DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0328218
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41124134
تاريخ النشر: 2025-10-22
المؤلف: Anastasia Nikulina وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الجيولوجيا وعلم المناخ القديم
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في التأثير الكبير للأنشطة البشرية المبكرة على المناظر الطبيعية الأوروبية خلال العصر الجليدي المتأخر والعصر الهولوسيني المبكر، قبل ظهور الممارسات الزراعية. من خلال مقارنة الغطاء النباتي الطبيعي المحتمل المعتمد على المناخ مع إعادة بناء البيانات المعتمدة على حبوب اللقاح، تكشف الدراسة أن العوامل المناخية وحدها لا تفسر الأنماط النباتية المرصودة. باستخدام نموذج قائم على الوكلاء (HUMLAND) محدث مع خوارزمية جينية، أنشأ المؤلفون سيناريوهات لتغير الغطاء النباتي تتماشى بشكل وثيق مع بيانات حبوب اللقاح، مما يوضح أن الاحتراق الناتج عن الإنسان كان عاملاً حاسماً في تشكيل النظم البيئية بين الجليديات. تشير النتائج إلى أن الصيادين وجامعي الثمار أثروا على حوالي 26% من توزيعات أنواع النباتات الوظيفية وغيروا انفتاح الغطاء النباتي بمعدل 8% قبل ظهور الزراعة.
تتحدى النتائج الفكرة السائدة بأن البشر قبل الزراعة كان لهم تأثير بيئي ضئيل، موضحة بدلاً من ذلك أن كلاً من النياندرتال وجامعي الثمار من العصر الميزوليتي قاموا بتعديل بيئاتهم بنشاط من خلال استخدام النار والصيد، مما أثر على أعداد الحيوانات العاشبة وديناميات الغطاء النباتي. تسلط الدراسة الضوء على الحاجة إلى مزيد من البحث لسد الفجوات في السجلات الأثرية والبيئية القديمة وتقترح توسيع النهج النمذجي ليشمل مناطق أخرى، لا سيما الأمريكتين، لفهم أفضل لتفاعلات الإنسان مع البيئة عبر سياقات مختلفة. يجب أن تركز الجهود المستقبلية على تحسين جودة وكمية إعادة البناء المعتمدة على المؤشرات لتعديل نماذج مثل HUMLAND وتقليل التحيزات في تقييمات استجابة الغطاء النباتي.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التأثير الكبير ولكنه غالباً ما يتم تجاهله للأنشطة البشرية المبكرة، وخاصة تلك الخاصة بمجتمعات الصيادين وجامعي الثمار، على ديناميات الغطاء النباتي قبل ظهور الزراعة. بينما يُنظر عادةً إلى الزراعة على أنها المحرك الرئيسي للتأثيرات البشرية على النظم البيئية، تشير الدراسات الحديثة إلى أن الصيادين وجامعي الثمار استخدموا ممارسات مثل حرق الغطاء النباتي، والتي يمكن أن تكون قد غيرت بيئاتهم بشكل كبير. تؤكد الورقة على ضرورة فهم هذه التفاعلات المبكرة لتأسيس نظم بيئية مرجعية للحفاظ على التنوع البيولوجي ولإبلاغ جهود استعادة النظم البيئية.
تركز الدراسة على ديناميات الغطاء النباتي على نطاق واسع في أوروبا خلال العصر الجليدي الأخير (LIG، حوالي 130,000-116,000 سنة مضت) والعصر الهولوسيني المبكر (حوالي 11,700-8000 سنة مضت)، وتهدف إلى مقارنة إعادة بناء الغطاء النباتي المدفوعة بالمناخ مع البيانات المعتمدة على حبوب اللقاح. تستخدم نموذج قائم على الوكلاء (ABM) لتقييم تأثيرات أنشطة الصيادين وجامعي الثمار على الغطاء النباتي، وخاصة من خلال استخدام النار. تتساءل الدراسة عن الافتراض القائل بأن التأثير البشري كان ضئيلاً خلال هذه الفترات، بالنظر إلى تعقيدات التقديرات السكانية والتحديات في مقارنة السجلات الأثرية عبر عصور مختلفة. تحدد الدراسة ثلاثة أهداف رئيسية: تقييم الفروق في إعادة بناء الغطاء النباتي، نمذجة التغيرات المحتملة في الغطاء النباتي بسبب التأثيرات البشرية والطبيعية، وقياس تأثيرات النياندرتال والبشر من العصر الميزوليتي على تغطية الغطاء النباتي.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المنهجيات المستخدمة في بحثهم، كما هو موضح في الشكل 4. تقارن الدراسة النتائج من مجموعتي بيانات CARAIB وREVEALS عبر نوافذ زمنية مختلفة لتحقيق أهدافها. نموذج بيانات CARAIB يقوم بنمذجة الغطاء النباتي الطبيعي المحتمل (PNV) بناءً على الظروف المناخية، بينما تعيد مجموعة بيانات REVEALS بناء الغطاء النباتي التاريخي باستخدام بيانات حبوب اللقاح، مع الأخذ في الاعتبار التأثيرات من البشر، والميغافونا، والمناخ، والحرائق. تركز المقارنة على جانبين رئيسيين: توزيع أنواع النباتات الوظيفية السائدة (PFTs) وانفتاح الغطاء النباتي عبر أوروبا. على الرغم من أن هذه الجوانب مترابطة، إلا أنها لا تتوافق مباشرة، حيث تشير PFTs إلى نوع الغطاء النباتي الرئيسي في خلية الشبكة، بينما يعكس انفتاح الغطاء النباتي نسب الكثافة.
