Как природные пожары помогли Homo erectus стать самым успешным видом своего времени

Около 1,75 миллиона лет назад на севере современной Кении, в рифтовой долине вокруг озера Туркана, происходили события, определившие дальнейшее развитие человеческого рода. В этот период в регионе одновременно жили ранние представители человека прямоходящего (Homo erectus), массивные австралопитеки (Paranthropus boisei) и появились древнейшие в мире каменные орудия ашельской культуры.

Долгое время в антропологии преобладала точка зрения, согласно которой эволюция человека шла параллельно с очень медленным, направленным высыханием африканского континента. Предполагалось, что леса постепенно исчезали на протяжении миллионов лет, уступая место открытым травянистым равнинам, а предки человека постепенно приспосабливались к жизни на открытой местности.

Однако исследование международной группы ученых, опубликованное в научном журнале Quaternary Science Reviews, показало, что природная среда раннего плейстоцена менялась совсем по другим законам. Вместо плавного иссушения регион проходил через резкие циклы смены климата, где ключевую роль играли не только осадки, но и ландшафтные пожары.

Геологический архив палеоозера Лоренянг

Чтобы восстановить природные условия далекого прошлого с высокой точностью, исследователи пробурили 216-метровый керн отложений WTK13 на западе бассейна Туркана. Бурение проводилось в рамках международного проекта по изучению стоянок гоминидов и осадков древних озер (Hominin Sites and Paleolakes Drilling Project). На месте современного пустынного бассейна в плейстоцене находилось крупное пресноводное озеро Лоренянг, на дне которого слой за слоем накапливались частицы пыли, растительного опада и продуктов горения.

Ученые сфокусировали внимание на 7,7-метровом участке керна, который охватывает временной отрезок между 1,748 и 1,725 миллиона лет назад. Этот интервал длительностью около 23 тысяч лет соответствует одному полному астрономическому циклу прецессии земной оси. При изменении наклона и направления земной оси меняется количество солнечного тепла, которое получает поверхность планеты в разные сезоны.

Из этого участка отложений было отобрано 112 образцов. Это позволило добиться временного разрешения в 300 лет для каждой точки данных — исключительно высокая детализация для геологических эпох столь высокой древности.

Молекулярные следы: как химики восстановили климат

Для анализа образцов авторы работы применили методы органической геохимии. Они исследовали специфические химические соединения (биомаркеры), сохранившиеся в осадках древнего озера:

1. Изотопы водорода в растительном воске (дельта-D): листья всех наземных растений покрыты тонким защитным восковым слоем из органических молекул — длинноцепочечных жирных кислот. Когда растение поглощает воду корнями, водород из этой воды встраивается в состав воска. Дождевая вода тропических ливней содержит меньше тяжелого изотопа водорода (дейтерия), чем вода в сухие периоды, когда из-за испарения легкий водород улетучивается быстрее. Измеряя отношение дейтерия к обычному водороду в восках, ученые определили, сколько дождей выпадало в регионе в конкретный век.
2. Изотопы углерода (дельта-13C): деревья и кустарники используют один тип фотосинтеза (C3), а засухоустойчивые травы саванн — другой (C4). Эти два типа фотосинтеза по-разному связывают изотопы углерод-12 и углерод-13. Анализ изотопного состава углерода в тех же молекулах растительного воска показал, какую долю площади занимали травы, а какую — деревья и кустарники.
3. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ): это группа сложных несгораемых молекул, которые образуются при неполном сгорании органического материала во время ландшафтных пожаров. Частицы сажи переносились ветром и реками в озеро и оседали на дно. Чем выше концентрация ПАУ в слое ила, тем больше пожаров происходило на окружающей территории.
4. Отношения изомеров диметилфенантрена: конкретные типы молекул ПАУ различаются в зависимости от того, что именно горело — твердая древесина деревьев, мягкая древесина хвойных пород или сухие злаковые травы. Это позволило установить состав сгоравшего растительного материала.

