Así influyó el clima del pasado en la distribución de las especies humanas sobre la Tierra
La distribución de las especies de homininos (u homínidos) a lo largo de los últimos dos millones de años estuvo muy influenciada por los cambios en el clima de la Tierra, según revela un estudio publicado en la revista Nature. El trabajo, liderado por Axel Timmermann, director del Centro de Física del Clima del Instituto de Ciencias Básicas, en Corea del Sur, aporta importantes conclusiones sobre la historia de la evolución humana.
La Tierra gira alrededor del Sol en una elipse cuya forma cambia en periodos de entre 100.000 y 400.000 años. Además, el eje de la Tierra no solo modifica ligeramente su inclinación, sino que también se tambalea con un período de 20.000 años.
Estos fenómenos, llamados los llamados ciclos de Milankovitch, determinan la cantidad de radiación solar que recibe cada lugar de nuestro planeta en una latitud y un momento determinados, y provocan que se vayan alternando ciclos cálidos con otros fríos, y ciclos húmedos con otros secos. A su vez, los cambios en el clima influyen en la disponibilidad de alimento, que está ligada a la supervivencia humana, a la adaptación, y da lugar a migraciones.
Un mapa creado por un superordenador
Esta hipótesis ya había sido planteada con anterioridad, pero hasta ahora no se había creado un modelo que la demostrara. Los investigadores combinaron la base de datos más extensa de restos fósiles bien fechados y artefactos arqueológicos en la supercomputadora Aleph, del Instituto de Ciencias Básicas en Daejeon (Corea del Sur), una de las más avanzadas en su campo. Así, incluyendo 3.200 entradas de datos, crearon el mapa climático de los dos últimos millones de años en la Tierra y cómo el Homo sapiens, el Homo neanderthalensis y el Homo heidelbergensis (los tres grupos de homininos u homínidos más recientes) se movieron de África a Europa y Asia y las superposiciones entre especies.
“Al combinar la simulación de un modelo climático realista con una extensa base de datos fósiles y arqueológicos, hemos podido demostrar, con una alta confianza estadística, que el cambio climático del pasado determinó dónde habrían de vivir los antiguos humanos, dónde se solapaban en sus hábitats y cómo estos y sus preferencias alimentarias cambiaron con el tiempo debido a la adaptación evolutiva”, explica a SINC Timmermann (izquierda).
La investigación también describe cómo algunas especies humanas de mediados del Pleistoceno se convirtieron en migrantes y comenzaron a conquistar distintos hábitats.
Para probar la solidez del vínculo entre el clima y los hábitats humanos, los científicos repitieron su análisis, pero con las edades de los fósiles mezcladas, como si fuera una baraja de cartas. Si el cambio climático no hubiese influido en dónde y cuándo vivieron los humanos, ambos métodos darían como resultado los mismos hábitats. Sin embargo, los investigadores encontraron diferencias significativas en los patrones entre los tres grupos. "Este resultado implica que, al menos durante los últimos 500.000 años, la secuencia real del cambio climático pasado, incluidos los ciclos glaciales, desempeñaron un papel central en la determinación de dónde vivían los diferentes grupos de homínidos y dónde se han encontrado sus restos", señala Timmermann.
a - e Distribución de especies de homininos en África y Eurasia calculada a partir de un modelo de distancia de Mahalanobis utilizando datos envolventes climáticos de cuatro dimensiones de temperatura topográficamente reducida, precipitación y cambios de productividad primaria neta simulados durante 2 millones de años y las ubicaciones y edades de los yacimientos fósiles y arqueológicos. La idoneidad del hábitat promediada en el tiempo (sombreado de azul a blanco) que cubre el período de presencia de los homininos respectivos se puede interpretar en términos de probabilidad, con valores que van desde 0 (hábitat inadecuado) a 1 (hábitat extremadamente adecuado). Los círculos de colores representan las ubicaciones de los fósiles y/o artefactos arqueológicos asociados con los cinco grupos de homininos.
Condiciones climáticas adversas
En concreto, el trabajo se centra en la especiación entre el Homo heidelbergensis euroasiático y los neandertales hace 400.000 años y el Homo heidelbergensis del sur de África y el Homo sapiens hace entre 300.000 y 200.000 años.
El estudio muestra que los cambios en los parámetros climáticos que controlan la disponibilidad de recursos alimentarios, como la temperatura, las precipitaciones y la producción primaria neta terrestre —una medida de la cantidad neta de carbono capturada por las plantas cada año—, tuvieron un gran impacto en la distribución, dispersión y diversificación de los homininos.
Las perturbaciones climáticas masivas (como las sequías en el sur de África) provocaron una reducción del tamaño de las poblaciones, lo que, a su vez, pudo provocar una disminución del acervo genético. Este acervo es el catálogo de alelos —formas que pueden adoptar los genes— presentes en todos los miembros de una población, y determina su capacidad para adaptarse a circunstancias y sobrevivir. Como consecuencia, solo los subgrupos genéticamente más adaptados al entorno sobrevivirían.
“Las condiciones climáticas duras y persistentes pueden crear una presión de selección y una deriva genética que, a su vez, puede conducir a eventos de especiación y a una transición gradual de una especie a otra”, explica el investigador.
