Ce fut une année extraordinaire d'explorations et de découvertes à l'Earth Institute. Au cours du mois de décembre, alors que 2017 tire à sa fin, nous partagerons des histoires qui mettent en lumière certains des travaux exceptionnels de nos chercheurs.

L'histoire de l'évolution humaine est enracinée en Afrique de l'Est, où les hominidés, des espèces ancestrales directement liées à l'homme, première apparition. Une région désertique isolée autour du lac Turkana au nord-ouest du Kenya est la source de nombreux fossiles et artefacts humains anciens importants. Cette région est l'endroit où Kevin Uno, paléoécologiste et géochimiste de l'Observatoire terrestre de Lamont-Doherty, a collecté des fossiles et des sédiments, à la recherche de preuves sur le climat, végétation, animaux, et l'eau dont disposaient nos ancêtres il y a des millions d'années. L'un des objectifs d'Uno est de comprendre le rôle du climat dans l'évolution humaine.

"Les gens sont curieux de savoir comment nous, humains, sommes arrivés ici. J'essaie de comprendre quel rôle le changement climatique a joué dans l'évolution de notre espèce, " a déclaré Uno. Ses premières découvertes nous donnent de nouvelles informations sur la genèse de la vie humaine et soulèvent de nouvelles questions fascinantes.

Dans une étude publiée en juin 2016, Uno et une équipe de Lamont, dont le géochimiste Pratigya Polissar et le paléoclimatologue Peter deMenocal, a fourni un enregistrement de 24 millions d'années des tendances de la végétation en Afrique de l'Est. L'enregistrement donne du poids à l'idée que les humains ont développé des traits clés :régimes alimentaires flexibles, gros cerveaux, structures sociales complexes, et la capacité de marcher et de courir sur deux jambes, tout en s'adaptant à la propagation des prairies ouvertes. Les résultats suggèrent fortement qu'il y a entre 24 millions et 10 millions d'années, bien avant l'apparition d'ancêtres humains directs, il y avait peu d'herbes et les forêts dominaient vraisemblablement. Puis, avec un changement de climat apparent, les herbes ont commencé à apparaître. L'étude montre que la tendance s'est poursuivie tout au long de l'évolution humaine connue, conduisant à une dominance des graminées il y a quelques millions d'années.

"Toute l'évolution de notre lignée nous a fait vivre et travailler dans ou à proximité des prairies, " dit Ouno.

Cette année, Uno a participé à des expéditions sur le terrain dans la région du bassin de Turkana sur les côtés est et ouest du lac Turkana. Lui et son équipe ont cherché à en savoir plus sur la façon dont le climat a varié au cours des cinq derniers millions d'années.

"Je voulais aller sur les sites d'hominidés fossiles et voir si on pouvait utiliser des outils de géochimie organique, ce qui est quelque chose que nous n'avions vraiment jamais fait auparavant. Nous voulons apprendre de nouvelles choses sur le climat, végétation, et le contexte environnemental de nos ancêtres, " a déclaré Uno. La découverte d'outils en pierre vieux de 3,3 millions d'années, les plus anciens au monde, a conduit Uno à rechercher des indices sur le contexte environnemental des premiers humains lorsqu'ils fabriquaient et travaillaient avec ces outils.

Reconstituer des habitats anciens, Uno et ses collègues tirent des informations de deux sources :les cires de feuilles de plantes qui vivaient il y a des millions d'années et sont maintenant conservées dans des sols fossiles, et d'anciennes dents de mammifères, comme celles des éléphants et des hippopotames. L'analyse chimique et isotopique de ces matériaux dans les laboratoires de Lamont permet aux scientifiques de discerner les plantes, animaux, et les sources d'eau disponibles dans l'écosystème pour que ces animaux puissent manger et boire.

"Les dents sont uniques car elles se forment entre un an et dix ans chez les gros animaux, et c'est comme un petit enregistreur de données ou une capsule temporelle d'il y a des millions d'années, " a déclaré Uno. Ses premières analyses indiquent que l'évolution des précipitations, d'une à deux saisons des pluies par an, peut avoir eu un effet significatif sur la végétation et les animaux.

