Archeologen hebben veel over onze voorouders geleerd door hun afvalhopen te doorzoeken, die bewijs bevatten van hun dieet en bevolkingsniveau terwijl de lokale flora en fauna in de loop van de tijd veranderden.

Een veelvoorkomend keukenafval in Afrika - schelpen van struisvogeleieren - helpt nu het mysterie te ontrafelen van wanneer deze veranderingen plaatsvonden, en biedt een tijdlijn voor enkele van de eerste Homo sapiens die zich vestigden om de voedselbronnen van de zee langs de Zuid-Afrikaanse kust te gebruiken. 100,000 jaar geleden.

Geochronologen van de University of California, Berkeley, en het Berkeley Geochronology Center (BGC) hebben een techniek ontwikkeld die deze alomtegenwoordige teruggooi gebruikt om vuilnisbelten - beleefd middens genoemd - die te oud zijn om te dateren met radiokoolstof- of koolstof-14-technieken, nauwkeurig te dateren , de norm voor materialen zoals bot en hout die jonger zijn dan ongeveer 50,000 jaar.

In een artikel dat deze maand in het tijdschrift is gepubliceerd Proceedings van de National Academy of Sciences, voormalig UC Berkeley-promovendus Elizabeth Niespolo en geochronoloog en BGC en associate director Warren Sharp meldden dat ze uranium-thorium-datering van struisvogeleierschalen gebruikten om vast te stellen dat een midden buiten Kaapstad, Zuid-Afrika, tussen 119,900 en 113,100 jaar geleden werd afgezet.

Dat maakt de site, genaamd Ysterfontein 1, de oudst bekende zeeschelp midden in de wereld, en impliceert dat de vroege mens ongeveer 120,000 jaar geleden volledig was aangepast aan het leven aan de kust. Dit stelt ook vast dat drie mensachtige tanden die op de site zijn gevonden, tot de oudste Homo sapiens-fossielen behoren die in zuidelijk Afrika zijn teruggevonden.

De techniek is nauwkeurig genoeg voor de onderzoekers om overtuigend te stellen dat de 12.5 meter diepe stapel van voornamelijk mariene schelpen - mosselen, weekdieren en limpets - vermengd met dierlijke botten en eierschalen in een periode van slechts 2,300 jaar kan zijn afgezet.

De nieuwe tijden herzien al enkele van de aannames die archeologen hadden gemaakt over de vroege Homo sapiens die hun afval op de locatie deponeerden, inclusief hoe hun bevolking en foerageerstrategieën veranderden met veranderend klimaat en zeeniveau.

"De reden waarom dit opwindend is, is dat deze site niet zou kunnen worden gedateerd door radiokoolstof omdat hij te oud is", zei Niespolo, erop wijzend dat er veel meer van dergelijke sites zijn in Afrika, met name in de kustgebieden van Zuid-Afrika.

"Bijna al dit soort sites hebben struisvogeleieren, dus nu we deze techniek hebben, is er een mogelijkheid om deze sites opnieuw te bezoeken en deze aanpak te gebruiken om ze nauwkeuriger en nauwkeuriger te dateren, en wat nog belangrijker is, om erachter te komen of ze zijn even oud als Ysterfontein of ouder of jonger, en wat dat ons vertelt over foerageren en menselijk gedrag in het verleden, 'voegde ze eraan toe.

Omdat struisvogeleierschalen alomtegenwoordig zijn in Afrikaanse middens - de eieren zijn een rijke bron van eiwitten, gelijk aan ongeveer 20 kippeneieren - zijn ze een aantrekkelijk doelwit geweest voor geochronologen. Maar het toepassen van uranium-thoriumdatering - ook wel uraniumreeksen genoemd - op struisvogelschelpen is omgeven door veel onzekerheden.

"Het eerdere werk tot nu toe eierschalen met uraniumseries is echt wisselvallig geweest, en meestal gemist, " zei Niespolo.

Precisiedatering teruggedrongen tot 500,000 jaar geleden

Andere methoden die van toepassing zijn op sites ouder dan 50,000 jaar, zoals luminescentiedatering, zijn minder nauwkeurig - vaak met een factor 3 of meer - en kunnen niet worden uitgevoerd op archiefmateriaal dat beschikbaar is in musea, zei Sharp.

