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| ミランコヴィッチメニューへ戻る ミランコビッチサイクル、古気候変動、ホミニンの進化 y: Christopher J. Campisano (Institute of Human Origins, School of Human Evolution & Social Change, Arizona State University) © 2012 Nature Education 引用。Campisano, C. J. (2012) Milankovitch Cycles, Paleoclimatic Change, and Homininin Evolution. 自然教育の知識 4(3):5 地球の軌道の変化は、何千年もの間、気候の変化を加速させるのに役立ってきた。科学者たちは現在、これらの変化が古代の祖先が住んでいた風景をどのように変えたのかを理解しようとしています。  ヒトの進化と行動発達の重要な分岐点は、環境要因によって形成されているかもしれないという考えは、ダーウィンの時代から存在していた。少なくとも一世紀以上にわたって様々な仮説やモデルが提案され、洗練され、放棄されてきたが、環境決定論とヒト進化の概念は今日でもホットな話題となっている。進化的変化の原動力の一つは、最終的には個々の個体群に作用するローカルレベルの環境プロセスであるが、そのような変化は、はるかに大きな地域的または世界的な気候の傾向の文脈の中でフレーム化されていることが多い。 古気候の長期記録 気温や降水量などの気候を構成する要素を直接測定したものは、過去1～2世紀の間にしか存在しません。より長い時間スケールで気候を再構築するために、科学者たちは、気候や環境のパラメータに敏感で、地質学的記録に保存されている様々なプロキシ（指標）を分析することで、これらの成分を間接的に測定しています。 海洋堆積物や氷のコアから得られるプロキシ記録は、過去の気候の理解の多くの基礎となっています。これらの長期的で比較的連続的な自然のアーカイブは、しばしば、ローカルな陸域ベースの古環境復元と比較するための参考資料として使用されています。例えば、氷河期の氷に保存されている酸素と水素の同位体比、有孔虫や放散虫などの海洋生物の殻に含まれる酸素同位体比の記録は、過去の海面、氷量、海水温、全球大気温度の記録を提供しています（図１、２）。  図1: EPICAドームC(EDC, 南極)のデータと他の気候指標との比較。 a, EDCからの安定同位体（δD）記録。 b, Vostokダストフラックス記録。 c, EDCダストフラックス記録（数字は海洋同位体ステージを示す）。ほとんどの記録のピークと奇数のMIS番号は間氷期を示し、谷と偶数のMIS番号は氷河期を示す。 © 2012 Nature Education Lambert et al. 無断複写・転載を禁じます。利用規約を見る  図2：全球の深海酸素・炭素同位体記録。 40以上のDSDPとODPのサイトから得られたデータに基づく新生代の記録。 © 2013 Nature Education Zachos et al. 無断複写・転載を禁じます。利用規約を見る また、氷のコアに閉じ込められた気泡は、過去の大気の化学組成（特にCO2）を直接記録しています。海洋コアに含まれる貝殻の炭素同位体比は、水循環や大気中のCO2濃度を推定する上で同様に重要です。海底堆積物と氷のコアに保存されているエオリアンダストは、特に乾燥度の代理として、ダストが発生した地域の気候や環境条件と相関があります。 グリーンランドからの連続的なアイスコアは10万年以上前まで記録されており（Bender et al. 2002）、一方、南極大陸からのアイスコアは約80万年前までさかのぼる（Lambert et al. したがって、これらの記録は、H. erectus, H. heidelbergensis, H. neanderthalensis, H. sapiensのようなホモ属の後期メンバーに関連している。より長い時間スケールを記録するために、世界中で海洋堆積物のコアが収集され、新生代を超えた複合記録がまとめられ、霊長類化石記録の全期間をカバーしている（Zachos et al.ホミニンの進化史に関連する高解像度の古気候記録は他にも様々な重要なものがあるが、これらは海洋コアに比べて時間的・空間的に制限されている。