朱博文丨当考古学家发现了一枚蛋,他可以做些什么

广东省文物考古研究所 朱博文

2021-08-04 15:58 来源:澎湃新闻

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也许在你的想象中,考古学家的工作日常是这样的:在某种神秘力量的指引下得知古墓的位置,以精密的物探设备迅速锁定地下的重要埋藏;在与外界隔离、内部环境可控的工作舱内,配备了种种尖端仪器和工具,有条不紊地进行发掘。土壤被层层揭去,一件件精美的金饰、铜鼎、秘色瓷鱼贯而出,人们沉浸在收获的喜悦当中……
事实上,这样“高大上”的发掘场景可能只存在于三星堆这样的极少数顶级遗址。在中国,大部分的考古现场可能是这般景象:经历了人工踏查、探铲钻探、开挖探沟等艰苦的前期勘探,选定区域、敲定发掘方案并申请证照后,才能布设探方,开始发掘。由于人手短缺,每个发掘现场经常只有寥寥数位专业考古工人员,有限的预算一般也只能请到村里留守的大爷大妈们来帮忙干活。发掘使用的工具介于农民和泥瓦匠之间,高级一点的设备大概只有测绘仪器和无人机,其他仪器一般只在有重要发现时才有机会出场。文物也不会手铲挖挖、刷子扫扫就都自然出现,在此之前,需要清理表面植被、按照地层逐次向下发掘。到达了包含古代人类活动所留下遗迹、遗物的文化层,对遗迹、现象的观察判断,往往也比单纯的清理、提取器物更为重要。
由于许多工地连临时大棚也无法搭建,风吹日晒、蛇虫鼠蚁的加持自不必说,如果这里恰好是在我国考古发掘项目中占比极高的、配合基本建设进行的抢救性考古发掘,考古工作可能需要在施工的轰鸣声中开展。工作地点若是远离人烟,又会面临新的问题:不仅饮食补给困难,洗澡甚至都是一两周一次的奢侈行为。工作条件和生活上的困扰之外,还要面对在把发掘做好的基础上,来自文物安全、工期和经费、夜间加班、人际关系等方方面面的压力。无奈的是,即使付出了辛劳汗水,也并不总有机会收获高光时刻:许多遗址略显平淡,不仅在学术上影响甚微,出土的文物也量少而保存不佳,极端情况下还可能面临“当空军”的尴尬。在墓室中清理淤泥,可能会导致你看起来也像刚刚出土。

