סימני שחיקה מיקרוסקופיים בשיני מאובנים חושפים מה אכלו אבותינו הקדמונים, ומספקים תובנות על האופן שבו שינויי אקלים עיצבו את האבולוציה האנושית

בקיצור

  • באופן מסורתי פליאונטולוגים הניחו שגודל שיני החיה וצורתן קובעים מה תאכל. אך זמינות מזון – שמשתנה בהתאם לעונה וגם בטווחי זמנים גדולים יותר – משפיעה אף יותר על מה שהחיה תבחר לאכול.
  • בדיקות של סימני שחיקה זעירים ושרידים כימיים של מזון על שינים מאובנות מלמדות הרבה מעבר למחקרים הקונבנציונליים של מבנה השיניים וחושפות מה האבות הקדומים של האנושות אכלו באמת.
  • שילוב ממצאי התזונה עם נתונים פליאו-סביבתיים מספק תובנות חדשות על האופן שבו שינויי אקלים עיצבו את האבולוציה האנושית.

 

 

בשעת ערב מאוחרת ב-1990 ישבתי בצריפי בתחנת המחקר בקטמב שבפארק הלאומי גונונג לויסר (Gunung Leuser) באינדונזיה, על גדת נהר אלאס, ושכתבתי הערות לאור עששית. הייתי מוטרד. באתי לשם לאסוף מידע עבור התזה שלי, לתעד מה קופים ופרימטים אוכלים ואיך. הרעיון היה לקשר את התצפיות הללו לגודל, לצורה ולדגמי השחיקה של שיניהם.

לקופי מקוק ארוכי זנב יש שיניים חותכות גדולות וטוחנות קהות – שנועדו ככל הידוע לנו לאכילת פירות. אך הקופים שעקבתי אחריהם בארבעת הימים האחרונים אכלו רק עלים צעירים. הבנתי אז שהקשר בין מבנה השן לתפקוד הרבה יותר מורכב ממה שעולה מהספרות המחקרית, ושהגודל והצורה של שיני החיה לא מכתיבים מה תאכל. התובנה הזאת עשויה להישמע לכם אזוטרית, אך יש לה השלכות עצומות על הבנת הדרך שבה התפתחו בעלי חיים, ובני האדם ביניהם.

אני פליאונטולוג ומתפרנס משחזור התנהגויות של מינים נכחדים על סמך השרידים המאובנים שלהם. בפרט, אני מנסה להבין איך הן השיגו בעבר אוכל מסביבתם וכיצד שינויים בסביבה מניעים אבולוציה. השנה ההיא בקטמב עיצבה את חשיבתי על קופים מפותחים (פרימטים) ועל הקהילה הרחבה של החיים שסובבת אותם. התחלתי לתפוס את הביוספרה, החלק בעולמנו שיש בו חיים, כמזנון ענק. חיות מתקרבות אליו עם צלחת ביד כדי לבחור בין מצרכים הזמינים במקום מסוים בזמן מסוים. מקומו של כל מין ביער ובטבע מוגדר על פי ההחלטות שהוא מקבל.

שיניים משחקות תפקיד חשוב בבחירת מזון – כל אחד צריך את הסכו"ם הנכון. אך בקטמב למדתי שהזמינות חשובה יותר. המקוקים אכלו עלים מפני שזה מה שהטבע הציע במזנון הביוספרי במקום ובזמן ההם. התזונה שלהם השתנתה לאורך השנה כשעלים נפתחו, פרחים לבלבו ופירות הבשילו בחלוף העונות. התחלתי לדמיין איך שינויים בזמינות המזון לאורך מאות שנים או מיליונים, ואף למעלה מזה, יכולים להכתיב מה יאכל מין מסוים.