استخدم المؤلفون نموذج HUMLAND القائم على الوكلاء (ABM) الإصدار 1.0 كأساس لتعديلاتهم، مما أدى إلى تطوير HUMLAND 2.0. يتضمن هذا النموذج المحدث مجموعات بيانات جديدة ويقدم تمثيلاً أكثر واقعية لتأثيرات العاشبات، مما يمكّن من استكشاف تأثير الإنسان على العاشبات من خلال الصيد وتأثيراته على تجديد الغطاء النباتي. تقدم هذه الدراسة تقدماً كبيراً من خلال دمج خوارزمية جينية لتوليد وتحليل سيناريوهات مختلفة بشكل منهجي. قام المؤلفون بقياس تأثيرات المناخ، والميغافونا، والحرائق الطبيعية والبشرية، مما يمثل المحاولة الأولى لتفريق هذه المصادر من التأثير على الغطاء النباتي بين الجليديات على نطاق قاري. من الجدير بالذكر أن الدراسة تقدم أول قياس لتأثير النياندرتال على الغطاء النباتي، مما يسمح بمقارنات مباشرة مع السكان من العصر الميزوليتي اللاحق.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تم ملاحظتها، بما في ذلك أي بيانات إحصائية ذات صلة، أو اتجاهات، أو أنماط ظهرت من الدراسة. عادةً ما تكون النتائج مصحوبة بوسائل بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتسهيل الفهم والتفسير.
في هذا القسم، قد يقارن المؤلفون أيضاً نتائجهم مع الأدبيات الموجودة، مما يوفر سياقاً لنتائجهم ويناقش أي تناقضات أو تأكيدات مع الدراسات السابقة. غالباً ما يتم تناول تداعيات هذه النتائج، مما يقترح كيف تساهم في المجال الأوسع من البحث والتطبيقات المحتملة أو الاتجاهات المستقبلية للتحقيق.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون تطوير وتطبيق نموذج قائم على الوكلاء (ABM) يسمى HUMLAND 2.0، والذي يحاكي تفاعلات الإنسان مع البيئة وديناميات الغطاء النباتي خلال فترات العصر الجليدي المتأخر (LIG) والعصر الهولوسيني المبكر. يبني النموذج على نموذج HUMLAND ABM الأصلي، معززاً قدراته لتتبع تأثيرات النياندرتال والسكان من العصر الميزوليتي على الغطاء النباتي من خلال دمج ضغوط الصيد على العاشبات وتحسين تمثيل استعادة الغطاء النباتي بعد الاضطرابات. استخدم المؤلفون خوارزمية جينية لتحسين معلمات النموذج، مما يسمح بالاستكشاف المنهجي لمختلف السيناريوهات التي تتماشى مع الأنماط النباتية المحاكية مع البيانات التجريبية من مجموعة بيانات REVEALS.
تركز الدراسة على نافذتين زمنيتين محددتين من LIG وسبع فترات زمنية مدتها 500 عام خلال العصر الهولوسيني المبكر، مما يمكّن من مقارنة كمية لتأثيرات البشر على الغطاء النباتي. يعمل النموذج بدقة مكانية تبلغ 10 كم × 10 كم ودقة زمنية تبلغ سنة واحدة، محاكيًا التفاعلات بين العوامل المناخية، والأنشطة البشرية، واستهلاك الميغافونا. تشمل التعديلات الرئيسية إدخال معلمات تأخذ في الاعتبار ضغط الصيد وحالة انفتاح الغطاء النباتي، مما يؤثر على استهلاك الميغافونا للنباتات. تساهم النتائج في فهم أعمق للنظم البيئية بين الجليديات الماضية وتبرز إمكانيات الخوارزميات الجينية في تحسين النماذج المعقدة ضمن البحث الأثري.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0328218
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41124134
Publication Date: 2025-10-22
Author(s): Anastasia Nikulina et al.
Primary Topic: Geology and Paleoclimatology Research
Overview
This research investigates the significant impact of early human activities on European landscapes during the Late Pleistocene and Early Holocene, predating agricultural practices. By comparing climate-based potential natural vegetation with pollen-based reconstructions, the study reveals that climatic factors alone do not account for the observed vegetation patterns. Utilizing an upgraded agent-based model (HUMLAND) combined with a genetic algorithm, the authors generated scenarios of vegetation change that align closely with pollen data, demonstrating that human-induced burning was a critical factor in shaping interglacial ecosystems. The findings indicate that hunter-gatherers influenced approximately 26% of plant functional type distributions and altered vegetation openness by an average of 8% before agriculture emerged.
