El momento en que el humano dejó de ser esclavo del ambiente

Cuando se habla de evolución siempre se dice que sobreviven los animales que mejor se adaptan al medio, sin embargo esta afirmación tiene al menos una excepción, el Homo sapiens, es decir, nosotros los humanos. El éxito de los humanos se basa en su capacidad de transformar el medio a sus intereses, capacidad que muy pocos otros animales tienen (se me ocurre el castor, que hace embalses para criar de forma segura a su prole) y desde luego ninguno a la escala de transformación que ha conseguido el humano. Hoy voy a relataros la historia que nos cuentan los isótopos de carbono en el Este de África, de cómo el cambio de clima transformó la sabana y con ello el devenir de la humanidad en un grupo de homínidos anteriores al H. sapiens que fue capaz de aprovechar los recursos de muy diversas fuentes. Todavía no transformaban el medio a sus necesidades, pero desde luego fue un primer paso en esa dirección.

Anteriormente ya vimos (aquí) cómo los cambios en la radiación solar debido a los cambios orbitales del planeta había transformado el vergel del Sáhara en un desierto inhóspito. El Sáhara en realidad lleva millones de años siendo un desierto interrumpido por periodos húmedos debido a la relación entre esos cambios orbitales y la intensidad de los monzones, lo cual ha quedado registrado en núcleos de sedimento de los mares que rodean el Sáhara. En la parte superior de la figura de la derecha se puede observar cómo se incrementa o disminuye a intensidad de los monzones de verano e invierno de acuerdo a la irradiación recibida.

Relación de los monzones con la irradiación solar

Esta alta variabilidad monzónica se superpuso a una larga tendencia que desde hace entre 3 y 10 millones de años el Este de África se ha ido haciendo más seco y árido. Este rango de fechas es tan amplio porque ni si quiera se está seguro cual fue el proceso que produjo ese lento cambio, aunque en todas las hipótesis coinciden en un tipo de forzamiento del que todavía no hemos hablado, el producido por el movimiento de las placas tectónicas, por ejemplo el choque de continentes o el levantamiento de cordilleras. Y si todavía no había hablado de este tipo de forzamiento no es porque no sea importante, sino porque todavía no había hablado de escalas de millones de años, pero tengan claro que son el tipo de cambio que más ha modificado el clima a lo largo de la historia del planeta. Como pueden imaginar este tipo de cambios son lentos y su efecto en el clima son a largo plazo, aunque en ocasiones pequeños cambios en la disposición de los continentes pueden producir enormes cambios climáticos. Hay tres hipótesis principales, que no se excluyen mutuamente, para explicar la aridificación del Este de África:

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Sección del Rift del Este de África donde se cree ocurrieron los principales acontecimiento en la evolución humana. Los cambios tectónicos en esta región modificaron las cuencas de los lagos y con ello el ambiente en el que vivían los homínidos. Imagen de Maslin y colaboradores 2014

1º Cambios tectónicos en la zona del Rift Africano. Esta es la parte sur del Gran Rift que se extiende hasta Asia. La parte Africana es una abertura que recorre desde el mar Rojo hasta Mozambique que nos indica que dos placas tectónicas se están separando y se calcula que en 10 millones de años lo harán completamente. Esta zona está llena de grandes lagos que acogieron a los primeros humanos y es precisamente los estudios de formación de nuevos lagos y la desaparición de otros los que más apoyan esta hipótesis (Maslin y colaboradores).

Cambios en las cuencas hidrológicas que se formaron con la apertura del Rift. Se representa en una escala de millones de años cómo los lagos indicados en la imagen anterior se forman y desaparecen. De Maslin y colaboradores 2014.

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2º Cambios tectónicos en los estrechos de Indonesia. La conexión de los océanos Pacífico e Índico a través de las islas de Indonesia tiene una enorme importancia en el clima global. Los registros geológicos muestran cambios en este archipiélago hace alrededor de 3 millones de años. Estos cambios habrían producido que el flujo principal cambiase del sur al norte, es decir, en el Índico empezó a entrar más agua del Pacífico norte en vez del ecuador y el sur, lo que produjo un enfriamiento en el Índico. Los modelos climáticos muestran cómo este cambio de temperatura en el Índico habría producido el incremento de las condiciones áridas en el Este de África (Cane y Molnar 2001)