De onderzoekers zijn van mening dat uranium-thorium-datering leeftijden kan opleveren voor struisvogeleierschalen van wel 500,000 jaar, waardoor de precieze datering van middens en andere archeologische vindplaatsen ongeveer 10 keer verder in het verleden wordt verlengd.

"Dit is de eerste gepubliceerde hoeveelheid gegevens die aantonen dat we echt coherente resultaten kunnen krijgen voor dingen ver buiten het radiokoolstofbereik, in dit geval ongeveer 120,000 jaar geleden", zegt Sharp, die gespecialiseerd is in het gebruik van uranium-thorium-datering om problemen op te lossen in paleoklimaat en tektoniek, evenals archeologie. "Het laat zien dat deze eierschalen hun intacte uranium-reekssystemen behouden en betrouwbare leeftijden verder terug in de tijd geven dan eerder was aangetoond."

"De nieuwe data op struisvogeleierschaal en uitstekende faunabehoud maken Ysterfontein 1 tot nu toe de best gedateerde multi-gestratificeerde schelpenmidden uit het Midden-Steentijdperk aan de Zuid-Afrikaanse westkust," zei co-auteur Graham Avery, een archeozoöloog en gepensioneerd onderzoeker bij de Iziko Zuid-Afrikaans museum. "Verdere toepassing van de nieuwe dateringsmethode, waarbij fragmenten van struisvogeleieren beschikbaar zijn, zal de chronologische controle versterken op nabijgelegen locaties uit het Midden-Steentijdperk, zoals Hoedjiespunt en Sea Harvest, die vergelijkbare fauna- en lithische assemblages hebben, en andere aan de zuidelijke Kaapse kust. ”

De eerste menselijke nederzettingen?

Ysterfontein 1 is een van de ongeveer twaalf granaten die verspreid liggen langs de west- en oostkust van de provincie West-Kaap, in de buurt van Kaapstad. Opgegraven in de vroege jaren 2000, wordt het beschouwd als een site uit het Midden-Steentijdperk, gesticht rond de tijd dat Homo sapiens complex gedrag ontwikkelde, zoals territorialiteit en intergroepscompetitie, evenals samenwerking tussen niet-verwante groepen. Deze veranderingen kunnen te wijten zijn aan het feit dat deze groepen overgingen van jager-verzamelaars naar gevestigde populaties, dankzij stabiele bronnen van hoogwaardige eiwitten - schaaldieren en zeezoogdieren - uit de zee.

Tot nu toe was de leeftijd van sites uit het Midden-Steentijdperk, zoals Ysterfontein 1, voor ongeveer 10% onzeker, waardoor vergelijking tussen sites uit het Midden-Steentijdperk en met sites uit het Later-Steentijdperk moeilijk was. De nieuwe data, met een nauwkeurigheid van ongeveer 2% tot 3%, plaatsen de vindplaats in de context van goed gedocumenteerde veranderingen in het wereldwijde klimaat: het werd bewoond onmiddellijk na de laatste interglaciale periode, toen de zeespiegel hoog was, misschien 8 meter (26 voet) hoger dan vandaag. De zeespiegel daalde snel tijdens de bezetting van de locatie - de kustlijn trok zich in deze periode tot 2 mijl terug - maar de opeenhoping van schelpen ging gestaag door, wat impliceert dat de bewoners manieren vonden om de veranderende distributie van mariene voedselbronnen op te vangen om hun favoriete dieet te behouden .

De studie toont ook aan dat de Ysterfontein 1 shell midden zich snel ophoopte - misschien ongeveer 1 meter (3 voet) elke 1,000 jaar - wat impliceert dat mensen uit het Midden-Steentijdperk langs de Zuid-Afrikaanse kust uitgebreid gebruik maakten van mariene hulpbronnen, net zoals mensen deden tijdens de Later Stenen Tijdperk, en suggereert dat er al vroeg effectieve foerageerstrategieën op zee zijn ontwikkeld.

Voor daten zijn eierschalen beter

Leeftijden kunnen worden bevestigd aan sommige archeologische vindplaatsen ouder dan 50,000 jaar door middel van argon-argon (40Ar/39Ar) datering van vulkanische as. Maar as is niet altijd aanwezig. In Afrika echter - en vóór het Holoceen, in het hele Midden-Oosten en Azië - zijn struisvogeleierschalen gebruikelijk. Sommige sites bevatten zelfs ornamenten van struisvogeleieren gemaakt door de vroege Homo sapiens.

