תעלומת המגפאונה: מדענים מגלים רמזים חדשים למה שקרה לבעלי החיים הגדולים ביותר בצפון אמריקה

מחקר חדש בוחן את התעלומה הבלתי פתורה של הכחדת המגה-פאונה של צפון אמריקה העתיקה, ומדגיש מחקר חדש באמצעות ZooMS לניתוח עצמות מקוטעות מאוספי הסמיתסוניאן. הוא מדגיש את המשמעות של שימור אוספים ארכיאולוגיים לחשיפת פרטים על חיים קודמים והכחדות.

ד"ר מריה אנטונוסיאן, ארכיאולוגית מולקולרית במכון מקס פלנק לגיאונתרופולוגיה, ד"ר טורבן ריק, אוצר במוזיאון הלאומי להיסטוריה של הטבע סמיתסוניאן, ופרופ' ניקול בויווין, אף היא ממכון מקס פלנק, שיתפו פעולה במאמר שנערך לאחרונה פורסם ב גבולות במדעי היונקים. תוך שימוש בשיטות חדשניות, הם ניתחו שברי עצמות מאובנים במוזיאון הלאומי להיסטוריה של הטבע של סמיתסוניאן. המחקר שלהם מציע תובנות חדשות שיכולות לשפר את ההבנה שלנו לגבי הגורמים וההשפעות הקשורות להכחדה של יונקים גדולים.

לפני 50,000 שנה, צפון אמריקה נשלטה על ידי מגה-פאונה. ממותות עצים שוטטו בטונדרה, בעוד ביערות היו ביתם של מסטודונים נישאים, נמרים עזים בעלי שיניים חרבות וזאבים ענקיים. ביזונים וגמלים גבוהים במיוחד נעו בעדרים ברחבי היבשת, בעוד בונים ענקיים עבדו באגמים ובבריכותיה. עצלני קרקע עצומים במשקל של למעלה מ-1,000 ק"ג נמצאו באזורים רבים ממזרח להרי הרוקי.

ואז, מתישהו בסוף עידן הקרח האחרון, רוב המגה-פאונה של צפון אמריקה נעלמה. איך ולמה נותרו שנוי במחלוקת חריפה. כמה חוקרים מאמינים שהגעתם של בני אדם הייתה מכרעת. אולי החיות ניצודו ונאכלו, או אולי בני האדם פשוט שינו את בתי הגידול שלהם או התחרו על מקורות מזון חיוניים. אבל חוקרים אחרים טוענים ששינוי האקלים היה אשם, שכן כדור הארץ הפשיר לאחר כמה אלפי שנים של טמפרטורות קרחוניות, והסביבה השתנתה מהר יותר ממה שהמגה-פאונה יכולה להסתגל. חילוקי הדעות בין שני בתי הספר הללו היו חריפים והוויכוחים שנויים במחלוקת.

למרות עשרות שנות לימוד, תעלומת עידן הקרח הזו נותרה בלתי פתורה. פשוט אין לנו מספיק ראיות בשלב זה כדי לשלול תרחיש כזה או אחר – או הסברים אחרים שהוצעו (למשל מחלה, אירוע פגיעה משביט, שילוב של גורמים). אחת הסיבות היא שרבות מהעצמות שדרכן אנו עוקבים אחר נוכחות המגה-פאונה הן מקוטעות וקשות לזיהוי. בעוד שחלק מהאתרים משמרים היטב את השרידים המגה-פאונליים, התנאים באחרים היו קשים על עצמות החיות, ושחשו אותן לשברים קטנים יותר ששונו מכדי לזהותם. תהליכי ריקבון אלו כוללים חשיפה, שחיקה, שבירה וריקבון ביו-מולקולרי.

בעיות כאלה משאירות אותנו חסר מידע קריטי על היכן מגה-פאונלי מסוים מִין הופצו, בדיוק מתי הם נעלמו, וכיצד הם הגיבו להגעת בני אדם או לשינוי האקלימי של סביבות בפלייסטוקן המאוחר.