Cambios en la circulación en los estrechos de Indonesia. Condiciones actuales a la izquierda y condiciones de hace 5 millones de años a la derecha. De http://www.geomar.de/

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3º El cierre del Istmo de Panamá y la unión de América del Norte y América del Sur. Esto produjo un cambio en la circulación oceánica tanto en el Atlántico, activando la corriente del Golfo, como en el Pacífico comenzando las condiciones actuales con una corriente ecuatorial con alta productividad marina en el Este del Pacífico tropical. Algunos piensan que este incremento en la productividad pudo ser tan importante como el cambio en el flujo de calor por el cambio en las corrientes marinas y atmosféricas asociadas (también empezó la circulación de Walker que está relacionada con El Niño), ya que capturaría una gran cantidad de CO2 atmosférico que a la larga produciría un enfriamiento. Este evento se considera como uno de los más importantes de los últimos 60 millones de años* y seria el responsable del inicio de los ciclos de glaciaciones que empezaron hace 3 millones de años. A favor de esta hipótesis es que los cambios en la vegetación fueron globales y no exclusivos del Este de África (Cerling y colaboradores).

En la figura inferior los cambios en la circulación con el cierre del Istmo de Panamá. Imagen de http://www.whoi.edu/

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Sea cual sea la o las causas iniciales, lo cierto es que en el Este de África el medio se empezó a hacer más árido en la escala de millones de años, pero con gran variabilidad de periodos húmedos y secos en la escala de miles de años. La hipótesis más aceptada de la evolución humana, y que ya casi suena a leyenda, es que el cambio de zona boscosa a la sabana africana favoreció a los monos que tenían una posición erguida para alejarse de forma segura de la zona arbórea. Cuando nos imaginamos esta postal pensamos en la actual sabana africana, con esos pastos altos que dominan sitios míticos como el Serengueti o Masai Mara. Sin embargo esos pastos todavía no dominaban el ecosistema de la sabana cuando aparecieron los monos erguidos por aquellos lugares. La sabana de entonces debía ser bastante más boscosa de lo que es hoy, aunque sin duda ya existían algunas zonas donde dominaban los pastos. Esto lo sabemos gracias a la señal de isótopos de carbono que han dejado las plantas en los paleosuelos.

Bioquímicamente hablando las plantas se dividen en dos grandes grupos**; las plantas C3 y las plantas C4. Se llaman así porque al hacer la fotosíntesis la primera molécula que producen tiene tres carbonos o cuatro carbonos. Estos diferentes mecanismos producen un fraccionamiento isotópico diferente de los átomos de carbono del CO2 atmosférico, es decir, incorporan carbono 13 y carbono 12 en diferentes proporciones (puedes repasar aquí las bases de los isótopos). Entre las plantas C4 están las gramíneas, pastos y yerbas como el trigo y el maíz, que son capaces de vivir en condiciones más áridas que las plantas C3, entre los que se encuentran muchos árboles y arbustos. (Ver Ehleringer y Cerling 2002)

Arriba la relación de las plantas C3 y C4 con la temperatura y la concentración atmosférica de CO2. Abajo el delta del carbono de ambos tipos de plantas. Las dos imagenes de Ehleringer y Cerling 2002

delta del Carbono en suelos carbonatados del Este de África durante los últimos 15 millones de años. Hay una tendencia general a valores mayores del delta que se intensifica hace 3 millones de años. Cerling 1992

Así, Cerling en el año 1992, al analizar los paleosuelos del Este de África observó cómo la señal isotópica del carbono empezó a cambiar drásticamente hace tres millones de años, lo que indicaba una mayor proporción de plantas C4 resistentes a condiciones secas y cálidas. Lo interesante de los isótopos de carbono es que su señal se conserva a través de la cadena alimenticia (técnicamente red trófica) y los herbívoros tendrán la misma proporción de isótopos de carbono que las plantas que come y los predadores la misma que los herbívoros que come. Y este punto es clave para saber cómo los diferentes homínidos evolucionaron ante el cambio de las condiciones en su lugar de residencia.

Actualmente somos la única especie de hominino (homínido con caminar erguido) que existe. Sin embargo hace millones de años eramos varias las especies de monos caminantes que existían y convivían. Visto que ahora quedamos sólo nosotros probablemente no convivíamos de forma muy pacífica. Si nos vamos a hace aproximadamente de 2 a 3 millones de años en el registro fósil, vemos que es el momento en el que surgieron los generos Homo y Paranthopus a partir de los Australopitecus, género este último a la que pertenecía la mítica Lucy. Estas fechas coinciden con la aparición de las primeras herramientas de piedra, esencialmente unas piedras afiladas a base de golpes y, como hemos visto, con el cambio hacia condiciones áridas en el Este de África.