רוב הפליאונטולוגים לא רגילים לחשוב ככה על החיים בעבר. לתחום שלנו יש מסורת ארוכת שנים של הסקת התפקוד מהמבנה על סמך ההנחה שהטבע בוחר את הכלים הכי טובים עבור כל פעולה שאורגניזם נדרש לבצע. אולם אם המבנה נובע תמיד מהתפקוד, מקוקים לא היו אוכלים עלים. השאלה היא איך נוכל לזהות בחירת מזון על פי המאובנים.

השקעתי כמה עשורים בדיוק בזה, על ידי חקר דפוסי השחיקה המיקרוסקופיים של שיניים מאובנות, כולל אלה של כמה מהאבות הקדמונים של האנושות. חוקרים אחרים בחנו את החתימה הכימית של אוכל בשיניים המאובנות בחיפוש אחרי רמזים תזונתיים. "טביעות האוכל" הללו, כפי שאני מכנה אותן, חושפות את סוגי המזון שפרטים אכלו בפועל ומספקים לנו תמונה עשירה יותר של העבר, מעבר לצורת השן לבדה. לצד תובנות שמגיעות ממקורות פליאו-סביבתיים, הממצאים הללו אפשרו לנו לבחון כמה השערות בולטות על אודות ההשפעה של שינוי אקלים על האבולוציה האנושית. התוצאות מחדדות את ההסבר הקלאסי לשאלה מדוע הענף שלנו של העץ המשפחתי האנושי שגשג בשעה שאחרים נכשלו.

הפרדוקס של ליאם

תצפיות על בעלי חיים גילו כמה יצורים שאוכלים מאכלים שונים מאלה שהם מותאמים לצרוך. במהלך שהותי בקטמב, מליסה רמיס (Remis), שעובדת כיום באוניברסיטת פרדו, אספה מידע תזונתי על גורילות בביי הוקו (Bai Hokou), שפלה ביערות הגשם בפארק הלאומי דזנגה-נדוקי (Dzanga-Ndoki) שברפובליקה המרכז-אפריקאית. רוב החוקרים סברו אז שגורילות מתמחות באכילת גבעולים, עלים והלשד של צמחים שאינם עציים כגון סלרי בר. חוקרת הגורילות החלוצית דיאן פוסי (Fossey) ואחרים הראו את זה ביערות הענן הגבוהים בהרי וירונגה (Virunga) באוגנדה ורואנדה. זה נשמע הגיוני. השיניים והמעיים של הגורילה עברו התמחות ספציפית – טוחנות עם בליטות חדות המותאמות היטב לקריעת חלקי צמח קשיחים ומעי אחורי עצום שיכול לאכלס מיקרואורגניזמים שעוזרים בעיכול התאית במזון סיבי. חוץ מזה, זה כל מה שהיה לאכול בגבהים האלה.

איור: ג'ון פוסטר

עם זאת, הגורילות של הרי וירונגה אינן אלא אוכלוסייה קטנה ושולית של כמה מאות פרטים החיים בסביבה קיצונית. מה בנוגע למאתיים אלף גורילות שחיות כ-1,500 קילומטר מערבית לשפלת יערות הגשם, באגן קונגו? הגורילות בביי הוקו מספרים סיפור אחר. הן מעדיפות פירות רכים ועתירי סוכר. למעשה, רמיס ראתה גורילות צועדות יותר מקילומטר, ועוברות על פני עלים וגבעולים אכילים, כדי להגיע לעץ פרי. נראה שמאכלים סיביים מככבים בתזונתן רק כשהפירות שהם אוהבים לאכול אינם זמינים. אולם הגורילות במערב השפלה היו חששניות יותר מקרוביהן בהרי וירונגה, וזה הגביל את כמות המידע שיכלה רמיס לאסוף. יש חוקרים שתהו אם אכן גורילות יכולות להעדיף פירות בהתחשב בשיניהן ובמעיים שלהן.