在墓室中清理淤泥,可能会导致你看起来也像刚刚出土。

当然,这不是一篇写给高三同学的考古专业劝退文。考古发掘或许与大众想象的有所不同,但考古学的意义与价值仍使这项工作充满魅力。通过研究出土的古人活动留下的遗迹、遗物等实物资料,能够获得许多有价值的信息,提供给我们一个观察古代社会的鲜活视角。就考古出土的文物而言,虽不总是金光灿灿或意义重大,但种类、材质也是丰富非常。如果恰好遇到了较为理想的埋藏环境,就有机会获得一些意想不到的发现。
传说中的“黑科技”也并非不存在。在学科交叉融合的大趋势下,自然科学中一些现代科技分析手段被应用于考古学研究中,不仅使一些特殊遗存的研究成为可能,也为常见材质文物的研究提供了新方向。数十年来,科技分析大大充实了考古学家的“武器库”,创造了科技考古这一考古学的分支学科,也丰富了动物考古、植物考古、生业考古、考古测年等分支的技术手段。作为考古学中的现代感、科技感担当,现代分析技术的介入让实验室成为发掘现场、整理室和资料室之外的一处新的考古研究空间。
具体而言,现代科技手段在考古出土文物分析研究中是如何发挥作用的呢?我们不妨从一枚蛋的出土说起。
谁生的蛋?
云贵高原北部一处峡谷河畔的阶地上,考古发掘正在进行当中。周围的探方里,几座汉代竖穴土坑墓的清理已到了清理人骨和陪葬器物的关键阶段。斜阳下,负责这次发掘项目的考古学家站在隔梁上,指挥工人工作的同时,也在思考今天的进度和明天工作计划。突然,他敏锐地注意到,墓内的一件正在清理的破碎陶罐中露出了一小片白色。是陶罐的内容物保存下来了?职业敏感让他立即接手亲自清理。小心翼翼地剔除附着土后,一个白色椭圆球体逐渐显露出来,大小和弧度都让他想起今天早餐吃过的那枚水煮蛋。
这真的是一枚用于陪葬的鸡蛋吗?仔细想想,汉墓中出土陪葬的蛋虽然罕见,但在豫陕等地并非没有先例,魏晋乃至隋唐的墓葬中也有蛋类出土的记录。在“事死如生”观念的指导下,陪葬的蛋可能与粮食、肉类乃至酒液一样,是作为食物供墓主人在冥界享用。与其他食物相比,禽蛋经孵化后会有新生命破壳而出的特质或许也寄托了生者的祷祝,希望逝者的灵魂也能破茧重生。在汉代以前,这片土地上居住着所谓的西南夷,武帝之后才有大量汉人迁居于此。如果这枚蛋真的代表了来自华夏核心地带的葬俗,不正是墓主人身为当年移民的明证吗?
从蛋壳破损处来看,蛋黄蛋白这些内容物显然已经不存在了,蛋的内部已经被泥土填充。就尺寸而言,这枚蛋略小于今天常见的鸡蛋,倒是跟所谓土鸡蛋接近。当然,一个严谨的考古学家不会只因为看起来像就断定它是鸡蛋,也许是其他禽鸟的蛋呢?由陪葬品讨论葬俗,进而探索墓主人的族属和文化背景之前,还须先正本清源,搞清楚到底是谁生的蛋,这才是第一要务。专业的事还需专业的人来做,他在脑海中略作检索,随即拨通了他认为最适合开展这项研究的科技考古学者的电话。在被交给专业人士之前,这枚蛋也得到了一个“M1:1”的临时标签。洛阳西晋墓出土的表皮染红的蛋壳。唐墓中还出土过表皮染黑的蛋壳,可能是炼丹道具。

洛阳西晋墓出土的表皮染红的蛋壳。唐墓中还出土过表皮染黑的蛋壳,可能是炼丹道具。

作为一个相对新兴的分支学科,科技考古从业者也有着不同的学科背景:一种是出身于化学、生物、物理等门类,后以古代样品分析为研究方向;另一种则是在接受考古学系统学术训练的基础上,学习自然科学理论及分析技术。基于自然科学对分析检测的需求,以分析化学、光谱学、材料学、分子生物学等为代表的学科对科技分析技术已经有了较为成熟的应用。科技考古学者可以将适宜的技术方法移植到文物样品的分析中来。有了坚实的基础自然事半功倍,但古代文物样品的特殊性也会对分析造成一些困难,如埋藏过程中原有组分大量流失、环境中杂质的引入导致样品成分复杂。前期的大量试错与改进,也是建立成熟的文物样品分析方法的必由之路。鸡蛋横截面结构示意图

鸡蛋横截面结构示意图

那么,得到这枚“M1:1”的科技考古学者会如何展开他的研究呢?
古代蛋壳能够保存至今以属不易,自然不能奢望蛋黄蛋白也能留下,因此能供我们研究的对象主要是蛋壳。人类判断事物属性时大多先基于视觉观察,显微观察则是肉眼观察的一种有效延伸。古生物学家过去常借助岩相显微切片观察古代禽蛋的化石,以辅助动物分类学研究。相对传统的光学显微,扫描电子显微镜则是一种革命性的技术手段。它利用聚焦的高能电子束来扫描样品,通过光束与物质间的相互作用来激发各种物理信息,以光电信号的转换来成像观察物质的表面微观形貌,放大倍数可达三十万倍以上。与能谱等其他分析设备联用时,还能在实现显微观察的同时获得样品的元素组成信息。
鉴于蛋壳本身并非导体,而扫描电子显微镜的工作原理需要被测物能够导电,观察前需先对蛋壳进行喷金或喷碳处理。放入样品仓后经过抽真空与加压,即可实时地放大、变焦、测量、拍摄。由于图像是电信号转化而来,不能记录颜色信息,观察到的画面只能是黑白的。基于扫描电子显微观察研究古代蛋壳的报道颇为丰富,通过对蛋壳微观形貌特征的记录以及对厚度、孔隙率的测量,可以有效区分出不同种类的蛋,也可通过与现代蛋的对比实现种属的初步鉴别。“汉蛋”的蛋壳有着与现代鸡蛋类似的结构,但就厚度而言明显比现代鸡蛋壳要薄。这并不直接意味着它不是鸡蛋,毕竟现代人为了使作为商品的鸡蛋在生产、运输、储存过程中不易破裂,下过相当大的工夫选育蛋壳厚而结实的蛋鸡品种。在扫描电子显微镜下放大三百倍的“M1:1”横截面,时间已经侵蚀掉了它的壳膜、表皮等有机质结构,无机成分的柱状层也部分受损。

