这项研究最近发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》 号上，提供了非洲大陆范围内上里奥-更新世环境变化的综合数据。上新世-更新世是地球历史上的一个时期，跨越过去约500 万年，包括约20,000 年前的最后一个冰河时代。
根据这项新研究，这一时期的环境变化反映了地球轨道和相对于太阳的方向的变化。这些周期使我们的星球暴露在不同强度的太阳辐射下，引发了有据可查的对地球气候的不同频率的周期性影响。
研究人员观察到，由于全球冰量和海洋温度的变化，整个非洲的环境变化呈长期上升趋势。然而，研究结果并未产生环境变化与物种起源或灭绝率之间的显着相关性，这表明环境变化与物种更替可能并不密切相关，这一概念在科学界引起了广泛争论。
该论文的第一作者、亚利桑那大学地球科学系和生态与进化生物学系的大学杰出教授安德鲁·科恩指出，气候更湿润或更干燥的长期趋势可能是一个驱动力人类进化论，可以追溯到查尔斯·达尔文时代。 20世纪90年代末，随着科学界颇具影响力的变异选择假说的提出，这一研究领域发生了重大变化。
科恩解释说：“这里的想法是，作为人类谱系进化新颖性的驱动因素，不仅气候变化的方向很重要，而且环境和气候条件的变化也很重要。” “因为我们的祖先面临着快速变化的环境，这一假设表明他们必须更加足智多谋，从而能够应对许多不同的突发事件，这反过来又引发了新物种的出现，而其他物种则灭绝了。”
在当前的研究中，研究人员分析了从非洲大陆及周边地区17 个地点的湖床、海底和陆地露头的沉积岩芯中采集的样本。环境数据来自对花粉、藻类化石、灰尘、叶蜡、土壤同位素和其他物理特性记录的分析，这些物理特性提供了有关沉积地植被类型和环境条件的线索。科恩说，为了结合这些截然不同类型的记录的数据并确定气候变化的潜在模式，该团队必须克服一个重大挑战：如何量化变化并将其从一个采样点与另一个采样点进行比较。
“这并不是微不足道的，因为一方面你有花粉化石等记录，它告诉你植被发生了多少变化，还有其他记录告诉你湖面发生了多少变化，还有其他记录告诉你有关灰尘的信息我们“需要有一种方法，不仅可以查看一个记录，还可以将所有这些不同类型的参考资料叠加起来，以便我们能够区分变化的节奏。”
科恩说，为了做到这一点，研究人员开发了统计方法，使他们能够“比较苹果和橙子”，并将气候记录数据点分配给包括20,000 年、100,000 年和400,000 年的时间段。在仓库”。一旦每个箱中的变异分数的各个数据集被标准化，团队就可以“堆叠”它们并计算每个时间段的平均变异量。
然后，研究人员将气候数据与大型哺乳动物（主要是牛科动物，包括羚羊和其他大型食草动物）的化石记录进行了直接比较。研究人员主要关注大型食草动物，主要是因为人类祖先的化石太稀缺，无法用于这种方法。
“我不会说你可以将所有[人类化石]装进一个鞋盒，但它们仍然不那么常见，”科恩说。 “因此，我们决定研究具有更好化石记录的其他生物体，因为没有理由认为只有我们最近的亲戚，我们的人类祖先，应该受到气候变化和变异的影响。”
科恩补充道：“如果气候变化是进化的重要驱动因素，那么它也应该是其他大型哺乳动物的驱动因素和进化。想想北极熊以及它们如何受到当前气候变化的影响。”
研究人员采用了一种借鉴现代野生动物种群生物学的方法来解释长期困扰古生物学家的一个偏见：化石记录固有的不完整性，该研究的第二作者安德鲁·杜（Andrew Du）用一块瑞士奶酪来说明这一点。如果将核心样品钻入奶酪中，当核心撞击奶酪上的孔时就会出现空隙。同样，一个物种的化石记录也存在间隙——没有发现化石的时期与存在化石的时期重叠。这使得很难准确确定化石记录中一个物种的起源和灭绝时间。
为了解决这个限制，杜采用了一种被称为捕获、标记和重新捕获的技术，野生动物生物学家在调查动物种群时经常使用这种技术。动物被捕获后，会被标记以进行识别，然后被放回野外。在未来的调查中，科学家们将比较标记和未标记动物的比例。通过应用统计数据，他们可以了解整个人口的规模和结构。
科罗拉多州立大学人类学和地理学系助理教授杜解释了该技术如何在化石系统中发挥作用。 “假设我们在第一个时间段的化石记录中看到一个新物种出现，然后我们在第二个时间段发现了同一物种的不同化石，我们在第三个时间段错过了它，但在第二个时间段我们又错过了它。第四时期看到它。这告诉我们，即使我们在第三时期没有看到这个物种，我们也知道它就在附近，它让我们了解了某些时期的化石记录的质量。在估计种群数量和灭绝率时可以考虑到这种时间质量。”
通过将所有这些数据集放在一起，研究人员可以比较环境变化的模式以及它们与哺乳动物物种起源和灭绝率的关系。
“总体而言，过去350 万年来，存在环境变化不断增加的长期趋势。这种趋势追踪了全球冰块和非洲周围海面温度的上升变化。叠加于此，我们发现了另一个趋势。一旦我们进入冰川期，我们看到更多的起伏；波动越来越大，反映了冰盖的盛衰，这种变化跟踪了40 万年的米兰科维奇周期。”
大型食草动物以及人类化石的起源和灭绝的化石记录长期以来似乎与这些气候变化趋势无关。虽然研究人员承认变异性选择假说可能仍然正确，但在不同的范围内运作，但他们希望鼓励科学界以更批判性的方式思考变异性选择假说。
“我们并不是说环境变化对人类进化不重要，但我们迄今为止收集的数据与这个想法非常不一致，”科恩说。 “如果环境变异性像声称的那样重要，我们预计性别增加的长期趋势会反映在包括人类在内的各种物种的进化演替中，但我们只是没有看到它。”