"Une grande question pour moi est, depuis combien de temps le mode de fonctionnement à deux saisons des pluies existe-t-il ?" Les données préliminaires d'Uno indiquent une seule saison des pluies annuelle il y a environ 3,5 millions d'années.

"J'essaye de comprendre l'évolution du système moderne de deux saisons des pluies par an. Quand il fait vraiment chaud, comme c'est le cas en Afrique de l'Est, l'eau compte. Vous ajoutez de la pluie et les choses deviennent vertes et les animaux sont heureux, alors que les longues périodes de sécheresse sont très difficiles pour eux. Comment les hominidés ont-ils fait face aux changements dans la disponibilité de leurs sources de nourriture ? C'est l'une des questions sur lesquelles je travaille en analysant les dents."

En traçant les biomarqueurs sur des cires végétales anciennes, Uno obtient une perspective plus large sur l'histoire de la végétation de la région.

"Si vous regardez les isotopes dans les dents, ils ont été filtrés à travers les choix alimentaires de l'animal. Mais avec les biomarqueurs de cire végétale, vous regardez les vrais restes de plantes anciennes, et ils enregistrent tout le paysage. Ils sont conservés pendant des millions d'années car ces revêtements cireux sur les feuilles sont constitués d'hydrocarbures saturés, qui sont très difficiles à briser."

Le climat est un facteur clé déterminant les types de végétation qui peuvent pousser dans un écosystème. En recréant les aliments végétaux et l'habitat disponibles à un moment donné, il est possible d'en apprendre davantage sur les changements qui se sont produits au cours de transitions importantes dans l'évolution de l'homme. D'un intérêt particulier pour Uno est une période connue sous le nom d'époque pliocène, c'était la dernière fois que la Terre a connu des niveaux de CO2 atmosphérique aussi élevés qu'ils le sont aujourd'hui. Ensuite, les niveaux de CO2 étaient d'environ 400 parties par million (ppm), et c'est à peu près où ils en sont actuellement.

Le Pliocène s'est produit il y a entre 5,3 et 2,6 millions d'années, une période où de nombreux mammifères et oiseaux ont évolué vers des formes à peu près modernes et où les premiers hominidés sont apparus pour la première fois. Uno explique que de tous les fossiles du bassin de Turkana que l'on pense être du Pliocène, moins d'un pour cent sont des hominidés. Les scientifiques pensent que cette découverte indique que peu d'hominidés habitaient la Terre par rapport aux autres animaux. Ils ont également découvert une variété d'espèces d'hominidés.

"Au cours des cinq dernières années, nous avons découvert qu'il y avait une bien plus grande diversité d'hominidés au Pliocène, cinq à six espèces de plus qu'on ne le pensait à l'origine, " dit Uno. Il a été impossible de déterminer quels sont nos ancêtres directs. " C'était comme chercher une aiguille dans une botte de foin. "

Aussi laborieuses que soient les recherches d'Uno, des questions profondément importantes guident son travail.

"Je trouve fascinant que nos ancêtres hominidés soient si peu nombreux, peut-être juste des dizaines ou des centaines de milliers, mais maintenant nous sommes 7,5 milliards. C'est difficile d'imaginer ça, mais depuis longtemps, les hominidés n'étaient pas l'espèce dominante sur Terre comme nous le sommes aujourd'hui, " dit Ouno.

L'exploration du contexte environnemental de l'époque pliocène aidera à raconter l'histoire de ces hominidés, pourquoi il y avait des espèces distinctes, et peut-être comment et pourquoi une forme a conduit à l'évolution des humains modernes.

"Aujourd'hui, nous nous dirigeons vers un monde plus chaud, une avec des conditions météorologiques plus sévères et toute une série d'autres défis auxquels nos sociétés seront confrontées. Il est important de faire une pause et de jeter un regard en arrière d'où nous venons." note Uno, "La caractéristique des humains modernes est que nous sommes si adaptables. C'est une chose merveilleuse à propos de notre espèce."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de Earth Institute, Université de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.