The results challenge the prevailing notion that pre-agricultural humans had minimal ecological impact, showing instead that both Neanderthals and Mesolithic foragers actively modified their environments through fire use and hunting, which affected herbivore populations and vegetation dynamics. The study highlights the need for further research to fill gaps in the archaeological and paleoecological records and suggests expanding the modeling approach to other regions, particularly the Americas, to better understand human-environment interactions across different contexts. Future efforts should focus on enhancing the quality and quantity of proxy-based reconstructions to refine models like HUMLAND and minimize biases in vegetation response assessments.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant yet often overlooked impact of early human activities, particularly those of hunter-gatherer communities, on vegetation dynamics prior to the advent of agriculture. While agriculture is typically seen as the primary driver of anthropogenic influence on ecosystems, recent studies indicate that hunter-gatherers employed practices such as vegetation burning, which could have substantially altered their environments. The paper emphasizes the necessity of understanding these early interactions to establish reference ecosystems for biodiversity conservation and to inform ecosystem restoration efforts.
Focusing on large-scale vegetation dynamics in Europe during the Last Interglacial (LIG, approximately 130,000-116,000 BP) and the Early Holocene (approximately 11,700-8000 BP), the study aims to compare climate-driven vegetation reconstructions with pollen-based data. It employs an agent-based model (ABM) to assess the impacts of hunter-gatherer activities on vegetation, particularly through fire use. The research questions the assumption that human impact was minimal during these periods, given the complexities of demographic estimates and the challenges in directly comparing archaeological records across different epochs. The study sets out three primary objectives: to evaluate differences in vegetation reconstructions, to model potential vegetation changes due to human and natural influences, and to quantify the impacts of Neanderthals and Mesolithic humans on vegetation cover.
Methods
In this section, the authors outline the methodologies employed in their research, as depicted in Figure 4. The study compares outputs from the CARAIB and REVEALS datasets across various time windows to achieve its objectives. The CARAIB dataset models potential natural vegetation (PNV) based on climatic conditions, while the REVEALS dataset reconstructs historical vegetation cover using pollen data, accounting for influences from humans, megafauna, climate, and fires. The comparison focuses on two primary aspects: the distribution of dominant plant functional types (PFTs) and vegetation openness across Europe. Although these aspects are interrelated, they do not directly correspond, as PFTs indicate the primary vegetation type in a grid cell, while vegetation openness reflects density percentages.
The authors utilized the HUMLAND agent-based model (ABM) version 1.0 as a foundation for their modifications, resulting in the development of HUMLAND 2.0. This updated model incorporates new datasets and offers a more realistic representation of herbivory impacts, enabling the exploration of Homo’s influence on herbivores through hunting and its effects on vegetation regeneration. A significant advancement in this study is the integration of a genetic algorithm to systematically generate and analyze various scenarios. The authors quantified the impacts of climate, megafauna, and both natural and human-induced fires, marking the first attempt to differentiate these sources of impact on interglacial vegetation at a continental scale. Notably, the study provides the first quantification of Neanderthal vegetation impact, allowing for direct comparisons with later Mesolithic populations.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that were observed, including any relevant statistical data, trends, or patterns that emerged from the study. The results are typically accompanied by visual aids such as graphs or tables to facilitate understanding and interpretation.
In this section, the authors may also compare their findings with existing literature, providing context for their results and discussing any discrepancies or confirmations with previous studies. The implications of these findings are often addressed, suggesting how they contribute to the broader field of research and potential applications or future directions for investigation.
Discussion
In this section, the authors discuss the development and application of an agent-based model (ABM) called HUMLAND 2.0, which simulates human-environment interactions and vegetation dynamics during the Late Interglacial (LIG) and Early Holocene periods. The model builds upon the original HUMLAND ABM, enhancing its capabilities to track the impacts of Neanderthals and Mesolithic populations on vegetation by incorporating hunting pressures on herbivores and refining the representation of vegetation recovery after disturbances. The authors employed a genetic algorithm to optimize the model’s parameters, allowing for systematic exploration of various scenarios that align simulated vegetation patterns with empirical data from the REVEALS dataset.
The study focuses on two specific LIG time windows and seven 500-year intervals during the Early Holocene, enabling a quantifiable comparison of human impacts on vegetation. The model operates at a spatial resolution of 10 km × 10 km and a temporal resolution of one year, simulating interactions among climatic factors, human activities, and megafauna consumption. Key modifications include the introduction of parameters that account for hunting pressure and the state of vegetation openness, which influence megafauna plant consumption. The findings contribute to a deeper understanding of past interglacial ecosystems and highlight the potential of genetic algorithms in optimizing complex models within archaeological research.