La photo montre quatre crânes d’australopithèques différents découverts dans les grottes de Sterkfontein, en Afrique du Sud. Le remplissage de la grotte de Sterkfontein contenant ces fossiles et d’autres australopithèques a été daté de 3,4 à 3,6 millions d’années, ce qui est beaucoup plus ancien que ce que l’on pensait auparavant. Cette nouvelle date bouleverse l’idée, longtemps défendue, que l’australopithèque d’Afrique du Sud est un rejeton plus jeune de l’australopithèque d’Afrique de l’Est, Australopithecus afarensis. Crédit : Jason Heaton et Ronald Clarke, en coopération avec le Musée d’histoire naturelle de Ditsong.
La terre ne livre pas facilement ses anciens secrets – pas même dans le “berceau de l’humanité” en Afrique du Sud, où une multitude de fossiles liés à l’évolution humaine ont été découverts.
Les scientifiques étudient depuis des décennies ces fossiles des premiers ancêtres de l’homme et de leurs parents disparus depuis longtemps. Aujourd’hui, une méthode de datation mise au point par un géologue de l’université de Purdue vient de repousser l’âge de certains de ces fossiles découverts sur le site des grottes de Sterkfontein de plus d’un million d’années. Cela les rendrait même plus anciens que Dinkinesh, également appelé Lucy, le fossile d’australopithèque le plus célèbre du monde.
Le “Berceau de l’humanité” est un site du patrimoine mondial de l’UNESCO en Afrique du Sud qui comprend une variété de gisements de grottes fossilifères, notamment ceux des grottes de Sterkfontein. Sterkfontein a été rendu célèbre par la découverte en 1936 du premier australopithèque adulte, un hominine ancien. Les hominines comprennent les humains et nos parents ancestraux, mais pas les autres grands singes. Depuis lors, des centaines de fossiles d’australopithèques y ont été découverts, dont le célèbre Mme Pleset le squelette presque complet connu sous le nom de Little Foot. Les paléoanthropologues et d’autres scientifiques ont étudié Sterkfontein et d’autres sites de grottes dans le berceau de l’humanité pendant des décennies pour faire la lumière sur l’évolution de l’homme et de l’environnement au cours des 4 derniers millions d’années.
Darryl Granger, professeur de sciences de la terre, de l’atmosphère et des planètes au College of Science de l’Université de Purdue, est l’un de ces chercheurs, qui travaille au sein d’une équipe internationale. Granger est spécialisé dans la datation des dépôts géologiques, y compris ceux des grottes. Lorsqu’il était étudiant en doctorat, il a conçu une méthode de datation des sédiments des grottes enfouies qui est maintenant utilisée par des scientifiques du monde entier. Ses travaux antérieurs à Sterkfontein ont permis de dater les sédiments des grottes. Little Foot à environ 3,7 millions d’années, mais les scientifiques débattent toujours de l’âge des autres fossiles du site.
Darryl Granger de l’Université de Purdue a développé la technologie qui a permis de mettre à jour l’âge d’un australopithèque trouvé dans la grotte de Sterkfontein. Les nouvelles données repoussent son âge de plus d’un million d’années, à 3,67 millions d’années. Crédit : Photo de l’Université de Purdue/Lena Kovalenko
Dans une nouvelle étude publiée le 27 juin 2022, dans la revue “the Proceedings of the National Academy of SciencesGranger et une équipe de scientifiques, dont des chercheurs de l’Université du Witwatersrand à Johannesburg, en Afrique du Sud, et de l’Université Toulouse Jean Jaurès en France, ont découvert que non seulement Little Foot, mais aussi tous les sédiments de la grotte contenant des australopithèques datent d’environ 3,4 à 3,7 millions d’années, et non de 2 à 2,5 millions d’années comme les scientifiques l’avaient théorisé auparavant. Cet âge place ces fossiles vers le début de l’ère des australopithèques, plutôt que vers la fin. Dinkinesh, qui vient d’Éthiopie, a 3,2 millions d’années, et son espèce, Australopithecus africanus, remonte à environ 3,9 millions d’années.
Sterkfontein est un système de grottes profond et complexe qui préserve une longue histoire d’occupation de la région par les hominines. La datation des fossiles peut s’avérer délicate, car les roches et les ossements sont tombés au fond d’un trou profond dans le sol, et il existe peu de moyens de dater les sédiments des grottes.
En Afrique de l’Est, où de nombreux fossiles d’hominines ont été trouvés, les volcans de la vallée du Grand Rift déposent des couches de cendres qui peuvent être datées. Les chercheurs utilisent ces couches pour estimer l’âge d’un fossile. En Afrique du Sud – surtout dans une grotte – les scientifiques n’ont pas ce luxe. Ils se servent généralement d’autres fossiles d’animaux trouvés autour des os pour estimer leur âge ou de la coulée de calcite déposée dans la grotte. Mais les os peuvent se déplacer dans la grotte, et des pierres jeunes peuvent être déposées dans des sédiments anciens, ce qui rend ces méthodes potentiellement incorrectes. Une méthode plus précise consiste à dater les roches dans lesquelles les fossiles ont été trouvés. La matrice semblable à du béton dans laquelle se trouve le fossile, appelée brèche, est le matériau que Granger et son équipe ont utilisé pour dater les fossiles.analysé.
