址样本的分析，研究发现了两种不同的人类足部运动学模式，这些模式在同一表面上彼此相邻，并在多个地点被记录下来。研究结果提供了早更新世人类不同运动学模式的直接证据，同时也揭示了这两种古人群在约150万年前的湖滨环境中，可能反复交叉活动。
创新之处：
1.高时空分辨率的脚印分析：文章利用脚印记录的信息在极窄的时空尺度上（例如，几十平方米的区域在几小时到几天的时间内），这使得研究者能够测试关于古人类运动、行为和环境背景的假设，这些假设通过骨骼化石是无法测试的。
2.直接证据的提供：文章提供了直接证据，表明早期更新世的古人类物种之间存在不同的运动运动学模式，并且这些物种在湖边环境中反复交叉路径，这为研究古人类的共存和互动提供了新的视角。
3.综合分析方法：文章结合了多种分析技术，包括RAV分析和拇印分析，来全面评估脚印的形态学特征，这种方法在古人类学研究中是创新的。
对我们开展工作的启示：
这一研究不再局限于古人类骨骼化石或古环境重建的研究，而是通过跨学科合作、先进3D技术的应用、细致的实地研究、多证据综合分析化石足迹，从而揭示了更高时空分辨率的两种不同的人类足部运动学模式。科研工作者，也应当注重跨学科的交流与合作，学习和应用先进的科研设备和分析方法，提升科研质量，推动学科发展。
文献来源：https://doi.org/10.1126/science.ado5275
声明：以上中文翻译为译者个人对于文章的概略理解，论文传递的准确信息请参照英文原文。
撰稿：邓艳青
初审：任杰
审核：杜军
终审：鲁鹏