在扫描电子显微镜下放大三百倍的“M1:1”横截面,时间已经侵蚀掉了它的壳膜、表皮等有机质结构,无机成分的柱状层也部分受损。

包括鸡蛋在内的大多数禽蛋蛋壳都包含有机与无机两类成分,除了以碳酸钙为主的无机部分,蛋壳的内外膜及表皮中还包含了约占蛋壳质量百分之三到百分之六的蛋白质、糖蛋白和蛋白多糖等有机质。来自不同生物的蛋白质有着不同的氨基酸组分特征,这种特征可以成为自证身份的特殊编码,多糖亦与之类似。如果你的样品还幸运地保留了有机质的部分,那么质谱蛋白全谱分析和指纹分析、红外光谱、色谱-质谱联用等有机分析方法都是可行的选项。约翰·斯图尔特(John Stewart)等人就利用前者取得了成功经验,他们对英国约克郡的两处盎格鲁-斯堪的纳维亚帝国(卡纽特王朝)时期遗址出土的蛋壳进行了分析,结合扫描电子显微镜观察,从中成功筛分出鸡、鸭、鹅的蛋。“M1:1”红外吸收光谱中1420 cm-1、875 cm-1、712 cm-1的吸收峰标示了无机成分碳酸钙,1635 cm-1附近酰胺I带的C=O伸缩振动峰则提示了蛋白质的存在。

“M1:1”红外吸收光谱中1420 cm-1、875 cm-1、712 cm-1的吸收峰标示了无机成分碳酸钙,1635 cm-1附近酰胺I带的C=O伸缩振动峰则提示了蛋白质的存在。

我们还不太能确定“M1:1”算不算是幸运儿。从红外光谱分析结果来看,蛋壳中尚有蛋白质类有机质的残余,气相色谱-质谱联用分析得到的氨基酸组分特征也与现代鸡蛋的测试结果颇为相似。能保留有机质当然算是幸运,但如果这些有机质其实是由埋藏环境中引入的污染,那可能就踏入了另一种不幸的境地。即使它未受污染,但接近毕竟不代表相同,要想给“谁生的蛋”这个问题以确切的答案,恐怕还是要依靠DNA 测序技术这个终极武器。遗憾的是,掌握这一生物特征终极密码的出土样品测试方法的机构并不多,想借助这一稀缺的分析资源往往意味着长久的等待。让我们先来看看别人的成功案例:奥斯卡姆(Charlotte Oskam)等人从新西兰南岛出土的恐鸟蛋壳中提取到了线粒体DNA,DNA测序证实出土的蛋壳分属三种不同的恐鸟,这也验证了提取古代蛋壳中残留DNA 并进行测序方法的可行性。
什么时候的蛋?
在对“谁生的蛋”开展研究的同时,我们还可以着手解决另一个问题:这是什么时候的蛋?
如果你经常去博物馆参观,大概不时会遇到那些第一眼看到某件文物就兴奋地问“这值多少钱”的观众。考古学家当然不会这么思考问题,他发掘出一处遗迹或一件遗物,首先开始思考的可能是它的年代。我们需要确定不同考古学文化和遗存在时间上的相对早晚关系,或是直截了当地了解遗迹、遗物确切的纪年。作为其他研究开展的基础,年代学必将永远身处最重要的考古学问题之列。
在缺乏绝对年代测定技术的年代,除了少数出土了墓志或砖铭的纪年墓能够确定绝对年代外(其实这些纪年也可能与墓葬真正的修造年代有偏差),考古学家主要是通过最基础也最核心的两大考古学理论——地层学和类型学——来判断相对年代。
简单来说,考古地层学认为不同时代的人类活动会形成不同的堆积,这种堆积可以是一个地层(文化层),也可以是墓葬、灰坑、房址等遗迹。考古学家根据土质、土色区分不同堆积,并根据叠压、打破及平行关系确定不同堆积形成的先后次序。在大多数情况下,晚的堆积会叠压或打破早的,通过现象确定堆积的相对年代,不同堆积中出土的遗物也可以据此推定早晚关系。类型学则主要研究遗迹和遗物的形态变化过程,找出其先后演变规律,从而结合地层学判断年代。常用于研究陶器、瓷器等使用周期短、变化较明显的器物,通过对出土实物的外形进行归纳、分类、比较研究,以“分型分式”“排队”等方式探索相对年代。
非专业人士看完上述介绍后可能会比较迷惑,即使你对这两种理论有所了解,恐怕也多少会觉得,用这种方式研究年代不仅困难,且难免主观。其实前人也是这么想的,所以人们一直在探索一种能够测定绝对年代的技术方法。直到1949年,碳同位素测年技术(碳14)的提出,给这个问题的解决带来了曙光,今天我们最常用的加速器质谱测年技术(AMS)正是对常规碳同位素测年法的补充和发展。
碳14是碳的一种具放射性的同位素,动物的呼吸、植物的光合作用都会与外界进行碳交换,而生物一旦死亡,交换就会停止,体内的碳14也会开始减少。这样的特点加上长达五千七百三十年的半衰期,使通过测量样品内剩余碳14的含量,即可推算出其停止生命活动至今已经过了多少年。大气中碳14的产生、循环与衰变。虽然碳14测年有着充分的理论支撑,但仍存在外界污染干扰测定结果的可能,因此样品的选择和采样的方法都有较为严格的要求。

