Des dents anciennes dévoilent les secrets de l'environnement dans lequel ont évolué les ancêtres des humains

Les dents sont comme de petites capsules biologiques du temps. Elles racontent l'histoire des régimes alimentaires et des environnements longtemps après la mort de leurs propriétaires, alors que les paysages ont changé. Contrairement aux os qui se décomposent, l'émail dentaire reste dur et inchangé, même dans des dents fossilisées enfouies sous des sédiments et des roches depuis des millions d'années, et qui sont maintenant mises à jour par l'érosion ou l'excavation.

La stabilité de l'émail dentaire

L'émail dentaire se forme lorsque l'animal est jeune, et il reste chimiquement stable tout au long de sa vie. Les aliments consommés et l'eau ingérée pendant sa jeunesse laissent des signaux chimiques dans l'émail. Ainsi, à l'intérieur de l'émail des dents fossilisées, les scientifiques peuvent découvrir des traces de forêts éteintes, de savanes en expansion, de climats changeants et de communautés animales évolutives.

Analyse des dents fossiles en Éthiopie

Au cours des 30 dernières années, mes collègues et moi avons analysé les traces chimiques dans des dents fossiles de la région Afar en Éthiopie, souvent appelée le berceau de l'humanité. Notre objectif était de découvrir ce que les animaux mangeaient il y a des millions d'années, à l'époque où les premiers ancêtres humains évoluaient, et de reconstituer le monde dans lequel ils vivaient.

Ces indices issus des repas anciens permettent aux scientifiques de reconstruire des images d'écosystèmes entiers, incluant des forêts, des zones humides et des prairies qui existaient alors. Cela nous rappelle que, d'une manière très réelle, les organismes sont ce qu'ils mangent.

Détermination des régimes alimentaires anciens

Pour déterminer les plantes consommées par les animaux anciens, mes collègues et moi prélevons une petite quantité de poudre d'émail sur des dents fossilisées. Nous analysons ensuite cette poudre en laboratoire à l'aide d'instruments spécialisés qui détectent les signaux chimiques préservés dans l'émail. Les arbres et les herbes utilisent différentes méthodes 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 éclaire sur la végétation qui couvrait autrefois le paysage ancien.

Évolution des environnements au fil du temps

Nous pouvons également comprendre comment un environnement a évolué au fil du temps en collectant des dents fossiles provenant de différentes couches rocheuses. Chaque couche s'est formée à une époque différente dans le passé, de sorte 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 à travers ces couches, nous pouvons comparer les signaux chimiques préservés dans les dents et observer comment les régimes alimentaires des animaux et la végétation du paysage ont changé au fil du temps.

Passé riche de la région Afar

Il y a quatre millions d'années, la région Afar était très différente du paysage aride que l'on y trouve aujourd'hui. Les fossiles, y compris l'émail dentaire, révèlent que la zone soutenait une gamme diversifiée d'environnements. Des rivières traversaient des zones boisées, des lacs étaient éparpillés dans le paysage, et des plaines herbeuses s'étendaient à travers le bassin. Les dents fossilisées d'animaux comme les antilopes, les girafes, les porcs, les chevaux, les hippopotames et les éléphants montrent une large variété de régimes alimentaires. Certains animaux broutaient des feuilles et des buissons, tandis que d'autres pâturaient dans des habitats ouverts.

Les signaux chimiques dans les dents indiquent que les prairies se développaient à cette époque, mais les forêts jouaient encore un rôle important. Ils montrent que les animaux se déplaçaient dans cet environnement et s'adaptaient aux sources alimentaires qui les entouraient.

Changements environnementaux majeurs

Entre 2 et 3 millions d'années, l'environnement a connu une transition plus radicale vers des prairies ouvertes. La Vallée du Rift est le résultat de la séparation lente de trois plaques tectoniques. Cette activité tectonique a modifié le paysage au fil du temps, altérant le climat régional et le drainage. Il y a deux à trois millions d'années, cet événement a contribué 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 diminué.

Les chevaux et certaines antilopes, par exemple, ont développé des dents capables de broyer des plantes dures et granuleuses. Cette adaptation est inscrite dans leur émail. Les premiers ancêtres humains, comme la célèbre "Lucy", dont le squelette a été découvert dans la région Afar, vivaient dans ce paysage dynamique.

Les ancêtres humains et leur alimentation

Les dents fossiles d'Australopithecus afarensis, un ancêtre humain ayant vécu en Afrique de l'Est entre environ 2,9 et 3,8 millions d'années, indiquent que ces ancêtres 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, selon la disponibilité des ressources. Dans un paysage combinant des patchs boisés et des savanes ouvertes, cette adaptabilité a pu être essentielle pour la survie.

Implications de la recherche

Cette période de changement environnemental coïncide avec plusieurs développements évolutifs majeurs et des transformations morphologiques chez les pré-humains. Les premiers ancêtres humains marchaient déjà debout. La taille du cerveau a également augmenté progressivement, permettant des comportements plus complexes et la résolution de problèmes. Durant cette période, les premiers humains ont commencé à fabriquer et à utiliser des outils en pierre, marquant une avancée majeure dans l'innovation technologique et les aidant à s'adapter à des environnements en mutation.

Les changements alimentaires dans la Vallée du Rift est-africaine au cours des 4 millions d'années, documentés par l'émail dentaire, fournissent des indices importants pour reconstituer 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 alimentation à mesure que les paysages changeaient étaient celles qui avaient le plus de chances de survivre.

Conclusion

Cette recherche continue d'explorer des questions profondes sur la manière dont les changements environnementaux ont façonné la vie sur Terre, y compris les trajectoires humaines. Cela aide l'humanité à déverrouiller son passé collectif.

Article republié de The Conversation, une organisation de presse indépendante à but non lucratif qui vous apporte des faits et des analyses fiables pour vous aider à comprendre notre monde complexe. Écrit par: Zelalem Bedaso, Université de Dayton.

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Zelalem Bedaso ne travaille pas pour, ne consulte pas, ne possède pas d'actions dans ou ne reçoit pas de financement d'une entreprise ou d'une organisation qui pourrait bénéficier de cet article, et n'a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de son poste académique.