例えば、中国の黄土鉱床の厚さや粒径の違いは、過去 700 万年以上にわたって、寒く乾燥した冬のアジアモンスーン風が広範囲に渡って吹き荒れていたことに関係している（An 2000）。 洞窟の中で発見された霊長類は、地域の古気候情報の豊富なアーカイブでもあり、ウラン-トリウム年代測定と組み合わせることで、50万年前までの高解像度の記録を提供することができる。炭素と酸素の同位体分析や、先皮の相対的な成長帯の厚さと同様に、南アフリカ、ヨーロッパ、レバント、アジアのホミニンサイトでは、局所的な温度、降雨量、乾燥度、植生（C3 対 C4 植物）の代理データが提供されている（Wang et al. 1998, Bar-Mathews et al. 海洋コアの研究と同様に、湖沼コアの研究にも分析手法の広範な手法が適用されている。古人類学的遺跡に近接した既存の湖沼コアは、通常、全新世に限定されているが（例えば、Johnson & Odada 1996）、レバントやアフリカの他の湖沼コアは 10 万年以上から 1 万年前までの範囲にある（Koeberl et al. 2007, Scholz et al. 追加の科学的な掘削の取り組みでは、Plio-Pleistoceneの古人類学的遺跡に直接関連する厚い漆喰層の堆積物を探索している(Cohen et al. 2009)。 長期的な 気候変動に対する天文学的制御 特定の場所と時間に地球に入射する日射量（日射量）のパターンは、多くの古気候記録、特に第四紀の氷河期に関連した記録（Hays et al. 日射量の変化は、ミランコビッチ周期と呼ばれる地球の自然な公転振動によって駆動される。ミランコビッチ周期の３つの要素は、偏心、斜行、偏移である（図３）。 偏心は、太陽の周りの地球の軌道が円形から楕円形へと変化する度合いを表しています。偏心には主に2つの周期があり、1つは平均10万年程度の周期で、もう1つは41万3千年程度の周期である。斜度は、軌道面に対する地球の軸の傾きを表し、22.1～24.5度の範囲で、周期は～41,000年です。偏位は地球の自転軸の動きを表し、時間の経過とともに空の一定の方向を指しているわけではありません。その代わりに、自転軸は宇宙空間で時計回りの円を描いており、その周期は19,000年から23,000年です（アニメーション1）。 アニメーション1: 地球の公転周期。 NASA提供。  図3: ミランコビッチ周期の変動と模式図. a, 約23,000年の周期を持つ偏心周期10万年と413,000年の周期で周期の振幅が変調されているプリセッションとプリセッション指数(変動パケット) b, 約41,000年の周期を持つ地球軸の傾き c, 10万年と413,000年の周期を持つ地球の軌道の偏心度 d, 1年の異なる時期の地球の軌道上の現在位置 e, 1年の異なる時期の地球の軌道上の位置 ~11,000年後の未来。 © 2012 Nature Education グラフはKingston 2005より転載、 図a-cはLutgens & Tarbuck 2001より転載、d-eはPhysicalGeography.netより転載。 すべての権利を保有しています。利用規約を見る 低緯度で受ける太陽放射は、主に偏心と偏向の累積効果（偏心変調偏向）の変化の影響を受け、高緯度では主に斜度の変化の影響を受ける。地球は軌道上で傾いているため、すべての地球が同じ量のエネルギーを受けるわけではなく、極地よりも赤道の方が多くのエネルギーを受けている。緯度が高くなると浅い角度で入ってきた太陽エネルギーは、赤道付近に比べて地球の大気圏を通過し、エネルギーの一部を宇宙空間に反射させなければなりません。同じ量の太陽エネルギーも、高緯度地域ではより広い範囲に拡散されます。傾きが大きくなると季節差が増幅され、傾きが小さくなると季節差が小さくなる。年軌道上では、北半球が太陽から遠ざかる1月初旬に地球が最も太陽に近く（近日点）、太陽から最も遠い7月初旬に地球が太陽に近づく（近日点）（図3d）。このように、現在、北半球では季節性が減少しており（南半球では増加している）、北半球の冬は寒くなく、夏は暖かくないという効果がありますが、このパターンは約11,000年後には逆転するでしょう（図3e）。軌道パラメータ間の相互作用は古気候変化の主要な外部要因であるが、気候システムの内部ダイナミクスもまた、環境変化の時間的・空間的パターンを制御する重要な役割を果たしている。