研究：含有南方古猿的洞穴沉积物年龄约为340万至370万年

“人类摇篮”被联合国教科文组织列为世界遗产，包括各种含化石的洞穴，其中包括 Sterkfontein洞穴。 Sterkfontein洞穴因1936年发现第一只成年南方古猿(Australopithecus)而闻名，南方古猿是一种已灭绝的人科。从那时起，在那里发现了数以百计的南方古猿化石，包括著名的普莱斯夫人，以及被称为Little Foot的几乎完整的骨架。古人类学家和其他科学家几十年来一直在研究Sterkfontein和“人类摇篮”的其他洞穴遗址，以揭示过去400万年的人类和环境演变。

普渡大学理学院地球、大气和行星科学教授Darryl Granger是这些研究人员中的一员，作为一个国际团队的一员工作。Granger专门研究地质沉积物的年代，包括洞穴中的沉积物。作为一名博士生，他设计了一种对埋藏在洞穴中的沉积物进行测算的方法，现在被全世界的科学家所使用。他以前在Sterkfontein的工作将Little Foot骨架的年龄测定为大约370万年，但科学家们仍在争论该地点其他化石的年龄。

在2022年6月27日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究中，Granger和一个包括来自南非约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学和法国图卢兹让-焦雷大学的研究人员在内的科学家团队发现，不仅是Little Foot，而且所有含有南方古猿的洞穴沉积物的年龄约为340万至370万年，而不是像科学家之前所推测的200万至250万年。这个年龄段使这些化石接近于南方古猿时代的开始，而不是接近于结束。来自埃塞俄比亚的Dinkinesh有320万年的历史，而她的物种Australopithecus africanus可以追溯到大约390万年前。

Sterkfontein是一个深邃而复杂的洞穴系统，保存了人类占领该地区的漫长历史。理解这里的化石日期可能很棘手，因为岩石和骨头翻滚到了地下深洞的底部，而对洞穴沉积物进行测算的方法很少。

在发现许多人类化石的东非，大裂谷火山铺下的火山灰层可以确定日期。研究人员利用这些灰层来估计化石的年龄。在南非--尤其是在山洞里--科学家们没有这种奢侈。他们通常使用在骨头周围发现的其他动物化石来估计它们的年龄，或者使用沉积在洞穴中的方解石流石。但是，骨头在洞穴中可能会移动，年轻的流石可能会沉积在旧的沉积物中，使得这些方法有可能不正确。一个更准确的方法是确定发现化石的实际岩石的日期。嵌入化石的混凝土状基质，称为角砾岩，是Granger和他的团队分析的材料。

Granger说：“Sterkfontein有比世界上其他地方更多的南方古猿化石。但很难在它们身上得到一个好的日期。人们已经研究了在它们附近发现的动物化石，并比较了流石等洞穴特征的年龄，得到了一系列不同的日期。我们的数据所做的是解决这些争论。它表明这些化石很古老--比我们最初认为的要古老得多。”

Granger和研究小组利用加速器质谱法测量岩石中的放射性核素，以及地质测绘和对洞穴沉积物积累方式的深入了解来确定Sterkfontein的含有南方古猿的沉积物的年龄。

Granger和普渡稀有同位素测量实验室(PRIME Lab)的研究小组研究所谓的宇宙成因核素，以及它们能够揭示的化石、地质特征和岩石的历史。宇宙成因核素是由宇宙射线--不断轰击地球的高能粒子--产生的极其罕见的同位素。这些射入的宇宙射线有足够的能量在地表的岩石内引起核反应，在矿物晶体内产生新的、放射性的同位素。一个例子是铝-26：缺少一个中子的铝，在数百万年的时间里慢慢衰变为镁。由于铝-26是在岩石暴露在地表时形成的，而不是在它被深埋在洞穴中后形成的，PRIME实验室的研究人员可以通过测量铝-26的水平和另一种宇宙核素铍-10来确定洞穴沉积物(和其中的化石)的日期。

除了基于宇宙成因核素的Sterkfontein的新日期之外，研究小组还仔细绘制了洞穴沉积物的地图，并展示了不同年龄的动物化石在20世纪30年代和40年代的挖掘过程中是如何混在一起的，从而导致了几十年来对以前年龄的混淆。“我希望的是，这能让人们相信这种测定方法能给出可靠的结果，”Granger说。“使用这种方法，我们可以更准确地将古人类及其亲属置于正确的时间段内，在非洲以及世界其他地方。”

化石的年龄很重要，因为它影响着科学家对当时生活环境的理解。 人类如何和在哪里进化，他们如何融入生态系统，以及他们的近亲是谁和曾经是谁，这些都是紧迫而复杂的问题。将Sterkfontein的化石放入其适当的背景中，是朝着解决整个难题迈出的一步。