בדיחה ישנה אומרת: "במה תאכיל גורילה ששוקלת 200 קילו? בכל מה שהיא תרצה". איך נוכל לדעת מה גורילה רוצה לאכול? אחרי שרמיס חזרה מביי הוקו, היא הלכה לגן החיות של סן פרנסיסקו ושאלה את הגורילות עצמן. היא הציעה לקופים השבויים שלל מאכלים, החל במנגו מתוק וכלה בתמר הודי מר, לימון חמוץ, וכמובן סלרי קשה. הגורילות בגן החיות העדיפו חד-משמעית פירות עתירי סוכר ובשרניים על פני מאכלים קשים וסיביים, ולא משנה מה השיניים והמעיים שלהם רמזו שהן אמורות לאכול.

הממצא אישר שגם אם הגורילות מותאמות למאכלים הכי מורכבים מבחינה פיזית וכימית שיש בנמצא, אלו לא המאכלים האהובים עליהם. אם כך, ייתכן שגורילות בהרי וירונגה אכלו מאכלים קשיחים וסיביים כל השנה לא מפני שהן העדיפו אותם, אלא מכיוון שהן יכולות, ובהתחשב באפשרויות הדלות שמציע להן המזנון הביוספרי הקיים בגבהים האלה אין להן ברירה אחרת. גורילות הרים שחיו בגבהים נמוכים יותר לא הרחק משם אכן העדיפו לאכול פירות כשהיו כאלה בסביבתן.

העדפה של מאכלים שונים מאלה שהפרט מותאם אליהם היא תופעה נפוצה דיה בממלכת החי כדי שתזכה לשם: הפרדוקס של ליאם. ב-1980 הבחין לראשונה קרל ליאם (Liam) מאוניברסיטת הארוורד בפרדוקס כשחקר אמנוני מינקלי (Minckley’s cichlid), דג מים מתוקים הנפוץ בעמק של קואטרו סיאנגס (Cuatro Ciénegas) בצפון מקסיקו. אחד מזני הדג הזה מתאפיין בשיניים שטוחות דמויות חלוקי נחל בגרונו, שלכאורה מותאמות באופן מושלם לפיצוח שבלולים בעלי קונכייה קשה. עם זאת, חברי הקבוצה הזאת חולפים על פני השבלולים הללו כל עוד זמינים להם מאכלים רכים יותר.

לשם מה חיה מפתחת שיניים מתמחות עבור מאכלים שהיא ממעטת לאכול ומעדיפה אחרים על פניהם? כל עוד ההתמחות בעצמים קשים אינה מונעת צריכת מאכלים רכים יותר, היא מגדילה את האפשרויות הפתוחות בפני היצור בשעת הצורך. אם כן, הפרדוקס אינו שפרטים נמנעים ממזונות שהם מותאמים אליהם, אלא שאנטומיה ייעודית יכולה לאפשר תזונה רחבה יותר.

גם פרימטים אחרים מדגימים את הפרדוקס של ליאם, כולל קופי מָנְגַבִּי (Mangabey) אפורי-לחיים מהפארק הלאומי קיבאלה (Kibale) באוגנדה. למָנְגַבִּים יש שיניים טוחנות שטוחות מצופות בזגוגית השן (אמייל)  עבה שמתמחות לכאורה בפיצוח מאכלים קשים ופריכים. אך במשך ימים ארוכים, חודשים ואפילו שנים צפתה בהם ג'ואנה למברט, שעובדת כיום באוניברסיטת קולורדו בולדר, אוכלים פירות רכים ובשרניים ועלים צעירים, בדיוק כמו קופי הגנון (Guenon) אדומי-הזנב ששיניהם דקות יותר וחיים לצידם. ואז, בקיץ 1997, השתנה הכול. היער עדיין לא השתקם מבצורת חמורה במיוחד שפרצה עקב תופעת אל-ניניו. היה קשה למצוא פירות, עלים נבלו והקופים היו רעבים. המָנְגַבִּים אכלו יותר ויותר קליפות עץ וגרעינים קשים, והגנונים לא. השיניים והלסתות הייעודיות של המָנְגַבִּים אפשרו להם להסתמך על המזונות הקשים. גם אם ההתאמות האלה נחוצות רק פעם-פעמיים בדור, ייתכן שזה בדיוק מה שהחיות צריכות כדי לשרוד בתקופות משבר.