さらに、外部からの強制と内部からの強制の両方のメカニズムは、複雑な一連のフィードバックと、線形か非線形か、同期か遅延か、あるいは臨界閾値（「ティッピング」ポイント）を持つ反応を伴うことがある。 古気候とホミニンの進化 気候による環境変化とホミニンの進化との関連性を提唱した最も初期の例の一つが「サバンナ仮説」であり、この仮説では、人間の系統は類人猿的なものから人間的なものへの単純な軌跡をたどってきたとしている（ダーウィン1871、スミス1924、バーソロミュー＆バーゼル1953）。現在では、ホミニンの記録に記録されている多くの解剖学的・行動的変化の原因となる単一の「魔法の弾丸」は存在しないことがわかっていますが、ヒトの系統におけるある種の変化は、開放された生息環境の中で進化したのではないかという概念は根強く残っています。海洋古気候学の枠組みが確立されたことで、研究者たちは、世界的な気候変動、特に北半球氷河（NHG）の発生〜2.7 Maの間のホミニンの進化過程とイベントを評価し始めた。古生物学者のエリザベート・ヴルバ（Vrba 1988, 1995）が提唱した「ターンオーバーパルス仮説」は、ホモ属の起源や他のアフリカ哺乳類の系統、特にウシ類の種分化と絶滅のイベントなど、ヒト科の同期的な変化が、NHGの発生に伴う海洋酸素同位体記録の急激な変化に伴う、暖かく湿った条件から、より涼しく乾燥した、より開放的な生息地へのシフトによって引き起こされたと提案した（図4）。他の研究では、東アフリカのホミニンの特定の場所での記録は、この時期には動物相の入れ替わりがなかったか（例えば、Kingston et al. 1994）、あるいは、森林からより開放的な生息地へのより緩やかな移行に伴って、複数のパルスまたは長期の入れ替わりがあったことが示されている（Behrensmeyer et al.  図4：アフリカのウシ類化石の過去7年の最初と最後の出現データ（FAD/LAD）の範囲図。 破線は、動物化石のターンオーバー（種分化）の速度が一様であると仮定した理論的な「帰無仮説」を示し、100万年あたり32％とした。2.8万年前と1.8万年前に発生した動物相の「ターンオーバーパルス」、起源と絶滅のクラスターは、乾燥に適応した動物相の出現と関連しています。 © 2012 Nature Education Vrba (1995)より転載。 無断複写・転載を禁じます。利用規約を見る 地質学者のMartin Trauthらによる東アフリカの湖の記録の研究は、2.6, 1.8, 1.0 Ma付近の臨界間隔にも焦点を当てており、大規模ではあるが変動する湖の存在を記録しており、80万年ごとに湿潤でより季節的な条件が一貫していることを示している(Trauth et al., 2005, 2007)。 アフリカのモンスーンの強さは、年率の高い日射量と相関しており、極域の氷塊の増加は、極-赤道の熱勾配を強調するように作用し、アフリカのモンスーン降水パターンを支配する熱帯間収束帯(ITCZ)の南北圧縮をもたらしている。2.6, 1.8, 1.0 Ma付近の大規模な氷河期に関連して、Trauthらは、地球規模の気候変動が季節性と日射に対する地域的な気候感度の増加をもたらし、その結果、大規模な湖沼と極端な乾燥のエピソードの間に、偏心度が最大となる期間中に、おそらく1万年に1度の頻度で急激に変化するような年較差のある強制的な変化をもたらしたと提案している（Trauthら, 2003; Kingstonら, 2007）。 彼らは、これらは2.7 Ma以降、80万年ごとに偏心度最大の期間に発生したと提案している（デメノカルの変動性パケットに似ている）。東アフリカの湖沼記録の中には、このパターンの強い証拠を提供しているものもあるが（例えば、Kingston et al. 最終的に、この仮説では、2.7～2.5 Ma、1.9～1.7 Ma、1.1～0.9 Maの間に劇的な気候変動があった時期は、ホミンの生息地が急速に拡大し、それに続く縮小・分断された時期であり、それに伴って、ホミンの系譜に関連した飛散イベントやバイカリアンスが発生したのではないかと考えています（図6）。  図6: 地球規模の気候遷移、東アフリカの湖沼発生と土壌炭酸塩記録、ホミニン進化の概要図。 東アフリカの湖沼発生は、2.7 Ma 以前（NHG 前）の偏心度最大値の時期と、2.7 Ma 以降（NHG 後）の偏心度最大値に伴う地球規模の気候変動の時期に集中していることが示唆されている。