Ученые смоделировали переход от неандертальцев к современным людям в Европе

Фото из открытых источников

Разработанная в Кёльнском университете численная имитационная модель впервые позволила динамически отслеживать и анализировать потенциальные взаимодействия между неандертальцами и анатомически современными людьми на Пиренейском полуострове в решающий период палеолита.

Исследование, опубликованное в журнале PLOS One, посвящено периоду примерно от 50 000 до 38 000 лет назад, временному отрезку, характеризующемуся постепенным появлением Homo sapiens в Европе и сосуществованием, упадком и окончательным исчезновением неандертальцев. Исследование возглавил профессор Япин Шао из Института геофизики и метеорологии, и оно является частью междисциплинарного проекта HESCOR Кёльнского университета в сотрудничестве с почетным профессором Гердом-Кристианом Венигером из Департамента доисторической археологии.

В работе используется исследовательская численная модель, имитирующая условия, которые могли способствовать или препятствовать встрече двух групп в юго-западной Европе. Эта модель интегрирует климатические переменные, оценочные демографические данные и модели мобильности, генерируя динамические сценарии взаимосвязи и потенциального взаимодействия между двумя группами населения.

Способность запускать множество симуляций при различных параметрах отличает его от традиционных археологических и генетических методов, предлагая более широкую и гибкую объяснительную основу для проверки различных гипотез. «Связывая климат, демографию и культуру, наша динамическая модель предоставляет более широкую объяснительную основу, которую можно использовать для лучшей интерпретации археологических и геномных данных», — говорит профессор Венигер.

Переход от среднего к верхнему палеолиту в Европе, и особенно на Пиренейском полуострове, определяется двумя параллельными процессами: постепенным расширением ареала современных людей и продолжающимся сокращением численности неандертальцев, кульминацией которого стало их вымирание. Этот период не был климатически стабильным, а характеризовался резкими колебаниями, известными как события Дансгарда-Ошгера, представляющие собой периоды быстрого потепления, длившиеся столетия, за которыми следовало постепенное похолодание, и события Хайнриха, фазы экстремального похолодания, вызванные массовым сбросом айсбергов в Северную Атлантику.

Точная хронология вымирания неандертальцев и появления Homo sapiens в конкретных регионах остается неясной, что оставляет открытой возможность временного и пространственного совпадения, которое могло бы допустить определенную степень взаимодействия.

Генетические данные, полученные из останков скелетов, ясно указывают на то, что на ранних этапах миграции современных людей в Восточной Европе происходило скрещивание между двумя группами. Однако для Иберийского полуострова неопределенность в датировке археологических памятников не позволяет подтвердить подобный сценарий на более позднем этапе, хотя и не исключает его.

Кёльнская модель была разработана именно для оценки правдоподобности различных сценариев в этом иберийском контексте. Многократное запуск модели с различными параметрами позволяет оценить правдоподобность различных сценариев: раннее вымирание неандертальцев, небольшая численность популяции с высоким риском исчезновения или длительное выживание, которое позволило бы скрещиваться между собой, — объясняет профессор Шао.

Результаты моделирования в целом весьма показательны. В большинстве случаев моделирования две группы не пересекались в пространстве и времени на территории Пиренейского полуострова при заданных параметрах. Во всех трех предложенных демографических сценариях популяции продемонстрировали высокую чувствительность к климатическим колебаниям, которые выступали в качестве критического фактора стресса или благоприятных возможностей.

Только в тех случаях, когда популяции неандертальцев удавалось сохранять стабильность достаточно долго до демографического коллапса, и современные люди получали доступ к их территории, моделирование показывало возможность скрещивания.

Согласно модели, такая возможность реализовалась с низкой вероятностью, около одного процента. В этих исключительных сценариях, в конце моделирования, незначительная часть — от двух до шести процентов от общей смоделированной популяции — оказывалась носителем генов обеих групп. Регионом, где это взаимодействие и генетический обмен оказались наиболее вероятными в моделировании, был северо-запад Иберийского полуострова. Эта область представлена в модели как зона, где современные люди могли появиться достаточно рано, чтобы совпасть с популяциями неандертальцев, которые еще не полностью исчезли.

Данное исследование закладывает основу для более детальных исследований. Ученые планируют усовершенствовать как численную модель, так и так называемое «потенциальное поле», которое она использует. Это поле, которое в настоящее время рассчитывается на основе климатических и географических данных для моделирования территориальной пригодности, в будущем будет дополнено не только антропогенными факторами, но и распределением животных, которые могли быть ключевой добычей для обеих групп охотников-собирателей. Кроме того, команда изучает возможность применения специализированных алгоритмов машинного обучения для оптимизации этого процесса вычислений и анализа.

Данное исследование является одним из ключевых направлений проекта HESCOR (Human & Earth System Coupled Research), междисциплинарной инициативы, финансируемой программой «Profilbildung» Министерства культуры и науки земли Северный Рейн-Вестфалия. HESCOR объединяет экспертов в области климатологии, археологии, математики и гуманитарных наук с фундаментальной целью изучения того, как взаимодействие между природными и человеческими системами формировало ход истории.

Задаваемые вопросы имеют далеко идущие последствия: как климатические изменения повлияли на эволюцию человеческой культуры? В какой степени решения людей и социальные изменения повлияли на земную систему? Могут ли современные вычислительные инструменты раскрыть тайны нашего прошлого? Модель перехода от неандертальцев к современным людям на Пиренейском полуострове представляет собой первую и убедительную попытку дать количественные и динамические ответы на первый из этих фундаментальных вопросов.