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科研進展

泥河灣盆地發現早期人類使用顏料和復合工具的考古證據

發表日期:2022-03-03來源:放大 縮小

  現代人類的起源與演化是近30多年的學術熱點。通過顏料使用、藝術創作與復合工具等“現代行為要素”追溯早期現代人群的形成、擴散、交流與“行為現代性”的發端與演變是開展相關研究的重要手段。長期以來,中國、東亞缺乏這類考古遺存,被作為現代人群在東亞形成的時間晚于舊大陸西部的推論基礎。在英國《自然》(Nature)雜志發表的一項有關泥河灣盆地下馬碑遺址出土的顏料使用和復合工具的研究成果,有望徹底改變傳統的認識。 

  被譽為“東方人類故鄉”的泥河灣盆地再次為我們帶來了突破性認識。在盆地東南緣的下馬碑遺址發現了我國乃至東亞地區目前已知最早的史前人類顏料加工與細小石器鑲嵌使用的關鍵證據,生動再現了4萬年前東亞人類的生活場景。該遺址由河北省文物考古研究院于2013~2014年發現并系統發掘。河北省文物考古研究院、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所、中國科學院地質與地球物理研究所、安徽大學、德國馬普人類歷史科學研究所(MPI)、法國波爾多大學、蔚藍海岸大學、西班牙加泰羅尼亞古生態與人類演化研究所(IPHES)等國內外多家科研單位開展了綜合性、多學科、跨平臺的國際合作研究,研究成果于202232日以"Innovative ochre processing and tool use in China 40,000 years ago"為題在國際頂級學術期刊Nature正式在線發表。 

  遺址堆積厚度290cm,主文化層(#6)為罕見的原位埋藏,保存了顏料生產遺跡、遺物,火塘周邊散落石器、骨器及動物化石碎片。高精度加速器質譜碳十四和光釋光定年及其貝葉斯模型計算結果顯示,下馬碑遺址主文化層形成于距今4.1~3.9萬年前。沉積學及沉積物粒度分析顯示下馬碑遺址形成于河漫灘環境,孢粉分析結果顯示當時為涼干氣候下的草原環境,動物化石鑒定結果顯示馬、鹿和鼢鼠等占比較高。因此,我們推測下馬碑古人類生活于壺流河階地上,植被以草原景觀為主,周邊山地存在片狀針葉林。  

  下馬碑遺址中的赤鐵礦加工遺存的確定是研究工作的重點。首先通過拉曼光譜(Raman)、X射線熒光光譜(XRF)和掃描電鏡能譜(SEM-EDS)分析,確定野外發掘中疑似顏料加工區內含有兩塊大小不同、礦物成分亦有差異的赤鐵礦(赭石)小塊。進一步的顯微分析揭示出其中較大一塊表面有明顯的反復摩擦痕跡。隨后對伴生的另一塊表面明顯被染紅的長條形石灰巖進行分析,發現在其表面殘留有赤鐵礦微屑,大小200mm左右,猶如發絲。顏料加工區內另一件遺物為一件表面部分磨光的卵石,雖無明顯的殘留物,但其部分明顯磨光的特征說明可能作為磨錘或杵使用。為了進一步明確染色區域是由人為因素產生而非自然形成,我們對染色區、遺址內其他區域及遺址外不同區域的沉積物進行了多指標綜合分析,包括X射線衍射(XRD)、微束X射線熒光光譜(microXRF)、拉曼光譜(Raman)、掃描電鏡能譜(SEM-EDS)和巖石磁學等,多種手段的分析結果一致顯示,僅染色區富集赤鐵礦,其他區域并不含有赤鐵礦。此次在下馬碑遺址發現的赤鐵礦加工遺存是東亞地區首次正式見諸報道的此類發現,將東亞早期人類使用顏料的歷史提早到距今4萬年前,也使東方古人類藝術創作、審美、認知表達的歷史大大提前,改寫了學術界的認識。 

  除顏料加工外,作為當時重要生產生活工具的石器也是這項工作的核心研究對象。從石器的打制技術和所表現的工具加工情況來看,整體上技術較為簡單,以砸擊為主。但在尺寸上具有顯著特點,50%以上的石器小于20mm,呈細長形。為了解讀當時人類如何使用這些細長的小碎片,我們在石器技術類型分析的基礎上展開了殘留物與微痕分析。應用掃描電鏡-能譜聯合分析方法,同時完成了殘留物化學成分分析和微痕觀察,結果顯示石器表面附著有骨柄殘留,線性排布的植物纖維殘留明確指示了鑲嵌捆綁加固的行為。在微痕分析中,我們引入了多臺不同功能的顯微觀察設備,提升了石器表面痕跡的可觀察和分析性。綜合石器打制技術、類型、殘留物及微痕的分析結果,我們認為,下馬碑遺址出土的部分細小石器是古人類通過裝柄形成復合工具,而石器整體上被用來鉆孔、加工皮毛、切割植物、切割動物軟組織等等。此項研究再次說明現代人技術和行為復雜化的表現并不單一,不能以歐亞大陸西側流行的技術因素(如石葉等)作為標準。 