大气中碳14的产生、循环与衰变。虽然碳14测年有着充分的理论支撑,但仍存在外界污染干扰测定结果的可能,因此样品的选择和采样的方法都有较为严格的要求。

许多含碳的物质都可以作为碳14测年的样品,蛋壳也是其中之一。从以往的成功案例来看,许多用于测年的蛋壳都来自于比我们的“M1:1”大上好几号的鸵鸟蛋。以宁夏灵武的水洞沟遗址为例,这处在我国旧石器考古研究中具有非凡意义的遗址点出土的鸵鸟蛋壳就曾进行过碳14测年,测得的年代范围为距今26930±120 年,这与用遗址中采集的木炭样品测得的结果相近。在另一项对蒙古及中国戈壁沙漠地区出土的鸵鸟蛋壳进行的测年研究中,研究者发现同一层位出土蛋壳的年代要早于陶器。也许那时的先民会到处寻找鸵鸟蛋壳,以至于搜集到了早于他们生活年代的蛋壳?无论怎样,这都提示我们测年还是应当使用多种、多个样品以互证。
当然,碳14是应用最为广泛的考古测年方法,但不是唯一的。热释光、光释光、不平衡铀系热电离质谱、异亮氨酸差向异构、氨基酸消旋等方法也可用于古代样品绝对年代的测定,其中不少也都有使用蛋壳作为样本的报道。
生蛋者与食蛋者
回到河畔的“M1:1”出土地点,在蛋被取走之后,考古学家继续清理它所在的陶罐中的淤土。一些细小的骨骼逐渐被揭露出来,直到露出头骨,考古学家确定这些骨头来自一种大家都不陌生的动物——老鼠。难道是老鼠钻进罐子里偷吃陪葬的鸡蛋,吃太撑出不来,困死在里面了?大概这对蛋和老鼠来说都是一个悲伤的故事。的确,出土的蛋中承载的信息不止记录着生蛋者的故事,如果它还没孵化就不幸被吃掉了,蛋壳上还有可能留下食蛋者的信息。对蛋来说,人类也是捕食者。这是“南海一号”南宋沉船中出水的一罐蛋,发掘者推测这是船员为航海时方便携带而腌渍的一罐咸鸭蛋。

