科普之窗

回溯万余年 先民“吃什么”

冯杰

2023-09-14 02:23

侯亮亮
光明日报( 2023年09月14日 16版)

野生植物何时被“驯化”?哪些植物是先民最重要的“口粮”?考古学家又是怎么知晓几万年前的人类吃什么的呢?借助植物考古、稳定同位素分析、碳十四测年技术、残留物分析、古DNA研究等技术,考古学家发现,先民对粟黍等植物的选择、驯化和栽培,经历了长达万余年的漫长过程。

人类对植物资源的利用由来已久。在末次冰盛期,随着气候急剧动荡和恶化,我们的先民开始采集利用各种形式的植物资源。距今2.3万年左右,在黄河中游地区的山西吉县柿子滩,先民已开始有意识地利用禾本科植物。遗址发掘发现,有部分禾本科植物是粟黍的野生祖本,粟黍,也就是小米和黄米。这一发现比粟黍真正被驯化的时间早了1.2万年,由此可以看出,植物的选择、驯化和栽培是极其漫长的过程。

考古研究发现,粟黍的独立驯化栽培与粟黍食物的利用,是北方地区旧石器时代晚期以狩猎采集为主的广谱型经济,向新石器时代以粟黍农业为主的生产型经济过渡和转变的关键环节。这不仅改变了先民固有的从大自然中攫取食物的方式,还催生了新的生业经济模式和社会组织结构,为探讨农业起源问题提供了重要线索。

目前,借助科技考古方法,结合考古资料探索粟黍农业的起源、发展已取得丰硕成果。其中,科技手段主要有植物考古、动物考古、稳定同位素分析、碳十四测年、残留物分析、古DNA研究等。

1.动植物考古揭示先民种什么庄稼、养什么动物

植物考古通过研究考古出土的植物遗存,来揭示植物与先民的关系,复原先民的生活方式。植物遗存分为植物大遗存和微体遗存,大遗存是指用肉眼或低倍显微镜可见的植物遗存,包括炭化植物遗存、特殊保存条件下的非炭化植物遗存及木材碎块等。微体遗存是指通过高倍显微镜才能观察到的孢粉、植硅体和淀粉粒等。孢粉是指孢子植物的孢子和种子植物的花粉。植硅体是指植物吸收土壤中的非晶态二氧化硅填充到细胞和组织中形成的固态硅化物。淀粉粒是指植物细胞中以颗粒状态存在的储藏细胞,即碳水化合物最普遍的储藏形式。对植物大遗存和微体遗存进行观察、鉴定,并测量、记录、统计它们的大小和形态等,之后与现代植物进行对比,就能够总体把握遗址中包含的农作物种类。目前,考古学家已发现万年前的炭化粟黍。万年前的石磨盘、石磨棒及陶器上也发现了粟黍类的植硅体和淀粉粒,为先民加工和食用粟黍提供了直接证据。

动物考古是通过分析和研究考古发掘出土的动物相关遗存,揭示古人与动物间的关系等。考古学家首先会对动物骨骼进行测量、描述,与现代相关种属进行对比,初步确定动物种属。然后,考古学家会开展先民与动物关系的研究,也就是分析他们如何获取这些动物资源,是狩猎野生动物,还是家畜饲养等。一般而言,研究动物的性别、死亡的季节性特征和年龄结构等,可以推断先民狩猎活动发生的季节;依据动物种属数量和比例、形体尺寸、年龄结构及病理情况等能够判断该动物是否被驯化。最后,考古学家还会开展动物资源利用方式的研究,包括先民对肉食资源的消费、次级产品的开发利用、骨器的加工制作及动物牺牲行为等,这需要结合动物遗存出土的背景信息、动物骨骼的形态特征等来确定。考古研究发现,粟黍农业是家畜驯化的重要动力和基础,通过动物考古研究可以有效揭示先民对粟黍等植物的“驯化”过程。目前来看,家犬和家猪的饲喂与粟黍农业的关系等研究已取得很大进展。

