Des dents anciennes révèlent des indices sur l'environnement des premiers ancêtres humains

Des capsules temporelles biologiques

Les dents sont de véritables capsules temporelles biologiques.

Elles racontent des histoires sur les régimes alimentaires et les environnements anciens, bien après la mort de leurs propriétaires et les transformations des paysages. Alors que les os se décomposent, l'émail dentaire reste dur et inchangé, même dans les dents fossilisées qui ont été enfouies sous sédiments et roches pendant des millions d'années, et qui sont aujourd'hui mises à jour par l'érosion ou l'excavation.

L'émail dentaire et les signaux chimiques

L'émail dentaire se forme lorsque l'animal est jeune, et il demeure chimiquement stable tout au long de la vie de l'animal. Les aliments consommés et l'eau bue durant sa jeunesse laissent des signaux chimiques dans l'émail. Ainsi, en analysant l'émail des dents fossilisées, les scientifiques peuvent détecter des traces de forêts disparues, d'herbages en expansion, de climats changeants et de communautés animales en évolution.

Recherches en Éthiopie

Au cours des 30 dernières années, mes collègues et moi avons analysé les traces chimiques dans des dents fossiles provenant de la région Afar en Éthiopie, souvent qualifiée de berceau de l'humanité, pour découvrir ce que les animaux y consommaient il y a des millions d'années, à l'époque où les premiers ancêtres humains évoluaient.

Reconstruction des écosystèmes anciens

Ces indices provenant des repas anciens permettent aux scientifiques de reconstituer des images d'écosystèmes entiers, y compris des forêts, des zones humides et des prairies qui existaient à cette époque. Cela nous rappelle qu'en un sens très réel, les organismes sont ce qu'ils mangent.

Analyse des régimes alimentaires anciens

Pour déterminer les plantes consommées par les animaux anciens, nous collectons une petite quantité de poudre d'émail à partir de dents fossilisées. Cette poudre est ensuite analysée en laboratoire à l'aide d'instruments spécialisés qui détectent les signaux chimiques préservés dans l'émail.

• Les arbres et les herbes utilisent différents procédés de photosynthèse pour convertir la lumière du soleil en énergie.
• Ces méthodes laissent des motifs chimiques distincts dans les tissus végétaux, qui sont ensuite incorporés dans les dents des animaux qui consomment ces plantes.

En examinant ces motifs chimiques dans l'émail dentaire, nous pouvons déterminer si les animaux se nourrissaient principalement d'arbres et d'arbustes ou d'herbe, ce qui nous donne un aperçu de la végétation qui couvrait autrefois le paysage ancien.

Comprendre les changements environnementaux

Nous pouvons également comprendre comment un environnement a évolué au fil du temps en collectant des dents fossiles provenant de différentes couches de roches. Chaque couche s'est formée à une époque différente, ce qui signifie que les dents trouvées dans des couches plus profondes sont généralement plus anciennes que celles plus proches de la surface. En analysant l'émail dentaire de fossiles provenant de ces couches, nous pouvons comparer les signaux chimiques préservés dans les dents et observer comment les régimes alimentaires des animaux et la végétation ont évolué au fil du temps.

Transformations du paysage en Afar

Il y a quatre millions d'années, la région d'Afar avait un aspect très différent du paysage aride que l'on y trouve aujourd'hui. Les fossiles, y compris l'émail dentaire, révèlent que la région soutenait une grande diversité d'environnements. Des rivières circulaient à travers des zones boisées, des lacs étaient dispersés sur le paysage, et des plaines herbeuses s'étendaient à travers le bassin.

Les dents fossilisées d'animaux tels que les antilopes, les girafes, les cochons, les chevaux, les hippopotames et les éléphants montrent une grande variété de régimes alimentaires. Certains animaux se nourrissaient de feuilles et de buissons, tandis que d'autres broutaient l'herbe dans des habitats ouverts. Les signaux chimiques dans les dents indiquent que les prairies étaient en expansion à cette époque, mais les forêts jouaient encore un rôle important.

Évolution des espèces et adaptation

Entre deux et trois millions d'années, l'environnement a connu un changement plus radical vers des prairies ouvertes. La forme de la vallée du Rift en Afrique de l'Est résulte de l'action de trois plaques tectoniques qui se séparent lentement. Cette activité tectonique a modifié le paysage au fil du temps, transformant le climat régional et le drainage.

Il y a deux à trois millions d'années, cela a aidé à transformer les habitats boisés en un mélange de prairies et de savanes ouvertes. Les animaux dépendant de l'herbe ont prospéré, tandis que les populations de ceux qui ne s'adaptaient pas ont décliné. Par exemple, les chevaux et certaines antilopes ont développé des dents capables de broyer des plantes dures et sableuses. Cette adaptation est enregistrée dans leur émail.

Les ancêtres humains et leur environnement

Les premiers ancêtres humains, comme la célèbre "Lucy", dont le squelette a été découvert dans la région d'Afar, vivaient dans ce paysage dynamique. Les dents fossiles d'Australopithecus afarensis, un ancêtre humain précoce ayant vécu en Afrique de l'Est entre 2,9 millions et 3,8 millions d'années, indiquent que ces proches des humains ne dépendaient pas fortement de l'herbe. Au lieu de cela, le signal chimique dans leur émail indique des régimes alimentaires variés et une flexibilité alimentaire, incluant des fruits, des feuilles et des racines, en fonction des disponibilités.

Dans un paysage combinant des zones boisées et des savanes ouvertes, cette adaptabilité a peut-être été essentielle à la survie. Cette période de changement environnemental coïncide avec plusieurs évolutions importantes et des changements morphologiques chez les préhumains. Les premiers ancêtres humains marchaient debout, et la taille du cerveau augmentait progressivement, permettant des comportements plus complexes et des capacités de résolution de problèmes.

Conclusion

Les changements alimentaires dans la vallée du Rift en Afrique de l'Est au cours des quatre derniers millions d'années, documentés à travers l'émail des dents, fournissent des indices importants pour reconstruire l'environnement dans lequel vivaient les ancêtres des humains et comment ces environnements ont évolué. Ils montrent également que les espèces qui ont ajusté leur régime alimentaire en fonction des changements de paysage étaient celles qui avaient le plus de chances de survivre.

Cette recherche continue d'explorer des questions profondes sur la façon dont les changements environnementaux ont modelé la vie sur Terre, y compris les trajectoires humaines, contribuant ainsi à débloquer le passé collectif de l'humanité.