对蛋来说,人类也是捕食者。这是“南海一号”南宋沉船中出水的一罐蛋,发掘者推测这是船员为航海时方便携带而腌渍的一罐咸鸭蛋。

先来说说生蛋者自己吃什么。来自南非开普敦大学的席尔恩丁(Schirnding)等人提取并分析了非洲出土的一批鸵鸟蛋壳中的碳同位素,将结果与该地区植物的碳同位素分馏方式进行对比,根据不同植物在光合作用中分馏碳同位素的方式有明显差异的原理,来判断这些鸵鸟当年最喜欢吃哪些植物。
来自德国图宾根大学的安德鲁·坎德尔(Andrew Kandel)则更关心食蛋者。他购买了一批鸵鸟蛋去给动物园里饲养的褐鬣狗送福利,将鬣狗们吃剩的蛋壳收集回来观察,发现鬣狗牙在蛋壳上留下的痕迹与他手头一批出土鸵鸟蛋壳上的非常相似,从而验证了他的猜测——鸵鸟蛋在很久之前就是这些犬科动物先辈的饕餮美味了。
透蛋见人
尽管有动物考古、植物考古、环境考古等分支,但考古学最关注的还是人类的活动。作为一种相对低成本且高质量的蛋白质与矿物质来源,许多地区的古人利用蛋的方式和我们今天一样,那就是吃。虽然被奉献给墓主人的“M1:1”可能不慎被老鼠偷吃了,但此君在世的时候应该也颇有机会吃到与蛋有关的菜色。
要想稳定地获取蛋作为食物,光靠采集肯定不行,还得自己养殖。比彻姆(Beacham) 等人用扫描电子显微镜观察美国西南部Salmon遗址出土火鸡蛋壳的微观结构,基于禽蛋受精和孵化的过程会导致椎体层变化这一原理,从样品中筛选出受过精的蛋壳。统计结果显示,该遗址中的火鸡的繁殖能力随着时间推移而加强,研究者认为该现象反映了Salmon 遗址的古代人类曾驯养火鸡,并且饲养水平不断提高。
当我们确定了一个人类聚落有食蛋的习惯,那么不同时期地层和遗迹中发现蛋壳的多少,甚至可以成为我们推断该聚落不同时段人口数的依据。来自阿根廷的学者则更进一步,他们在发掘境内一处殖民时期的西班牙人定居点时,发现了不少美洲鸵鸟蛋壳,并对包括蛋壳在内的食物相关遗存进行了统计分析,尝试还原这个定居点的人口和社会模式。有趣的是,著名的北京周口店猿人化石的发现地也出土过鸵鸟蛋壳。根据赵资奎等人的显微观察和氨基酸特征研究,其中一些蛋壳在成为化石前曾被火烤过。有没有可能当年的北京猿人已经在烤蛋吃了呢?蛋好不好吃还得看怎么做。泰瓦尔科斯基(Taivalkoski)等人采用实验考古方法,观察鸡蛋壳在不同烹饪方式下会有怎么样的微观改变,以便考古学家判断出土的蛋壳是否曾经过烹饪。

蛋好不好吃还得看怎么做。泰瓦尔科斯基(Taivalkoski)等人采用实验考古方法,观察鸡蛋壳在不同烹饪方式下会有怎么样的微观改变,以便考古学家判断出土的蛋壳是否曾经过烹饪。

正如今天一些巧手的艺人以在蛋壳表面雕花来展示自己的精湛技艺,史前时期也有从事蛋壳饰品工艺的手工艺人。中国、非洲南部乃至爱琴海沿岸的人们似乎都对鸵鸟蛋壳制作的饰品情有独钟。这些鸵鸟蛋壳被分割、打磨、修坯,还被钻孔从而制作成串珠。水洞沟遗址二号地点出土的几枚旧石器时代制作的蛋壳珠饰表面还有红色痕迹,显微观察和拉曼光谱分析的结果提示,这些红色可能是人工施加的颜料。同样是在水洞沟遗址,由于出土的鸵鸟蛋壳珠饰量大且年代相近,有学者通过统计与分类,认为发达的珠饰制作甚至在该遗址催生出了三种不同的风格流派。
这次属于“M1:1”的奇妙冒险还远没有结束,对这枚来自两千年前的蛋,我们还有许多工作要做。过去的几年中,考古这一曾长期被人们认为是“坐冷板凳”的学科获得了前所未有的热度。趁着这股东风,相信还将有更多立志将科技手段应用于考古研究中的人才涌现,也会有更多有趣的技术方法被开发出来,给我们以更多观察、研究文物的视角。有理由期待,当考古学家再挖出下一枚蛋壳时,可以做的有趣的事情一定会更多。
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责任编辑:于淑娟
校对:徐亦嘉
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 考古,考古技术

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