מָנְגַבִּי אפור-לחיים. מותאם לפיצוח מזון קשה | צילום: אלן הול (Houle)

אנטומיה מותאמת יכולה להיקשר גם למאכלים מועדפים. לדוגמה, למָנְגַבִּים לבני-עורף החיים בפארק הלאומי תאי (Taï) בחוף השנהב יש זגוגית עבה בשיניים ולסתות חזקות, והם אכן מעדיפים מזון קשה. כשהם מחפשים מזון הם משקיעים את רוב זמנם בסריקת קרקעית היער בחיפוש אחרי זרעים של עץ הסקוגלוטיס (Sacoglottis), שקליפתם מזכירה גלעיני אפרסק. סקוט מקגרו (McGraw) מאוניברסיטת אוהיו טוען שהפעולה הזאת חוסכת מהם תחרות על מזון עם עשרה מינים אחרים של פרימטים שחיים לצידם. כפי שגורילות נבדלות זו מזו בתדירות שבה הן אוכלות מזון מורכב מבחינה מכנית, חלק מהמָנְגַבִּים אוכלים אותו כל הזמן ואחרים עושים זאת רק לעיתים רחוקות.

דוגמאות כאלה מראות שבחירת המזון של פרימטים היא תופעה מורכבת שתלויה לא רק בשיניים אלא גם בזמינות, בתחרות ובהעדפה אישית. מבנה השיניים יכול לגלות לנו משהו על מה שבעל חיים בעבר היה מסוגל לאכול ומהם המאכלים הכי מורכבים שאיתם היו אבותיו הקדמונים צריכים להתמודד. אך כדי להבין את בחירת המזון מבין האפשרויות הזמינות במזנון הביוספרי, נחוצות טביעות אוכל.

מיקרו-שחיקה דנטלית, כלומר השריטות והשקעים המיקרוסקופיים שנוצרים על פני השן במהלך השימוש בה, היא סוג של טביעת אוכל שנחקר רבות. מינים שנוטים לבתר או לחתוך מאכלים קשים, כמו אנטילופות שניזונות מעשב או ברדלסים אוכלי בשר, צוברים שריטות ארוכות ומקבילות כששיניים מנוגדות מחליקות זו על גבי זו וחומר מחוספס נשחק ביניהן. מינים שמרסקים מזון קשה, כגון מָנְגַבִּים אוכלי אגוזים מתאי או צבועים מפצחי עצמות, נוטים לפתח משטחי מיקרו-שחיקה מחוררים עם שקעים במגוון גדלים וצורות.

מאחר שהסימנים הללו נשחקים בדרך כלל ומוחלפים תוך ימים ספורים, אם נתייחס לשיניים של פרטים שנדגמו במקומות שונים ובזמנים שונים, נוכל ללמוד על מגוון המאכלים שנאכלו ואולי גם היחס ביניהם. דפוסי המיקרו-שחיקה של מָנְגַבִּים מקיבאלה דומים לרוב לאלו של אוכלי פירות רכים, עם שריטות דקות ושקעים עדינים, אם כי פה ושם נדגמו פרטים עם שקעים עמוקים יותר. לעומת זאת, שיניהם של מָנְגַבִּים מתאי הראו בממוצע יותר משטחים עם מכתשים. למרות מבנה השיניים הדומה של שני המינים, טביעות האוכל מבחינות ביניהם כפי שאפשר היה לצפות על סמך תצפיות אחר התזונה שלהם.

תפריטים קדומים

כשברשותם דגמי מיקרו-שחיקה מבעלי חיים חיים שהרגלי התזונה שלהם ידועים, מדענים יכולים להשתמש בסימני מיקרו-שחיקה על שיניים מאובנות כדי להסיק מה נהגו מינים נכחדים לאכול ולקבל הצצה על העדפותיהם התזונתיות. עמיתיי ואני השקענו מאמצים רבים בניתוח המיקרו-שחיקה של מאובנים אנושיים. עבודתנו הניבה תוצאות מפתיעות.

