Scientists studying the roots of humanity’s family tree have found several branches entangled in and around a South African cave.
Two million years ago, three different early humans—Australopithecus, Paranthropus, and the earliest-known Homo erectus—appear to have lived at the same time in the same place, near the Drimolen Paleocave System. How much these different species interacted remains unknown. But their contemporaneous existence suggests our ancient relations were quite diverse during a key transitional period of African prehistory that saw the last days of Australopithecus and the dawn of H. erectus’s nearly two-million-year run.
“We know that the old idea, that when one species occurs another goes extinct and you don’t have much overlap, that’s just not the case,” says study coauthor Andy Herries, a paleoanthropologist at La Trobe University in Australia.
Homo erectus cranium with stylized projection of the outline of the rest of the skull.
Homo erectus cranium with stylized projection of the outline of the rest of the skull. (Andy Herries, Jesse Martin and Renaud Joannes-Boyau)
Three Species, One Place
Australopithecus africanus is the most primitive of this trio. The lineage dates to 3.3 million years ago and combines human features with ape-like attributes including long, tree climbing-arms. Despite these intermediate features, Australopithecus’s exact relation to modern humans remains unknown. The species is thought to have died out around 2 million years ago.
Paranthropus robustus, an offshoot of the human family tree not considered a direct human ancestor, is known for large, powerful jaws and teeth that could pulverize a diet of nuts, seeds, roots and tubers. Paranthropus lived from perhaps 2 million years ago (the remains described in this study are the earliest known) until about 1.2 million years ago.
Homo erectus was the first ancestor of modern humans to have human-like body proportions and the first to appear outside of Africa. The species appeared in what is now the nation of Georgia 1.85 million years ago and survived in some Indonesian enclaves until as recently as 117,000 years ago. It’s generally believed that they first evolved in Africa, and the cranium find described at Drimolen would push back their earliest-known occurrence anywhere in the world by more than 100,000 years.
“It’s an excellent paper, and it looks quite convincing,” says Fred Spoor of the Natural History Museum, London. “It would have been ideal if there was more of the cranium, but I think they make a very good case that it’s Homo and that the closest affinities are probably with erectus. And that would make it quite likely the oldest Homo erectus-like thing.”
The drimolen fossil site.
The drimolen fossil site. (Andy Herries)
“I have no doubt that they have something that is of the genus Homo,” adds Rick Potts, a paleoanthropologist and head of the Smithsonian’s Human Origins Program. But Potts notes that the incomplete skull doesn’t show all the telltale features that would characterize it as Homo erectus or some other relative. Furthermore, the cranium belongs to a 2- or 3-year-old child, for which comparisons are scarce. “I’m not 100 percent sure that they have Homo erectus. And that would be one of the really interesting parts of the study, because if they do have Homo erectus then it is the earliest known in the world.”
Out of Africa, or Within Africa?
If Herries and colleagues are correct that they have found Homo erectus, the early dates of the find pose an intriguing question: How did the species arrive in South Africa?
One possibility is that H. erectus originated here and later spread to East Africa and then out of the continent. However, Herries says that the discovery of the oldest-known bones doesn’t necessarily mean H. erectus started in this locale. Perhaps they migrated to the area.
“It seems that Homo erectus and Paranthropus and stone tools all suddenly occur in South Africa at this point,” Herries says. “This suggests that we’ve got movement into the region, and I think it’s really part of this same sort of story. We talk about 'Out of Africa' a lot, but the hominids didn’t know they were going out of Africa. They were just moving.”
Herries and colleagues cite some evidence for non-hominid migrations that may lend weight to this theory. An extinct prehistoric zebra and springbok appear at South African sites during this same time, suggesting some environmental factors spurred their relatively sudden migration into the region from regions further north where they are known to have lived earlier.
It’s a question of putting our ancestors in their place ecologically, Potts says, which drives much of his work on hominin evolution. “We think a lot about what’s going on with other mammals when looking at explanations of human evolution,” he says. “This period around 2 million years ago is one of prolonged, very high climate variability in Eastern Africa. I think that’s just the right conditions for animals to be moving around to track different environments.”
If it was a migrant, H. erectus would have moved into an area that was already occupied by other ancient hominids and shared the same landscape with them for a significant time. “The fact that in a small area in South Africa you have not just three species but three different genera, … at the same time is neat,” says Spoor, who this week published a study modeling the brains of the famed hominid Lucy and her kin. “This will certainly put Drimolen back on the map.”
“We talk a lot about [diverse species coexisting] with Neanderthals, modern humans, and Denisovans, and we can see that with DNA, but we don’t have that ability with this earlier stuff,” adds Herries. “I’m sure it happened and this may be one of the first instances where we can really see it.”
La Trobe University PhD student Angeline Leece in front of fossil bearing brecccia at Drimolen.
La Trobe University PhD student Angeline Leece in front of fossil bearing brecccia at Drimolen. (Jesse Martin)
A Dating Dilemma
The Drimolen Paleocave System is part of South Africa’s Unesco World Heritage Site called the Cradle of Humankind, a collection of limestone caves near Johannesburg that are one of Africa’s two great sources of hominid fossils. More than 900 have been found, representing at least 5 different species, during excavations that began nearly a century ago.
The big problem in South Africa has been dating all these finds. East Africa’s rift valleys, the continent’s other great hominin fossil source, feature layers of volcanic ash that can be dated by measuring the decay of radioactive elements, thereby dating the fossils within. In many South African caves, by contrast, older, fossil-filled sections have collapsed into lower areas. Modern humans operated mines in the area, too. The result is a confusing and complicated landscape that defies easy reconstruction.
Herries, who specializes in geochronology, says the Drimolen site is a bit different. It’s a small cavern that was deposited during a short period when water sunk into the cave, leaving a large sediment cone in the middle in which the fossils were found. Studies of the cave sediments show that this happened during a short window of time when Earth’s magnetic field flipped, a major help in dating the finds.
“That’s a huge advantage because we know when these magnetic changes occurred in the past,” Herries says. Scientists know when the field flips because the event leaves magnetic patterns in volcanic rock, especially in lava on the ocean floor, leaving a record of these reversals.
By using the known rate at which uranium decays into lead the team dated a tiny flowstone in the middle of the cave, formed by minerals in water that moved across the cave walls and floor, to about 1.95 million years ago—just in time for the magnetic field reversal. “That’s the critical combination that allowed us to date those layers, and date the bits where the crania come from which are slightly older than that.” The team also dated molars associated with the fossils using Electron Spin Resonance techniques with wider margins of error that nonetheless correlate to the same period. “My hope is that people will be convinced that we can date these cave sites in South Africa effectively now. It takes a lot of hard work, and a bit of luck.”
Potts was among those convinced by the dating but found himself even more impressed by the significance of the multi-species fossil find—something that until now was only seen in northern Kenya’s Turkana Basin, where four hominin lineages once coexisted.
“They’ve done a great job demonstrating that while there is this amazing diversity in East Africa (Turkana), there is an amazing but different combination of species diversity in South Africa, with different lineages of hominins hanging around at the same time. Now the number of such sites is doubled. That’s quite important in my view.”