In de afgelopen vier jaar hebben Sharp en Niespolo een grondige studie van struisvogeleierschalen uitgevoerd, inclusief analyse van moderne eierschalen verkregen van een struisvogelboerderij in Solvang, Californië, en ontwikkelden ze een systematische manier om de onzekerheden van eerdere analyses te vermijden. Een belangrijke observatie was dat dieren, inclusief struisvogels, geen uranium opnemen en opslaan, hoewel het in de meeste wateren gebruikelijk is in deeltjes per miljard. Zij toonden aan dat nieuw gelegde struisvogelschelpen geen uranium bevatten, maar na begraving in de grond worden opgenomen.

Hetzelfde geldt voor zeeschelpen, maar hun calciumcarbonaatstructuur - een mineraal genaamd aragoniet - is niet zo stabiel wanneer ze in de grond worden begraven als de calcietvorm van calciumcarbonaat die in eierschaal wordt aangetroffen. Hierdoor houden eierschalen beter het uranium vast dat gedurende de eerste honderd jaar is opgenomen, zodat ze worden begraven. Bot, dat voornamelijk uit calciumfosfaat bestaat, heeft een minerale structuur die ook niet stabiel blijft in de meeste bodemomgevingen, noch op betrouwbare wijze geabsorbeerd uranium vasthoudt.

Uranium is ideaal voor dateringen omdat het in de loop van de tijd met een constante snelheid vervalt tot een isotoop van thorium die in zeer kleine hoeveelheden kan worden gemeten met massaspectrometrie. De verhouding van deze thoriumisotoop tot het nog aanwezige uranium vertelt geochronologen hoe lang het uranium in de eierschaal heeft gezeten.

Uranium-serie dating is gebaseerd op uranium-238, de dominante uraniumisotoop in de natuur, dat vervalt tot thorium-230. In het door Sharp en Niespolo ontwikkelde protocol gebruikten ze een laser om kleine plekken langs een dwarsdoorsnede van de schaal te vernevelen en lieten ze de aerosol door een massaspectrometer lopen om de samenstelling ervan te bepalen. Ze zochten naar plekken met veel uranium die niet besmet waren met een tweede isotoop van thorium, thorium-232, dat ook eierschalen binnendringt na begraving, hoewel niet zo diep. Ze verzamelden meer materiaal uit die gebieden, losten het op in zuur en analyseerden het vervolgens nauwkeuriger op uranium-238 en thorium-230 met "oplossing" massaspectrometrie.

Deze procedures omzeilen enkele van de eerdere beperkingen van de techniek en geven ongeveer dezelfde precisie als koolstof-14, maar over een tijdsbereik dat 10 keer groter is.

"De sleutel tot deze dateringstechniek die we hebben ontwikkeld en die verschilt van eerdere pogingen om struisvogeleierschalen te dateren, is het feit dat we expliciet rekening houden met het feit dat struisvogeleierschalen geen primair uranium bevatten, dus het uranium dat we gebruiken om datum dat de eierschalen daadwerkelijk uit het poriewater van de bodem komen en het uranium wordt opgenomen door de eierschalen bij afzetting, 'zei Niespolo.

###

In samenwerking met Todd Dawson, hoogleraar integratieve biologie aan UC Berkeley, analyseerde Niespolo ook andere isotopen in eierschalen - stabiele isotopen van koolstof, stikstof en zuurstof - om vast te stellen dat het klimaat tijdens de bezettingsperiode snel droger en koeler werd, in overeenstemming met bekende klimaatveranderingen op die tijd.

Niespolo, nu een postdoctoraal onderzoeker aan het California Institute of Technology maar binnenkort assistent-professor aan de Princeton University, werkt tot nu toe met Sharp samen met middens op andere locaties in de buurt van Ysterfontein. Ze ontwikkelt ook de uranium-serie-techniek om te gebruiken met andere soorten eieren, zoals die van emoes in Australië en nandoes in Zuid-Amerika, evenals de eieren van nu uitgestorven loopvogels, zoals de twee-meter (6.6- voet) grote Genyornis, die zo'n 50,000 jaar geleden in Australië uitstierf.

Het werk werd ondersteund door de Leakey Foundation, Ann en Gordon Getty Foundation en National Science Foundation (BCS-1727085).