Evolución de los homininos hace entre 3 y 1.5 millones de años. Los que empiezan por A, son Austrlopitecus. Los que empiezan por P, son Paranthopus. Los que empiezan por H son del género Homo. A la derecha aparece las fechas de dos tipos de herramientas para cortar, mucho más avanzada la de hace 1.7 millones de años. Alrededor de 1.8 millones de años se marca la primera gran dispersión del género Homo fuera de África. De Antón y colaboradores 2014

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Nuevamente Cerling y colaboradores en otro estudio de 2012 consiguieron tomar muestras de dientes de los fósiles de Paranthopus y Homo y analizar su composición isotópica del carbono. El resultado de Paranthopus seguía muy claramente la señal isótópica de las plantas. Paranthopus aparentemente se adaptó bien a su nuevo alimento, ya que eran más que nada máquinas de masticar vegetales por lo que nos indica sus grandes mandíbulas y su cresta craneal.

Imagen derecha arriba, delta del carbono de paleosuelos del este de África (en negro) y de dientes Paranthopus bosei (amarillo) entre los 3 y 1.5 millones de años. Abajo se incluyen dientes de diferentes especies del género Homo. Modificado de Anton y colaboradores 2014

Lo que sorprendió fue la señal que mostraban los del género Homo, su señal isotópica registraba prácticamente todo el amplio espectro posible, desde una dieta dependiente de plantas C3 a una dieta dependiente de plantas C4. Cuando digo dependiente, no quiero decir que fueran totalmente herbívoros, ya que de hecho sabemos que comían carne, pero algunos comían plantas y carne de animales de la zona de bosques con señal C3, otros de plantas y animales de los claros de la sabana con señal C4, y la mayoría una mezcla de ambos o zonas intermedias, bosques con claros o claros boscosos. El Homo dejó de ser esclavo del ambiente y fue capaz de diversificar sus estrategias para cada tipo de ecosistema como ningún otro homínido había hecho.

Hay que recordar que sobre la tendencia de cada vez condiciones más áridas, se superponía una gran variabilidad monzónica debido a las variaciones orbitales. Estas condiciones cambiantes sin duda no debían favorecer a una especie tan especializada como Paranthopus, que terminó extinguiéndose hace alrededor de un millón de años. Probablemente tampoco le favoreció la presencia de otras especies del género Homo que en ese periodo amplió enormemente su capacidad craneal. Las especies del género Homo demostraron su capacidad de sobrevivir a condiciones cambiantes, y hoy estamos aquí produciendo nosotros mismos los cambios en el planeta. ¿Seremos capaces de sobrevivir a nuestros propios cambios?

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* Sólo otros dos eventos se consideran de una importancia similar al cierre del Istmo de Panamá en los últimos 60 millones de años. El choque del continente indio con Eurasia y el consecuente levantamiento del Himalaya, y la separación de la Antártida y el inicio de la corriente circumpolar Antártica, que mantiene a la Antártida congelada y aislada climáticamente.

** En realidad hay un tercer grupo, las plantas CAM que representan un porcentaje menor comparado con las C3 y C4.

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Este texto (y este otro) está claramente inspirado por una de esas conferencias que uno recuerda con cierta predilección. La dio Peter de Menocal en la AGU del 2014 y pueden verla en este enlace de youtube. Todo el crédito para él. Aquí un minicongreso para profundizar en el tema organizado por deMenocal

Aunque he seguido los lineamientos que propone deMenocal, lo cierto es que en este tema se está lejos de un verdadero consenso. Hay algunos autores que ponen en duda un papel tan importante del clima en la evolución humana, o que el cierre del Istmo de Panamá fuese hace 3 millones de años, o que los cambios en el Este de África empezaron mucho antes, etc. A continuación les dejo dos revisiones en inglés por si quieren profundizar y el enlace a wikipedia en español sobre la evolución humana. También pueden revisar los numerosos enlaces a estudios que he dejado a lo largo del texto.

Maslin et al., 2014  [PDF]  17 páginas
Kingston 2007  [PDF]   40 páginas

Evolución humana