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TRADUÇÃO


Em Pesquisa Inovadora, Três Tipos de Primeiros Humanos Desenterrados Vivendo Juntos na África do Sul
As diferentes espécies de hominídeos, possivelmente incluindo o Homo erectus mais antigo, existiam nas colinas e cavernas da região.

Drimolen excavations 

The Drimolen excavations and excavated fossils. (Andy Herries)
By
smithsonianmag.com
 
Cientistas que estudam as raízes da árvore genealógica da humanidade descobriram vários galhos emaranhados dentro e ao redor de uma caverna sul-africana.

Dois milhões de anos atrás, três seres humanos primitivos diferentes - Australopithecus, Paranthropus e o Homo erectus mais conhecido - parecem ter vivido ao mesmo tempo no mesmo local, perto do Sistema Paleocave Drimolen. O quanto essas diferentes espécies interagiram permanece desconhecido. Mas sua existência contemporânea sugere que nossas relações antigas foram bastante diversas durante um período de transição importante da pré-história africana que assistiu aos últimos dias do Australopithecus e ao alvorecer da corrida de quase dois milhões de anos de H. erectus.

"Sabemos que a velha idéia de que quando uma espécie ocorre outra se extingue e você não tem muita sobreposição, esse não é o caso", diz Andy Herries, coautor do estudo, paleoantropólogo da Universidade La Trobe, na Austrália.
 