湖沼相はすべての偏心最大値の間に発生するわけではなく、いくつかの偏心最小値の間に発生することに注意されたい。ホミンのFAD/LADは概算値と考えるべきである。 © 2013 Nature Education Maslin & Trauth (2009) から改変。すべての権利を保有しています。利用規約を見る 議論と課題 古気候における大規模な変化と短期的な変動性が、局所的から局所的なホミニンの生息地や資源の利用可能性を変化させ、最終的に化石の祖先に選択的な圧力をかけることになったのは、直感的に理解できるように思われる。しかし、気候システムは非常に複雑でダイナミックであり、比較的短い距離で劇的に変化する可能性がある。経験的な古環境データの種類、質、規模について批判的な視点を維持することは重要であるが、特に代理データの量と時間的解像度がヒトの化石記録をはるかに超える場合には重要である(Kingston 2007, Behrensmeyer et al.) 例えば、ホミンのFADやLADのエラーバーは、真の起源や絶滅の確率を示すものではなく、ほとんど報告されていない（例えば、図5と図6）。サンプルサイズや年代学的な不確実性などの影響を考慮すると、ある分類群の実際の起源と化石記録に記録されているFAD（または絶滅とLAD）との間の潜在的なミスマッチは、数万年から数十万年のオーダーである可能性が高い。古気候変動とヒト科動物の進化との間に因果関係があるとする仮説はすべて、最終的には世界的なパターンと局所的な反応を調整し、環境変化と進化的事象との間の一般的な時間的相関関係をはるかに超えたものでなければならない。 環境強制の仮説を検証するための基準としては、原因と結果の順序を検証するために様々な記録の時間スケールが高度に分解されていること、類似したパターンや軌跡を示す複数の代理証拠の間に強固な対応関係があること、代替的な（環境以外の）仮説を除外する能力があること、そして最終的には因果関係のメカニズムがあることなどが挙げられる。しかし、地球規模の古気候データを利用することの前提と限界を理解してしまえば、過去の自然史料のほとんど目まぐるしいほどの数のアーカイブは、古人類学者に、研究上の疑問や仮説の検証を可能にする高度に分解された文脈的な枠組みを提供してくれるのである。 用語集 ウシ科。ウシ科ウシ属の動物で、カモシカ、ウシ、ヤギ、ヒツジなどがいる。骨のコアを囲むケラチンの層からなる分岐していない角は、定義的な特徴の一つです。 C3とC4。光合成中の二酸化炭素同化のための異なる経路。C3植物は、樹木、低木、冷気候の草（植物種の95％）を含む。C4植物は暖地の草や穀物を含み、高熱と光、低二酸化炭素レベルの条件下で有利である。 新生代：～6500万年前から現在までの地質時代。 環境決定論。物理的、生物学的な環境要因の変化が、確率的（すなわち、ランダム）、社会的、文化的要因とは対照的に、進化に支配的な影響を与えるという見解。 エオリアン。 風の活動に関連するプロセス。 外的強制と内的強制。外部からの強制メカニズムは、気候系の外からの作用者を 含む（例えば、ミランコビッチサイクル）。内的なメカニズムは、気候系自体の内部で作用する（例：山づくり、プレートテクトニクス、火山活動、海洋循環、大気組成）。 FAD/LAD：first/last appearance datumの略で、地質学的記録における種の最初/最後の出現。 有孔虫：炭酸カルシウムから殻を構成する単細胞の水生生物（主に海洋）の大規模で多様なグループ。 全新世。11,700年前から現在までの地質時代。 熱帯間収束帯（ITCZ）。両半球の貿易風が集まり、降水量が多い赤道域。ITCZは最大日射量のゾーンに縛られているので、その場所は季節とともに赤道の南北に移動する。 同位体。陽子の数は同じだが、中性子の数が異なる特定の元素の変異体。 Loess（黄土）。均質で不均質な、風に吹かれたシルトを主成分とする堆積物。 ミランコビッチ Milutin Milankovitch (1879-1958)はセルビアの数学者で、気候変動、特に氷河期の変化は地球の軌道元素の変動の結果であると提案した。 モンスーン。季節によって風向きが変わる風体系。多くの場合、季節的な降水量と関連している。 鮮新世。鮮新世（Plio-Pleistocene）: 約530万年前から約11,700年前までの鮮新世と更新世の組み合わせ。 第四紀。洪積世と完新世を含む地質学的な期間で、～260万年前から現在まで続く。 