Парадокс пожаров в засушливых регионах

В науке о климате экосистемы делят на два типа по характеру возникновения пожаров:

• Режим с ограничением по влажности: характерен для современных влажных лесов. Там всегда много древесины и листьев, но растения и почва настолько пропитаны влагой, что огонь не может распространяться. В таких условиях пожары происходят только в периоды редких экстремальных засух.
• Режим с ограничением по топливу: характерен для сухих и полупустынных регионов с годовым количеством осадков менее 700 мм. В засушливые годы трава там практически не растет, почва остается голой, поэтому огню не по чему распространяться. Пожары в такой среде могут вспыхнуть только после обильных дождей, когда вырастает достаточное количество растительной массы.

Геохимический анализ керна WTK13 показал, что в бассейне Туркана в раннем плейстоцене действовал именно режим с ограничением по топливу.

Между изотопным составом водорода (показателем осадков) и количеством сажи в осадках обнаружена устойчивая прямая связь. Когда орбитальные циклы вызывали усиление летних муссонов, количество дождей резко возрастало. Дожди стимулировали быстрый рост травянистой растительности. С наступлением сухого сезона эта трава высыхала, образуя сплошной покров сухостоя.

Одновременно с этим влажная атмосфера способствовала частым грозам, и удары молний приводили к масштабным естественным пожарам. В засушливые же века, когда дождей было мало, пожары практически прекращались из-за отсутствия горючего материала.

Как огонь сдерживал наступление лесов

Климатические расчеты показывают: если бы объем осадков был единственным фактором, определяющим растительность, то в самые влажные эпохи бассейн Туркана должен был полностью покрываться густыми сомкнутыми лесами. Однако изотопный состав углерода в керне WTK13 свидетельствует об обратном.

Даже на пике увлажнения доля C3-растений (деревьев и кустарников) никогда не превышала 40% от общего объема растительности. Ландшафт оставался устойчивой мозаикой, где участки редколесий чередовались с открытыми пространствами, покрытыми травами.

Экологическим регулятором, не позволившим лесу захватить территорию, был огонь.

Частые ландшафтные пожары регулярно уничтожали молодые саженцы деревьев, которые пытались укорениться в травянистом покрове. Травы после пожаров восстанавливаются за несколько недель за счет спящих почек в корневищах, тогда как деревьям требуются годы для формирования защитной коры и высоты. Таким образом, естественный огонь фиксировал экосистему в состоянии открытой парковой саванны.

При этом скорость экологических переходов была очень высокой. Переход от крайне сухой степи к влажной саванне с высокой частотой пожаров происходил примерно за 2000 лет. В масштабах геологического времени это почти мгновенная перестройка условий жизни.

Отбор переменчивостью и эволюция Homo erectus

Резкие изменения среды обитания создавали принципиально новые требования к выживанию живых существ. В антропологии существует гипотеза отбора переменчивостью, разработанная исследователем Ричардом Поттсом. Согласно этой теории, ключевые признаки человека — крупный мозг, способность к сложным орудийным действиям и поведенческая гибкость — развивались не как адаптация к какому-то одному конкретному типу ландшафта, а как инструмент выживания в условиях постоянной и быстрой смены природных условий.

Полученные геохимические данные позволяют связать эту теорию с конкретными археологическими фактами.

Универсальность ашельских орудий

Около 1,76 миллиона лет назад в бассейне Туркана появляются первые каменные рубила ашельского типа. Это крупные, симметрично оббитые с двух сторон каменные инструменты с заостренным рабочим краем. В отличие от более ранних примитивных отщепов олдувайской эпохи, ашельское рубило представляло собой стандартизированное многофункциональное орудие.

Этим инструментом можно было одинаково эффективно выполнять разные задачи: разделывать туши крупных травоядных животных, соскабливать мясо с костей, рубить ветви деревьев, раскалывать кости для извлечения костного мозга или выкапывать съедобные подземные части растений в сухие периоды.