 Homo erectus cranium with stylized projection of the outline of the rest of the skull.
 
 Homo erectus cranium with stylized projection of the outline of the rest of the skull. (Andy Herries, Jesse Martin and Renaud Joannes-Boyau).
 
Três Espécies, Um Lugar

Australopithecus africanus é o mais primitivo deste trio. A linhagem data de 3,3 milhões de anos atrás e combina características humanas com atributos semelhantes a macacos, incluindo longos braços de arvorismo. Apesar dessas características intermediárias, a relação exata do Australopithecus com os humanos modernos permanece desconhecida. Pensa-se que a espécie tenha morrido cerca de 2 milhões de anos atrás.

O Paranthropus robustus, um ramo da árvore genealógica humana que não é considerado um ancestral humano direto, é conhecido por mandíbulas e dentes grandes e poderosos que podem pulverizar uma dieta de nozes, sementes, raízes e tubérculos. O Paranthropus viveu cerca de 2 milhões de anos atrás (os restos descritos neste estudo são os mais antigos) até cerca de 1,2 milhão de anos atrás.

O Homo erectus foi o primeiro ancestral dos humanos modernos a ter proporções de corpo semelhante ao humano e o primeiro a aparecer fora da África. As espécies apareceram no que é agora a nação da Geórgia 1,85 milhão de anos atrás e sobreviveram em alguns enclaves indonésios até 117 mil anos atrás. Geralmente, acredita-se que eles tenham evoluído pela primeira vez na África, e a descoberta de crânio descrita em Drimolen atrasaria sua ocorrência mais antiga em qualquer lugar do mundo em mais de 100.000 anos.

"É um excelente artigo e parece bastante convincente", diz Fred Spoor, do Museu de História Natural de Londres. “Seria ideal se houvesse mais crânio, mas acho que eles argumentam muito bem que é o Homo e que as afinidades mais próximas provavelmente estão com o ereto. E isso tornaria bastante provável a coisa mais antiga do Homo erectus. 

"Não tenho dúvidas de que eles têm algo do gênero Homo", acrescenta Rick Potts, paleoantropólogo e chefe do Programa de Origens Humanas do Smithsonian. Mas Potts observa que o crânio incompleto não mostra todos os recursos reveladores que o caracterizariam como Homo erectus ou algum outro parente. Além disso, o crânio pertence a uma criança de 2 ou 3 anos, para a qual as comparações são escassas. "Não tenho 100% de certeza de que eles têm o Homo erectus. E essa seria uma das partes realmente interessantes do estudo, porque se eles têm o Homo erectus, é o mais antigo conhecido no mundo. ”

Fora da África ou dentro da África?

Se Herries e colegas estão corretos ao encontrar o Homo erectus, as primeiras datas da descoberta colocam uma pergunta intrigante: como as espécies chegaram à África do Sul?

Uma possibilidade é que o H. erectus tenha se originado aqui e depois se espalhado para a África Oriental e depois fora do continente. No entanto, Herries diz que a descoberta dos ossos mais antigos conhecidos não significa necessariamente que o H. erectus começou nesse local. Talvez eles tenham migrado para a área.

"Parece que o Homo erectus, o Paranthropus e as ferramentas de pedra ocorrem repentinamente na África do Sul neste momento", diz Herries. "Isso sugere que temos movimento na região, e acho que faz parte desse mesmo tipo de história. Falamos muito sobre 'Fora da África', mas os hominídeos não sabiam que estavam saindo da África. Eles estavam apenas se movendo.

Herries e colegas citam algumas evidências de migrações não-hominídeos que podem dar peso a essa teoria. Uma zebra pré-histórica extinta e uma gazela aparecem em locais sul-africanos durante esse mesmo tempo, sugerindo que alguns fatores ambientais estimularam sua migração repentina para a região de regiões mais ao norte, onde se sabe que viveram anteriormente.