יישום טכנולוגיה מודרנית על עצמות ישנות

עבודתנו נועדה לטפל בגירעון המידע הזה. לשם כך, הפנינו את תשומת ליבנו לאוספים יוצאי הדופן של המוזיאון הלאומי להיסטוריה של הטבע סמיתסוניאן בוושינגטון הבירה. המוזיאון, המכיל את הממצאים של חפירות ארכיאולוגיות רבות שנערכו במהלך מאה השנים האחרונות, הוא מאגר יוצא דופן של עצמות בעלי חיים הרלוונטיות עמוקות לשאלה כיצד נכחד המגה-פאונה של צפון אמריקה. עם זאת, רבים מהשרידים הללו מפוצלים מאוד ואינם ניתנים לזיהוי, כלומר יכולתם לשפוך אור על שאלה זו, לפחות עד כה, הייתה מוגבלת.

למרבה המזל, בשנים האחרונות התפתחו שיטות ביו-מולקולריות חדשות של חקר ארכיאולוגי. במקום לצאת לחפור אתרים חדשים, ארכיאולוגים מפנים יותר ויותר את תשומת לבם למעבדה המדעית, תוך שימוש בטכניקות חדשות כדי לחקור חומר קיים. טכניקה חדשה כזו נקראת ZooMS – קיצור של Zooarchaology by Mass Spectrometry. השיטה מסתמכת על העובדה שבעוד שרוב החלבונים שלה מתכלים במהירות לאחר מותו של בעל חיים, חלקם, כמו קולגן עצם, יכולים להישמר לאורך תקופות זמן ארוכות. מכיוון שחלבוני קולגן נבדלים לעתים קרובות בדרכים קטנות ועדינות בין קבוצות טקסונומיות שונות של בעלי חיים, ואפילו מינים בודדים, רצפי קולגן יכולים לספק מעין ברקוד מולקולרי כדי לסייע בזיהוי שברי עצם שאינם ניתנים לזיהוי אחרת. לכן, ניתן להפריד מקטעי חלבון קולגן המופקים מכמויות זעירות של עצם ולנתח אותם בספקטרומטר מסה כדי לבצע זיהויים של שאריות עצמות שזוארכאולוגים מסורתיים אינם יכולים.

בחירת חומר ארכיאולוגי ללימוד

החלטנו להשתמש בשיטה זו כדי לבקר מחדש בחומר הארכיון של מוזיאון סמיתסוניאן. המחקר שלנו היה פיילוט ששאל את שאלת המפתח: האם עצמות השוכנות במוזיאון סמיתסוניאן ישמרו מספיק קולגן כדי שנוכל ללמוד עוד על חומרי עצם מפוצלים במחסנים שלו? התשובה לא הייתה ברורה, כי רבות מהחפירות נערכו לפני עשרות שנים. בעוד שהחומר אוחסן במשך העשור האחרון לערך במתקן משוכלל ומבוקר אקלים, התאריך המוקדם של החפירות גרם לכך שתקנים מודרניים לא יושמו בהכרח על הטיפול, העיבוד והאחסון שלהם. כל השלבים.

בדקנו חומר עצם מחמישה אתרים ארכיאולוגיים. האתרים כולם מתוארכים לפליסטוקן המאוחר/ההולוקן הקדום ביותר (כ-13,000 עד 10,000 שנים קלנדריות לפני ימינו) או קודם לכן וממוקמים בקולורדו, במערב ארצות הברית. המוקדם ביותר נחפר ב-1934, האחרון ב-1981.

למרות שחלק מהחומר מהאתרים ניתן לזיהוי, חלק ניכר ממנו היה מקוטע מאוד ולא נשמר מאפיינים אבחנתיים שיכולים לאפשר זיהוי זוארכאולוגי למינים, סוגים או אפילו משפחה. חלק משברי העצמות נראו מאוד לא מבטיחים – הם היו מולבנים ומבוללים, או מעוגלים בקצוות, מה שרומז שהם הועברו במים או במשקעים לפני הקבורה באתר.