Форма ашельского рубила оставалась практически неизменной на протяжении более чем миллиона лет. Причиной такого технологического постоянства была не неспособность гоминидов придумать что-то новое, а максимальная универсальность самого инструмента. В среде, где за несколько десятков поколений густая растительность сменялась сухой степью, специализированное орудие узкого назначения привело бы популяцию к гибели. Рубило же обеспечивало доступ к любым доступным типам пищи при любых климатических фазах.

Фуражирование на пожарищах: природный источник готовой пищи

Полноценные археологические свидетельства того, что люди научились самостоятельно поддерживать и контролировать огонь в очагах, появляются позже — около 1,5 миллиона лет назад на стоянках Кооби-Фора (к востоку от озера Туркана) и Чесованджа (у озера Баринго). Однако данные керна WTK13 показывают, что предки человека сталкивались с масштабными природными пожарами за сотни тысяч лет до появления первых рукотворных кострищ.

Во влажные фазы прецессионных циклов ландшафтные пожары происходили регулярно. Дым и запах гари распространяются на десятки километров и служат заметным ориентиром. Для древних гоминидов пожарища становились источником доступной и питательной пищи.

Такое поведение называется фуражированием на пожарах:

• Доступ к ресурсам: огонь выжигал плотный травянистый покров, обнажая землю. На пепелище оставались тушки мелких млекопитающих, птиц, ящериц, змей, насекомых и птичьи яйца, которые в обычных условиях скрыты в траве и труднодоступны для охоты без специализированных приспособлений.
• Термическая обработка естественным путем: животные и подземные клубни растений, оказавшиеся в зоне прохождения огня, подвергались термической обработке. Высокая температура денатурирует белки в мясных волокнах и разрушает плотную кристаллическую структуру крахмала в растительных тканях, превращая его в легкоусвояемую форму.
• Энергетический баланс: термически обработанная пища требует значительно меньше энергии на пережевывание и переваривание в желудочно-кишечном тракте. Одновременно резко возрастает доля калорий, которую организм способен извлечь из единицы массы продукта.

Этот процесс напрямую связан с гипотезой термической обработки пищи, предложенной антропологом Ричардом Рэнгэмом. Регулярное получение запеченной пищи снизило необходимость в массивном жевательном аппарате, что привело к уменьшению зубов и челюстных костей у Homo erectus по сравнению с австралопитеками.

Освободившийся энергетический ресурс был направлен на поддержание работы головного мозга. Мозг потребляет около 20% всей энергии человеческого тела, и его прогрессивный рост в плейстоцене требовал стабильного притока легкоусвояемых калорий. Регулярный сбор ресурсов после природных пожаров во влажные эпохи создал предпосылки для того, чтобы гоминиды со временем перешли от пассивного следования за огнем к его целенаправленному сохранению и разведению.

Главные выводы исследования

Геохимический анализ керна WTK13 привел к пересмотру нескольких фундаментальных представлений о среде обитания раннего человека:

1. Характер климата: климат в бассейне Туркана 1,75 млн лет назад не был статичным. Он подчинялся астрономическим циклам прецессии, которые вызывали чередование влажных и сухих фаз с периодичностью около 23 тысяч лет.
2. Специфика пожарного режима: в полузасушливом бассейне действовал режим горения с ограничением по объему топлива. Пожары достигали максимальной силы именно во влажные периоды, когда дожди стимулировали рост высокой травы, а грозы создавали источники возгорания.
3. Экологическая стабилизация: огонь выступал главным фактором, который сдерживал наступление сомкнутых лесов и сохранял открытую мозаику саванны даже при максимальном количестве осадков.
4. Стимул для эволюции: высокая скорость экологических перестроек требовала от популяций Homo erectus поведенческой пластичности. Это способствовало распространению универсальных каменных рубил ашельского типа и использованию пищевых ресурсов, создаваемых регулярными природными пожарами. Способность быстро менять пищевые стратегии в нестабильной среде позволила человеку прямоходящему не только выжить в Африке, но и успешно расселиться по территории Евразии.

Источник: Quaternary Science Reviews