לעץ המשפחתי האנושי יש ענפים רבים. הומו ספיאנס (Homo sapiens) הוא המין האנושי היחיד שחי כיום, אך בעבר היו כמה מיני אדם, או הומינינים, שחלקו יחד את עולמנו. השאלה איך זה שאילן היוחסין שלנו שרד בעוד האחרים נכחדו עדיין פתוחה. אני עצמי צללתי לתוך התעלומה הזאת כשיצאתי לחקור את התזונה של חברים באחד מהענפים הנכחדים הללו, קבוצת מינים השייכים לסוג פרנתרופוס (Paranthropus). פרנתרופוס חי במזרח אפריקה ודרומה 1.2-2.7 מיליון שנה, בעידן הפלייסטוקן. אף אחד מהמינים שלו לא הפיק אותנו מהשושלת שלו, אלא הם היו ניסויים אבולוציוניים שהתקיימו לצד אבותינו הקדמונים המוקדמים.

לפרנתרופוס היו שיניים קדם-טוחנות וטוחנות גדולות, שטוחות עם זגוגית עבה, לסתות כבדות וכן רכס גרמי וצלקות שנובעים משרירי לעיסה עצומים ורבי עוצמה. התכונות האלה מעידות בבירור על התמחות תזונתית בלעיסה רצינית, כך שהמינים האלה נראו מועמדים אידיאליים לבחינת מיקרו-שחיקה. אם עמיתיי ואני לא נוכל לפענח מה הם אכלו, אין הרבה סיכוי לשחזר את תזונתם של מאובני הומינינים אחרים בעלי שיניים ולסתות פחות מובחנות.

הראשון שניסה לשחזר את התזונה של הפרנתרופוס היה הפליאונטולוג ג'ון רובינסון, עוד ב-1954. רובינסון האמין שהשיניים הקדם-טוחנות והטוחנות הגדולות, השטוחות ובעלות הזגוגית העבה של פרנתרופוס רובוסטוס (Paranthropus robustus) מדרום אפריקה התפתחו לטחינת חלקי צמחים שכללו נבטים, עלים, פירות יער ופירות בר קשים. הסדקים בשיניים הללו הראו לו שפ' רובוסטוס אכל שורשים ופקעות מלאי אדמה. פיליפ טוביאס (Tobias) מאוניברסיטת ויטווטרסרנד ביוהנסבורג ראה את הדברים אחרת, וטען בשנות ה-60 שהסדקים נבעו מצריכת מאכלים קשים ולא מזונות עתירי חול. טוביאס תיאר בזמנו מין חדש של פרנתרופוס במזרח אפריקה, פרנתרופוס בויזאי (Paranthropus boisei). אחרי ששלח מבט ראשון בגולגולתו, טענתו המפורסמת הייתה "בחיים לא ראיתי מנגנון כה מרשים של מפצחי אגוזים".

כך נולד הרעיון של הומינין שמתמחה בפיצוח אגוזים. פרנתרופוס היה שונה מאוד ממאובני הומו מוקדמים שנמצאו באותם סלעי משקע, שניחנו בשיניים ובלסתות עדינות יותר, מוח גדול יותר וערכת כלים מתפתחת מאבן לעיבוד מזון. חוקרים פיתחו הסבר פשוט לפער הזה, שנקרא השערת הסוואנה. לפי זה, בשעה שהערבות החלו להתפשט ברחבי אפריקה, אבותינו הקדמונים הגיעו לנקודת פיצול בדרכם האבולוציונית. פרנתרופוס פנה לדרך אחת, התפתח והתמחה בחלקים קשים ויבשים של צמחי סוואנה, כגון זרעים ושורשים. ההומו המוקדם הלך בדרך אחרת, ונהיה יותר ויותר מגוון, עם תזונה גמישה יותר שכללה בשר. על פי התיאוריה, הגמישות התזונתית הזאת היא הסיבה לכך שאנחנו נמצאים כאן כיום והפרנתרופוס נעלם. הסיפור הזה נשמע משכנע, ומחקרי מיקרו-שחיקה מוקדמים של פרדריק גריין (Grine) מאוניברסיטת סטוני ברוק בשנות ה-80 הראו שהשיניים של פ' רובוסטוס אכן התאפיינו ביותר גומות מיקרו-שחיקה מאבותיהם הקדמונים. הדבר מאשר לכאורה שבן הדוד הזה שלנו התמחה במזון קשה ופריך.