גילוי שימור ביומולקולרי מעולה

מה שמצאנו הפתיע אותנו. למרות הגיל המבוגר של רבים מהאוספים, המראה הלא מבטיח של חלק ניכר מהחומר והמקורות העתיקים של העצמות עצמן, הם הניבו תוצאות מעולות של ZooMS. למעשה, 80% מדהימים מהעצמות שנדגמו הניבו מספיק קולגן לזיהויים של ZooMS. ניתן לזהות 73% ברמת הסוג.

הטקסונים שזיהינו באמצעות ZoomS כללו בִּיזוֹן, ממוטוס (הסוג שאליו משתייכות הממותות), קמלידים (משפחת הגמלים), ואולי Mammut (הסוג שאליו שייכים המסטודונים). במקרים מסוימים, נוכל להקצות את הדגימות רק לקבוצות טקסונומיות רחבות מכיוון שלבעלי חיים רבים בצפון אמריקה עדיין חסרות ספריות התייחסות של ZooMS. מסדי נתונים אלה, אשר מפותחים היטב עבור אירואסיה אך לא עבור אזורים אחרים, חיוניים לזיהוי הספקטרום שהדגימה מייצרת כאשר אנו מפעילים אותה על ספקטרומטר מסה.

לממצאים שלנו יש השלכות גדולות על אוספי המוזיאון. החומר שהסתכלנו עליו הוא מכל בחינה בן דודו המסכן של החומר הזוהר שמוצג במוזיאונים להיסטוריה של הטבע. להסתכל, עצמות בעלי חיים מקוטעות מאוד, קטנות ולא אבחנתיות אינן מעוררות השראה וחסרות מידע באופן שטחי. אבל כמו כלים ביו-מולקולריים אחרים, ZooMS חושף את המידע העשיר שנשמר בדגימות מוזנחות שלא משכו לא את תשומת הלב של חוקרים ולא מבקרים במשך עשרות שנים.

התוצאות שלנו גם מדגישות את הפוטנציאל של אוספים כאלה להתמודדות עם דיונים מתמשכים על מתי בדיוק, היכן וכיצד נכחדה המגפאונה. על ידי פתיחה לניתוח של חומר העצם המפוצל שמהווה חלק גדול מהתיעוד של מגה-פאונלי, ל-ZoomS יש פוטנציאל לעזור לספק הרבה נתוני מחקר חדשים כדי לתת מענה לשאלות ארוכות-שנים לגבי הכחדות מגה-פאונליות. ZooMS מציעה דרך קלה, מהירה וזולה יחסית לחלץ מידע חדש מאתרים שנחפרו לפני זמן רב.

המחקר שלנו גם מדגיש את החשיבות של שימור אוספים ארכיאולוגיים. כאשר חוקרים ומוסדות חסומים למימון, חפצים ועצמות ארכיאולוגיות שאינם זוהרים או בעלי תועלת מיידית ברורה עלולים להזניח או אפילו להיזרק. זה קריטי שהמוזיאונים יקבלו מימון הולם כדי לטפל ולשכן שרידים ארכיאולוגיים לאורך טווח. כפי שמראה הניתוח שלנו, חומר ישן כזה יכול למצוא חיים חדשים בדרכים בלתי צפויות – במקרה זה, מה שמאפשר לנו להשתמש בשברי עצם זעירים כדי לעזור להתקרב מעט יותר לפתרון התעלומה מדוע כמה מהחיות הגדולות ביותר של כדור הארץ נעלמו אי פעם מהנופים של צפון אמריקה העתיקה.

רמזים להיעלמות מסתורית של היונקים הגדולים של צפון אמריקה לפני 50,000 שנה שנמצאו בתוך קולגן עצם עתיק