  結合野外發掘過程中對遺物、遺跡分布情況的記錄,在目前發掘的12平方米的范圍內,我們可以清晰地看到赤鐵礦加工區位于遺址西北角,向東有火塘,火塘的灰燼溢出,周邊散落石器。這些石器按功能分布在不同的位置,可見當時的人們圍繞火塘各顯其能、各司其職,如此便可以勾勒出四萬年前古人類“圍爐而息、磨石取彩、嵌石為刃、分享獵物”的鮮活生活圖景。 

  距今4萬年是舊石器時代晚期革命和早期現代人群形成、擴散與行為現代化的關鍵節點。來自田園洞的人類化石和分子生物學證據證實,在距今4萬年前后,現代人已經在華北地區活動,但我們對他們的行為和文化知之甚少。此次對下馬碑遺址所蘊含的人類行為信息的全方位提取,對于解讀東亞現代人演化具有極為重要的價值,并有助于深入理解現代人演化研究這一全球性科學問題。下馬碑遺址揭示了東亞現代人復雜的文化演進過程,與歐亞大陸西部人群的技術與文化發展同步,且很可能與其他人群(例如丹尼索瓦人)存在文化與基因交流,反映了局地的馬賽克式的“文化與技術革新”。下馬碑遺址揭示出的這種文化面貌的特殊性既與以往認為的連續性的文化演進不同,亦有別于普遍被認知的現代人在歐亞大陸擴散的文化模式。 

  本次研究工作中的國際化、跨學科、多平臺協作凸顯了人類演化領域科學研究發展的趨勢和要求。對全球性關鍵科學問題的探究中,人類作為命運共同體協同配合關注自身發展演化的歷史。此外,研究團隊通過郵件和網絡視頻等手段克服了新冠疫情爆發帶來的各種困難,在完成具有重要學術價值和社會影響力的研究工作同時,也書寫了具有新時代特點的研究工作故事。 

  中科院古脊椎所楊石霞博士為本文共同第一作者及通訊作者,葛俊逸博士、趙克良博士和關瑩博士為共同作者,依托中國科學院脊椎動物演化與人類起源重點實驗室共同完成多項重要分析測試工作。 

  本次研究工作得到了國家文物局、河北省文物局、中國科學院、科學技術部、國家自然科學基金委員會、中國科學院青年創新促進會、德國馬普學會、法國波爾多大學和西班牙IPHES等部門和研究機構的大力支持和資助。 

  文章鏈接:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04445-2 

圖1. 下馬碑遺址的位置、地層與年代。A, 下馬碑遺址在泥河灣盆地中的位置;B,下馬碑遺址主文化層(#6)發掘面;C,遺址地層剖面及測年結果。(研究團隊供圖)

圖2. 赤鐵礦加工相關遺跡(紅色染色區)與遺物。A, 相關遺物和遺跡的原始狀態;B, 赤鐵礦粉末染色區;C, 表面可觀察到摩擦痕的赤鐵礦;D, 赤鐵礦小塊;E, 表面染色并殘留赤鐵礦微屑的加工工具(石灰巖板)。(研究團隊提供)

圖3. 染色區及遺址內其他區域沉積物的礦物學特征對比。樣品X1X2來自染色區,X3X4來自非染色區。a,X射線衍射(XRD)分析結果;b,拉曼光譜分析結果;c,磁化率隨溫度變化特征;d,矯頑力譜分析結果;e,微束X射線熒光光譜(microXRF)分析結果。上述多指標分析揭示出,染色區沉積物含有大量粗顆粒赤鐵礦,結合考古學證據可以確定,這些粗顆粒赤鐵礦為人類加工顏料過程中產生的遺存。(研究團隊提供)

圖4. 一件似細石葉石器(表面殘留部分骨柄) (no. 129)。(1) 殘留骨柄; (2) 殘留植物纖維;(3) 使用刃的腹面觀; (4-7) 疑因削木頭產生的微痕。(研究團隊提供)

圖5. 遺址位置、周邊景觀及地層. A,遺址野外發掘照;B.遺跡、遺物平面分布情況(含石器功能信息)(研究團隊提供)

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