La especie humana primitiva Homo heidelbergensis (se muestra el cráneo) podría haber sido capaz de extenderse por la Tierra debido a que surgieron condiciones climáticas más húmedas y favorables a la migración, según un modelo climático. Crédito: Reuters/Félix Ordóñez/Alamy Stock Photo.
El clima determinó lo que somos
La siguiente cuestión a resolver era si los hábitats de las diferentes especies humanas se superponían en el espacio y el tiempo, para saber si el clima también fue otra de las causas de la evolución. A partir del análisis de estas zona de contacto, los investigadores derivaron un árbol genealógico de los homininos, según el cual los neandertales- y probablemente también los denisovanos- evolucionaron de la familia euroasiática del Homo heidelbergensis hace unos 500.000 a 400.000 años, mientras que las raíces del Homo sapiens -el único vivo en la actualidad- se remontan al sur de África y a poblaciones de Homo heidelbergensis tardío, hace unos 300.000 años. Y esto coincide las transformaciones más críticas del género, como el crecimiento del cerebro o la sofistificación de sus herramientas, que se corresponden con esta etapa en la que se dieron estos cambios climáticos derivados de los fenómenos astronómicos.
Las condiciones de sequía extrema en el sur de África y en Eurasia hace 400.000 y 300.000 años contribuyeron a la transformación evolutiva de las poblaciones del Homo heidelbergensis en el Homo sapiens y los neandertales, respectivamente.
Por ejemplo, los investigadores descubrieron que hace ya incluso unos 700.000 años, el Homo heidelbergensis (que se supone el progenitor tanto de los neandertales como de los humanos modernos) comenzó a expandirse desde su área de distribución tradicional. Pudieron hacerlo porque la órbita elíptica de nuestro planeta comenzó a crear condiciones climáticas más húmedas y habitables en ese momento para apoyar la expansión. La simulación computacional proyectó el movimiento de estas zonas húmedas a lo largo de la Tierra y los investigadores encontraron que había evidencias en el registro fósil que se movía junto con ellas. “La colección global de cráneos y herramientas no se distribuye aleatoriamente en el tiempo”, dice Timmermann. “Sigue un patrón que se superpone con el cambio climático impulsado por el movimiento de la Tierra. Esto es increíble para mí: aquí hay un patrón que nadie hasta ahora pudo ver.”.
Para apuntalar aún más su modelo, los investigadores compararon sus resultados con recientes estudios genéticos realizados en los últimos años, y los datos coincidían. "Es decir, que el 'Homo heidelbergensis' fue una línea básica en la evolución humana", indica Timmermann, quien añade: "Nuestro estudio documenta que el clima jugó un papel fundamental en la evolución de nuestro género 'Homo'. Somos lo que somos porque hemos logrado adaptarnos durante milenios a cambios lentos en el clima pasado".
Sobre la base de las edades fósiles, proponemos una división del 'Homo heidelbergensis' en ramas norte y sur (sombreado azul, idoneidad del hábitat) hace alrededor de 850.000–650.000 años. La transición gradual en 300.000–200.000 del 'Homo heidelbergensis' en 'Homo sapiens' en el sur de África está respaldado por datos fósiles y arqueológicos en esta región y estimaciones de superposición de hábitats. La divergencia propuesta hace 400.000–300.000 años del 'Homo heidelbergensis' en neandertales en Europa es consistente con estimaciones genéticas recientes. Este escenario también está de acuerdo con los datos del genoma completo de los neandertales que sugieren una división de población entre neandertales y denisovanos y linajes humanos modernos hace entre 765.000 y 550.000 años, y una divergencia entre neandertales y denisovanos entre 473.000 y 445.000. Las posibles ventanas moduladas por la excentricidad del planeta Tierra para las primeras migraciones no costeras de norte a sur ocurrieron alrededor de hace 700.000 años y 600.000 años, durante periodos de alta excentricidad.
Migración, encefalización y adaptación
Durante el Pleistoceno temprano, los homininos se asentaron en entornos con escasa variabilidad climática. Sin embargo, hacia el final de esta era, se convirtieron en errantes y se adaptaron a una amplia gama de condiciones climáticas.
“Esto condujo a una gran expansión de sus hábitats, desde las regiones semiáridas hasta las primeras regiones boreales”, indica el experto. La adaptación a nuevos ambientes fue posible gracias a un incremento en el tamaño del cerebro, herramientas de piedra más sofisticadas y la habilidad de controlar el fuego.
Los neandertales fueron una excepción, ya que permanecieron en un rango climático muy limitado durante toda su existencia como especie. En cambio, el Homo sapiens fue capaz de adaptarse (mediante la encefalización y las habilidades cognitivas y sociales) a entornos extremos, desde los desiertos tropicales hasta los árticos.
De esta manera, los autores proponen que la migración, la encefalización y la adaptación son tres procesos que se retroalimentan y que están detrás de la evolución de nuestra especie.
“La migración a nuevos entornos climáticos puede suponer un reto para la supervivencia humana. Esta presión puede llevar a una selección de grupos con mejores habilidades cognitivas o sociales, que a su vez tendrán una mayor ventaja para expandirse aún más en su rango geográfico y hábitat. Por lo tanto, una mejor adaptación climática conducirá a la ampliación del hábitat, lo que puede promover aún más dicha adaptación”, concluye Timmermann.
Fuentes: agenciasinc.es | abc.es | scientificamerican.com | 13 de abril de 2022
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