É uma questão de colocar nossos ancestrais no lugar deles ecologicamente, diz Potts, o que impulsiona grande parte de seu trabalho na evolução dos hominídeos. "Pensamos muito no que está acontecendo com outros mamíferos quando analisamos as explicações da evolução humana", diz ele. “Esse período, cerca de 2 milhões de anos atrás, é de variabilidade climática muito alta e prolongada na África Oriental. Acho que são as condições certas para os animais se movimentarem para rastrear ambientes diferentes. "

Se fosse um migrante, o H. erectus teria se mudado para uma área que já era ocupada por outros hominídeos antigos e compartilhado a mesma paisagem com eles por um tempo significativo. "O fato de que em uma pequena área da África do Sul você não possui apenas três espécies, mas três gêneros diferentes, ... ao mesmo tempo, é puro", diz Spoor, que nesta semana publicou um estudo modelando o cérebro do famoso hominídeo Lucy e sua esposa. parente. "Isso certamente colocará Drimolen de volta no mapa."

"Falamos muito sobre [diversas espécies coexistindo] com neandertais, humanos modernos e denisovanos, e podemos ver isso com o DNA, mas não temos essa capacidade com essas coisas anteriores", acrescenta Herries. "Tenho certeza de que isso aconteceu e essa pode ser uma das primeiras instâncias em que podemos realmente vê-lo".

Um dilema de datação

O Sistema Drimolen Paleocave faz parte do Patrimônio Mundial da UNESCO da África do Sul chamado Berço da Humanidade, uma coleção de cavernas de calcário perto de Joanesburgo que são uma das duas grandes fontes de fósseis hominídeos da África. Mais de 900 foram encontrados, representando pelo menos 5 espécies diferentes, durante escavações iniciadas há quase um século.

O grande problema na África do Sul está namorando todos esses achados. Os vales da fenda da África Oriental, a outra grande fonte fóssil de hominina do continente, apresentam camadas de cinzas vulcânicas que podem ser datadas medindo-se a deterioração de elementos radioativos, datando assim os fósseis dentro. Em muitas cavernas da África do Sul, por outro lado, seções mais antigas e cheias de fósseis desabaram em áreas mais baixas. Os humanos modernos também operavam minas na área. O resultado é um cenário confuso e complicado que desafia a reconstrução fácil.

Herries, especialista em geocronologia, diz que o site Drimolen é um pouco diferente. É uma pequena caverna que foi depositada durante um curto período em que a água afundou na caverna, deixando um grande cone de sedimentos no meio em que os fósseis foram encontrados. Estudos sobre os sedimentos das cavernas mostram que isso aconteceu durante um curto período de tempo, quando o campo magnético da Terra inverteu, uma grande ajuda para datar as descobertas.

"Essa é uma grande vantagem, porque sabemos quando essas mudanças magnéticas ocorreram no passado", diz Herries. Os cientistas sabem quando o campo vira porque o evento deixa padrões magnéticos nas rochas vulcânicas, especialmente na lava no fundo do oceano, deixando um registro dessas reversões.

 
 Ao usar a taxa conhecida na qual o urânio se decompõe em liderança, a equipe datou uma pequena pedra de fluxo no meio da caverna, formada por minerais na água que se moviam pelas paredes e no chão da caverna, a cerca de 1,95 milhão de anos atrás - bem a tempo para inversão de campo magnético. "Essa é a combinação crítica que nos permitiu datar essas camadas e datar os bits de onde a crania vem, que são um pouco mais antigos que isso". A equipe também datou molares associados aos fósseis usando técnicas de ressonância de rotação eletrônica, com margens de erro mais amplas que, no entanto, se correlacionam com o mesmo período. “Minha esperança é que as pessoas estejam convencidas de que podemos namorar efetivamente esses locais de cavernas na África do Sul agora. É preciso muito trabalho duro e um pouco de sorte. ”

Potts estava entre os convencidos pelo namoro, mas ficou ainda mais impressionado com o significado da descoberta fóssil de várias espécies - algo que até agora era visto apenas na bacia do Turkana, no norte do Quênia, onde coexistiam quatro linhagens de hominídeos.

"Eles fizeram um ótimo trabalho demonstrando que, embora haja essa incrível diversidade na África Oriental (Turkana), há uma incrível mas diferente combinação de diversidade de espécies na África do Sul, com diferentes linhagens de hominídeos por aí ao mesmo tempo. Agora, o número desses sites é dobrado. Isso é muito importante na minha opinião. "