2009年以前は、第四紀と更新世の始まりを180万年としていた。 放散虫：シリカから殻を構成する単細胞海洋生物の大規模で多様なグループ。 季節性。気候要素の年内分布の時期、期間、強度の変化で、年間の総量（日射量、降水量など）ではない。 鉱床（Speleothem）。洞窟内の溶液から沈殿する鉱物の堆積物、典型的には炭酸カルシウム。 Terrigenous（準原性）: 陸地由来の物質。 ウラン-トリウム年代測定法。ウランからトリウムへの自然な放射性崩壊に基づく絶対年代測定法。 バイカリアンス（Vicariance）: バイカリアンス（Vicariance）。自然の生物地理学的障壁の発達による人口の分離。 参考文献とおすすめの読み物 東アジア古文季節気候の歴史と変動性. 第四紀科学レビュー 19, 171-187 (2000). このように、このような研究は、日本では、日本の古気候変動の歴史とその変動の歴史を明らかにすることを目的としたものである。Geochimica et Cosmochimica Acta 67, 3181-3199 (2003). このように、この地域の古気候と古環境は、その地域の人々の生活や環境の変化に大きく影響を与えている。第四紀科学レビュー 29, 2131-2145 (2010). このように、この地域では、原始生物の生態学的研究が盛んに行われています。 このような状況の中で，このような研究が行われてきたことは，今後の研究の進展に大きく寄与するものと考えられる。 このような状況の中で、このような研究が行われてきたことは、その成果の一つであると考えられます。このような状況の中で、このような研究が行われていることは、今後の研究の進展に大きく寄与すると考えられる。 鮮新世の動物相の変化を分析するためのアプローチ」『東アフリカ鮮新世のホミニン・エンバイロメンツ』R. Bobe et al. R. Bobe 他 (Dordrecht, Netherlands: Springer, 2007) 1-24. Bender, M. et al. 過去10万年間のグリーンランドと南極の気候相関。Nature 372, 663-666 (2002). このような研究は、地球温暖化の進行に伴い、地球温暖化の影響を受けていると考えられています。 このような状況の中で、このような研究が行われていることは、今後の研究開発に大きな影響を与えると考えられます。 フランス南西部からの槍状岩に記録された最後の間氷期における千年単位の気候変動。第四紀科学レビュー 28, 3263-3274 (2009). ダーウィン、C. ダーウィン、C. 人間の降臨、および性との関係における選択。ロンドン、イギリス: John Murray, 1871. このように、アフリカの気候は、その地域の気候の変化を反映していると考えられる。サイエンス 270, 53-59 (1995). 鮮新世～鮮新世のアフリカの気候変動と動物相の進化。このような気候変動と動物相の進化は、地球の気候変動と動物相の進化に大きく影響を与えるものである。 このように、地球の軌道の変動は、地球の軌道の変化を反映したものである。氷河期のペースメーカー。Science 194, 1121-1132 (1976)。 ジョンソン, T. C. & オダダ, E. O. 編. 東アフリカ湖沼の石灰学、気候学、古気候学。アムステルダム、オランダ。我が国では，このような研究が盛んに行われています。 このような状況の中で、このような研究が行われてきたことは、その成果の一つである。このような研究は、日本での研究者の間でも大きな話題となっています。このような状況の中で、このような研究が行われてきたことは、その研究者にとっても大きな意義があると思います。 Kingston, J. D. et al. ケニア地溝帯の新第三紀ホミニッド古環境の同位体証拠。このような研究は、その研究者の研究成果の一つであり、その研究成果は、そのような研究者の研究成果の一つである。 このような研究は、このような研究者の研究成果をもとにしたものであり、その成果は、このような研究者の研究成果をもとにしたものである。このような気候変動の影響は、その地域の気候変動の影響を受けていることを示している。 このような研究は、そのような研究者の研究成果を反映したものであると考えられる。このような研究は、地球規模での研究開発のために必要不可欠なものである。