“Sterkfontein possède plus de fossiles d’australopithèques que partout ailleurs dans le monde”, a déclaré Granger. “Mais il est difficile d’obtenir une bonne date sur eux. Les gens ont examiné les fossiles d’animaux trouvés près d’eux et ont comparé les âges des caractéristiques des grottes, comme les pierres d’écoulement, et ont obtenu toute une série de dates différentes. Nos données permettent de résoudre ces controverses. Elles montrent que ces fossiles sont vieux – beaucoup plus vieux que ce que nous pensions au départ.”
Granger et son équipe ont utilisé la spectrométrie de masse par accélérateur pour mesurer les nucléides radioactifs dans les roches, ainsi que la cartographie géologique et une compréhension intime de la façon dont les sédiments des grottes s’accumulent pour déterminer l’âge des sédiments contenant des australopithèques à Sterkfontein.
Granger et le groupe de recherche du Laboratoire de mesure des isotopes rares de Purdue (PRIME Lab) étudient les nucléides cosmogéniques et ce qu’ils peuvent révéler de l’histoire des fossiles, des caractéristiques géologiques et des roches. Les nucléides cosmogéniques sont des isotopes extrêmement rares produits par les rayons cosmiques – des particules à haute énergie qui bombardent constamment la terre. Ces rayons cosmiques ont suffisamment d’énergie pour provoquer des réactions nucléaires à l’intérieur des roches à la surface du sol, créant de nouveaux isotopes radioactifs dans les cristaux minéraux. L’aluminium-26, par exemple, est un aluminium auquel il manque un neutron et qui se désintègre lentement pour se transformer en magnésium sur une période de plusieurs millions d’années. Comme l’aluminium-26 se forme lorsqu’une roche est exposée à la surface, mais pas après avoir été profondément enterrée dans une grotte, les chercheurs du laboratoire PRIME peuvent dater les sédiments des grottes (et les fossiles qu’ils contiennent) en mesurant les niveaux d’aluminium-26 en tandem avec un autre nucléide cosmogénique, le béryllium-10.
Outre les nouvelles datations de Sterkfontein basées sur les nucléides cosmogéniques, l’équipe de recherche a dressé des cartes minutieuses des dépôts de la grotte et a montré comment des fossiles d’animaux d’âges différents auraient été mélangés lors des fouilles des années 1930 et 1940, entraînant des décennies de confusion avec les âges précédents. “Ce que j’espère, c’est que cela convainc les gens que cette méthode de datation donne des résultats fiables”, a déclaré Granger. “Grâce à cette méthode, nous pouvons placer plus précisément les anciens humains et leurs proches dans les bonnes périodes, en Afrique et ailleurs dans le monde.”
L’âge des fossiles est important car il influence la compréhension que les scientifiques ont du paysage vivant de l’époque. Comment et où les humains ont évolué, comment ils s’insèrent dans l’écosystème, et qui sont et étaient leurs plus proches parents, sont des questions urgentes et complexes. Remettre les fossiles de Sterkfontein dans leur contexte est un pas vers la résolution de l’ensemble du puzzle.
Référence : “Datation par nucléides cosmogéniques de Australopithecus at Sterkfontein, South Africa” par Darryl E. Granger, Dominic Stratford, Laurent Bruxelles, Ryan J. Gibbon, Ronald J. Clarke et Kathleen Kuman, 27 juin 2022, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2123516119
Sterkfontein est la source unique la plus prolifique de… Australopithecus dont la grande majorité a été récupérée dans le membre 4, une brèche de grotte maintenant exposée par l’érosion et l’altération à la surface du paysage. Quelques autres Australopithecus fossiles, dont le squelette de StW 573, proviennent de dépôts souterrains. [T. C. Partridge et al., Science 300, 607–612 (2003); R. J. Clarke, K. Kuman, J. Hum. Evol. 134, 102634 (2019)]. Nous rapportons ici une date d’enfouissement isochrone de nucléides cosmogéniques de 3,41 ± 0,11 millions d’années (Ma) dans la partie moyenne inférieure du membre 4, et des dates d’enfouissement simples de 3,49 ± 0,19 Ma dans la partie moyenne supérieure du membre 4 et de 3,61 ± 0,09 Ma dans la caverne de Jacovec. Avec une date d’enterrement isochrone précédemment publiée de 3.67 ± 0.16 My pour StW 573 [D. E. Granger et al., Nature 522, 85–88 (2015)]ces résultats placent la quasi-totalité du site de StW 573 Australopithecusà Sterkfontein au milieu du Pliocène, en même temps que Australopithecus .Australopithecus afarensisen Afrique de l’Est. Nos âges pour la brèche fossilifère du membre 4 sont considérablement plus anciens que les âges précédents d’environ 2,1 à 2,6 my interprétés à partir de coulées de pierres associées au même gisement. Nous montrons que ces coulées précédemment datées sont stratigraphiquement intrusives dans le Membre 4 et qu’elles sous-estiment donc l’âge réel des fossiles.