אך ב-2005, כאשר עמיתי הפוסט-דוקטורנט דאז רוב סקוט (Scott) ואנוכי בחנו שוב את דגמי השחיקה של פ' רובוסטוס באמצעות טכנולוגיה חדישה יותר, חלק נוסף של הסיפור החל להתבהר. נכון, לדגימות של פ' רובוסטוס יש בממוצע משטחי שחיקה מורכבים יותר ומלאי שקעים, אך לחלק מהדגימות שחקרנו היו מרקמים פשוטים יותר ובעלי פחות שקעים בורות. למעשה, המיקרו-שחיקה אצל פ'. רובוסטוס מגוונת מאוד, מה שמצביע שחלקם אכן אכלו מאכלים קשים בימים שקדמו למותם, אך לא כולם. ובמילים אחרות, האנטומיה המתמחה של פ' רובוסטוס לא קבעה שהוא מתמחה בתזונה ספציפית.

הרעיון הזה לא היה חדש. דיוויד סטרייט (Strait) מאוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס, וברנרד ווד (Wood) מאוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון שיערו כבר שנה קודם לכן שאולי הפרנתרופוס היה כוללן אקולוגי (Ecological generalist) עם תזונה גמישה, בדרך כלל על סמך ראיות עקיפות. אך עבודתנו סיפקה הוכחה ישירה לפרדוקס של ליאם בקרב ההומינינים.

הפתעה גדולה יותר צצה ב-2008, כשעמיתיי ואני בחנו דגמי מיקרו-שחיקה של פ' בויזאי. זה היה מפצח האגוזים של טוביאס, המין עם השיניים הכי גדולות, הלסתות הכי כבדות וזיגוג האמייל הכבד ביותר מכל ההומינינים. ציפיתי שלשיני הפ' בויזאי תהיה מיקרו-שחיקה דומה לזו של המָנְגַבִּי לבן-עורף, עם מכתשים שמזכירים את פני הירח. לא היה להם. עוד ועוד משטחים הציגו שריטות דקיקות שהשתרעו לכל מיני כיוונים. לא רק שהיצורים הללו לא התמחו בעצמים קשים, המיקרו-שחיקה שלהם כלל לא הראתה סימנים למזון קשה. השערת מפצח האגוזים התנפצה לרסיסים. אז מה אכל אותו פ' בויזאי עם שיניו הגדולות והשטוחות? כדי לדעת את זה נזדקק לסוג נוסף של טביעות אוכל: יחסים של אזוטופי הפחמן.

טביעות אוכל
השימוש בשיניים יוצר בהן שריטות ושקעים מיקרוסקופיים. מחקרים של דפוסי השחיקה המיקרוסקופית הללו אצל בעלי חיים מראים שמינים שלועסים מזון רך ונוקשה כמו דשא מקבלים שריטות ארוכות מקבילות בשיניהם ואלו שמרסקים מזון קשה ופריך כמו אגוזים מתאפיינים בשקעים. פליאונטולוגים הסיקו ממה ניזונו מיני אדם שנכחדו, כולל פרנתרופוס רובוסטוס ופרנתרופוס בויזאי, על סמך מרקם הבלאי המיקרוסקופי שנמצא על השיניים המאובנות.