隕石学と惑星科学 42, 483-511 (2007). EPCIAドームC氷床コアから得られた過去80万年間のダストと気候のカップリング。Nature 452, 616-619 (2008). Laskar, J.ら. 地球の孤立量の長期数値解法. 天文学と天体物理 428, 261-285 (2004). ホミニドの進化における変動選択。進化人類学 7, 81-96 (1998). このような研究は、その研究成果をもとに、人類の進化の歴史的背景を明らかにすることを目的としたものである。 このような研究は、その研究者の研究者が、その研究者の研究者としての役割を果たしていると考えられる。 スミス、G.E. 人間の進化。ロンドン、イギリス：オックスフォード大学出版局、1924年。 死海での深海掘削。サイエンティフィック・ドリリング 11, 46-47 (2011)。 このように、東アフリカにおける新生代後期の水分量の歴史は、そのような状況を反映していると考えられる。そのためには、そのような研究が必要である。 このように、東アフリカの気候は、新生代後半から新生代にかけての気候の変化を反映していることがわかった。 このような研究は、その研究者の研究成果を反映したものである。 鮮新世後期の気候イベントとホミニドの進化, "Evolutionary History of the "Robust" Australopithecines, ed. F. E. Grine (New. New. F. E. Grine (New York, NY: Aldine de Gruyter, 1988) 405-426. また、「人類の進化と古気候との関係におけるアフリカアンテロープ（哺乳類、ウシ科）の化石記録」、『古気候と進化、人類起源を強調して』、編集部、E. S. Vrba et al. このような状況の中で、本研究では、「古気候と人類の進化と古気候の関係」と題して、古気候と進化、人類の起源に焦点を当てた研究を行っている。 鍾乳洞の石筍岩からの連続的な200-kaの古気候記録。中国科学紀要 43, 233-237 (1998). 65 Ma から現在までの地球規模の気候の傾向、リズム、および収差。Science 292, 686-693 (2001). 概要｜キーワード このテーマを探る 重要な課題 世界の変化。概要 生物多様性の保全 地球の気候システム 気候の基本的な推進要因の紹介 氷河期最盛期と脱氷期の大西洋深部循環 ミランコビッチサイクル、古気候変動、ホミニンの進化 熱帯性気候 バイオジオグラフィック. 組織の分散・分散・分割 地球上の生物多様性 新熱帯淡水における多様化の地理的・生態学的研究 植物・動物種の地理的拡大に伴う環境制約 動植物の飛散の原因と結果 生物多様性の減少の原因と結果 疾患生態学 紛らわしい 最後の氷河期の急激な気候変動 海岸砂丘. 地形学 海岸プロセスと海岸 滴下水の水文学とスピレオテーム 地球最古の気候 エルニーニョの気候への影響 大規模生態学入門 メタンハイドレートと現代の気候変動 海面上昇のモデリング 海洋酸性化 河川と渓流-水と土砂の動き 岩、水、微生物 ヒューロン湖の水中陥没穴は古代微生物の生息地 海底ファンとキャニオンチャネルシステム。 プロセス、製品、モデルのレビュー 対流圏粒子状物質の発生源と影響 地球温暖化の後に何が起こるのか？ 科学的な視点 景観生態学の原理 空間生態学と保全 復元生態学 エコシステムプロセス. エネルギーフローと生物化学的循環 生態系におけるエネルギー経済学 窒素サイクル。プロセス、プレーヤー、人間への影響 地球の鉄輪 火の生態 大気中の二酸化炭素濃度上昇が植物に及ぼす影響 研究とモニタリングの方法 バイオ指標。生物を使って環境影響を測定する トピックルーム このテーマの中で (36) 主な課題(2) 科学の視点(3) 地球の気候システム (4) 生態系プロセス. エネルギーの流れと生物地球化学的循環 (5) 生物地理学。生物の分布・分散・多様化 (6) 研究とモニタリングの方法(1) その他 (15) その他の話題の部屋 エコロジー 進化 生態系の生態系 生理生態学 人口生態学 地域生態学 グローバル・地域生態学 保存修復 動物行動学 ティーチエコロジー 地球システム 地球の気候。過去・現在・未来 陸域地球システム 海洋地球システム 土壌・農業・農業バイオテクノロジー 環境倫理 生物人類学 科学的裏付け 古生物学と霊長類の進化 ヒトの化石の記録 生きている霊長類 接続 接続 ブログ |