【考古科技】骨骼分析与食谱研究

2015-10-17 考古中国

　　上一世纪八十年代初，中国社会科学院考古研究所蔡莲珍、仇士华研究员首次对一批发掘出土的人骨及动物骨头作了碳十三分析，以研究其食谱结构，其中有陶寺遗址的人骨和猪骨，得出了人以小米为主食、猪以谷糠为主食的结论，由此揭开了我国应用科技方法对古人类及动物进行食物结构研究的一页。

　　关于人类过去吃什么的主题，研究方法已有多种，如通过遗址、墓葬中出土的植物、动物骨骼等来分析人类的主食结构;通过对出土器物中的食物残留来推断其食物组成;通过对出土生产工具的门类、用途等的分析来研究其耕作方式从而对其作物种类做出判断等等。但同位素分析研究与其它研究存在着不同，它的结论不是仅靠出土资料的间接推论，而主要的依据来自于食用者本身，即通过人骨骨胶原中所含有同位素的比值追溯其食物结构。

　　应用碳十三分析进行食物结构研究，该方法最早源于对碳十四年代的校正。碳十三和碳十四均为碳的同位素。碳十三是稳定同位素，而碳十四是放射性同位素。依据碳十四测年的基本原理，生物在存活期间，由于交换作用，其体内碳十四水平与大气基本保持一致。死亡后，体内碳十四水平随时间而下降。这一原理的表述是就一般情况而言的，实际上，精确的年代研究必须要考虑生物体的分馏效应。由大气到生物体，由于分馏效应的缘故，使得生物体碳十四水平发生了变化。这种变化造成的年代偏离对于旧石器时代，乃至新石器时代一般的年代要求可以说是无足轻重。但对于进入历史时期，或这之前精度要求较高的年代来说，则影响较大，不能忽视，所以必须要进行校正。校正的途径是通过碳十三分析进行。

　　碳十三分析是伴随光合作用途径的研究发展起来的分析方法。二十世纪六十年代，美国科学家卡尔文首先发现了所谓C3类植物遵循的光合作用途径，这一途径由此就称为卡尔文途径，即植物经过光合作用，最初的产物是三个碳的化合物(3-磷酰甘油酸)。这一途径是大多数植物所共有的。随后，哈奇和斯莱克又发现了最初产物是四个碳，即C4类植物的哈-斯途径。第三种途径是多汁类植物遵循的CAM途径。这三种光合作用途径揽括了自然界绝大多数的植物种类。而其中较大比例者又数第一和第二这两种途径。

　　遵循这两种途径的植物中与人类生活联系密切的有大米、小麦等，这是卡尔文途径的C3类;玉米、小米、高粱等，是哈-斯途径，C4类的。由于每种途径的植物在碳十三的比值上都有自己确定的范围，所以通过植物体的碳十三分析，就可获知其所属类别。无论人类，还是动物，如果长期以某一类植物为生，则其体内碳十三的比值就会对其做出反映，通过分析人体组织中如人骨的碳十三比值就可得知其食物种类，这是食物结构研究的依据。而由于碳十四与碳十三之间存在一定的相互关系，所以通过碳十三的分析可以对通过碳十四测得的年代进行校正。

　　应用碳十三分析研究人类及动物的食物结构，从而对与之相关的社会文化背景、社会发展状况以及环境变迁等等的研究提供线索或依据，这是食物结构研究的主旨。由此获得研究进展的实例已有许多，如在美洲，关于玉米种植的引进对马雅文化所产生的影响研究中，碳十三分析功不可没。

　　近年来，我们中国社会科学院考古研究所碳十四实验室结合夏商周断代工程测年研究，对于人和动物骨骼标本进行了大量的碳十三分析，为这些地区的人类及动物的食物结构研究提供了依据。如据殷墟出土甲骨文记载，商晚期殷人的农作物中黍、稷、稻、麦等均有之，而前两者的记载较其它为多。通过我们对殷墟出土人骨所取样品的分析发现，39个人骨个体的测定中，仅1例显示出C3类的结果，表明殷墟人的确基本是以小米类为主食的。另外，琉璃河西周墓葬出土的人骨取样，偃师商城人骨取样，山东栖霞古镇都新石器时代遗址、长岛北庄新石器时代遗址等人骨取样的测定结果都表明了食物中C4类为主的总趋势。而河姆渡遗址人骨取样，青浦崧泽文化遗址人骨取样，广西顶狮山遗址人骨取样等的测试数据却显示出C3类，即稻米类为主的结果。这些分析结果同考古研究所得结论中国早期农业的发展黄河流域以小米为主食，长江流域、华南以稻米为主食相吻合。

　　在上述工作的基础上，我们又进行了氮十五分析方法的研究，最终完成了应用元素分析仪收集氮气进行氮十五分析方法的建立，这在国内尚属首例。这样就完善了整个碳十三、氮十五分析方法。

　　氮十五分析的研究内容是通过人体氮的同位素氮十五比值的高低来考察人类的食肉情况。因为较高的氮十五值，反映了较高的蛋白摄入量。一般食肉动物体内的氮十五比值高于食草动物的，鱼类的高于陆生动物的。因而，以鱼类为生的人体内氮十五值较高;其次是常食用陆相动物的。以植物类为生的人，其氮十五比值是最低的。

　　碳十三与氮十五分析相结合，可使研究结果的科学性更强，信息更具体、更全面。如对于山东长岛北庄新石器时代遗址出土人骨的分析中，起初在还没有做氮十五分析的情况下，据碳十三结果只能知道这位长岛人植物类的主食是小米类的。但我们还想知道当时岛上的人除了种植业外，是否还有其它的生产方式、生活来源。另外，就其个体而言他会不会是从内陆迁移而来的?后来，较高的氮十五结果释解了这些问题。据此推测可能那时当地人的海洋渔业活动已比较经常了。再有，地处青海的大通县上孙家遗址出土的卡约文化人骨的碳十三测定，18个个体中，仅有1例是以小米类为主，其他均是以C3类为主。该遗址的三个汉代人个体，均以C3类为主食。这表明那个时期那里的人食用的植物可能是以C3类为主的，尽管在一些遗迹中多有粟类发现。氮十五值的分析表明，他们有一定量的肉类食用，这表明了可能的家畜饲养或畜牧。这是同这里人们的生产生活方式相互关联的。

　　总之，碳十三、氮十五分析方法将为考古学研究提供有科学价值的依据，赋予古人吃什么的话题以翔实、丰富的内容。

阅读原文