2.炭化植物、骨骼中蕴藏着“吃什么”的线索

生物体所摄入的食物与其身体的化学组成是一一对应的。通过检测分析先民的骨骼和牙齿等,即可得知其食物结构,进而还原具体时空范围内先民的生业经济。目前,结合动植物考古,对古人骨和动物骨进行稳定同位素分析,可以获得粟黍类食物对先民和动物食物结构的贡献程度。值得一提的是,动物在驯化初期,体型特征可能还是野生的状态,但其食物中开始包含粟黍类食物,这极有可能是粟黍类食物利用导致的驯化行为,为家畜驯化提供了新的视角。目前,以此为线索,发现万年前华北地区先民已经开始驯化犬类。

碳十四测年技术通过对考古遗址中含碳样品中放射性碳十四的检测,结合树轮分析校正来判定生物体死亡或含碳类沉积物形成年代至今的日历年代,进而推断遗址、遗迹、遗物或文化层的绝对年代。生物体死亡后,经过5730年左右,其体内的碳十四含量就会减少为原来的一半。因此,通过其衰变规律能够计算出生物体与大气之间停止交换的年代,进而得出生物体死亡的准确时间。随着碳十四测年技术的发展和成熟,所需的测年样本量更少、时间更短且精度更高。如今,我们可以直接测试炭化粟黍和动物骨骼等,为粟黍农业的起源及家畜的驯化提供准确的年代学证据。

有机残留物分析,是指从残留物载体中提取有机分子,利用科技检测手段进行定性、定量分析,判断有机残留物的生物来源,从而了解古代动植物的加工、利用和相关载体的功能等。先民在利用生物资源的过程中,有机分子可能会残留或沉积于器物、土壤、遗迹或人体组织等中。按照裸眼的可观测性,这些遗存分为可见残留物(液体、炭化物等)和不可见微量残留物(陶片上吸附的有机分子、牙结石中残留的蛋白质等)。如从陶片中提取粟黍的有机分子,利用多种科技检测手段进行分析,可以了解粟黍食物被加工、利用和食用的情况,进而揭示农业起源与传播等相关问题。目前,先民和动物牙结石上粟黍类淀粉粒和植硅体的发现、陶器残留物中粟黍类植硅体等的发现,有效揭示了粟黍类食物在早期先民生活中的作用,也为粟黍类食物的利用提供了重要的证据。

古DNA研究是基于现代分子生物学技术——分子克隆、聚合酶链式反应、杂交捕获、二代测序技术等扩增和测序技术等,融合生物信息学及遗传学的分析方法进行学科交叉研究。DNA是绝大多数生物的遗传信息载体,能从分子层面反映生物个体之间的差异。古DNA是保存在亚化石材料和沉积物里的片段极短、被降解的DNA。其中,亚化石材料包括如骨骼、牙齿、贝壳等硬组织材料,以及如木乃伊“皮肤”和毛发等的软组织材料。通过从这些材料中提取和解析古DNA信息,能够了解全球人群的活动与迁徙历史及家畜驯化的时间、路径等。以植物、家畜的起源和驯化为例,动植物遗骸中的古DNA记录了动植物生命个体发展和变化的痕迹。通过对古今家畜、植物及相应的野生种属中的DNA分子标记分析,比较它们之间的谱系及亲缘关系,即可了解家畜和农作物驯化的遗传特征。目前,对家猪、家犬及炭化粟黍的古DNA分析,已经初步勾勒出家畜及粟黍农作物“驯化”的时间框架。

3.先民会蒸煮食物,也能磨粟黍淀粉

目前,考古研究发现,距今2万年左右,在长江中下游地区的江西万年仙人洞,先民开始烧造陶器,并利用陶器蒸煮食物,特别是植物类食物。这创造了中国传统的食物加工方式和技术,即以粒食和蒸煮为主的食物加工传统。

随着全新世大暖期的到来,粟黍开始在华北地区被驯化和栽培。目前,考古工作者在距今1万年左右的南庄头遗址、东胡林遗址均浮选出有明确“驯化”特征的炭化粟黍实物。同时,在南庄头遗址、转年遗址和东胡林遗址的石磨盘、石磨棒等器物和陶器的表面提取到粟黍淀粉粒等植物微体化石。在南庄头遗址还发现了有明确驯化特征的家犬,而且它们的食物结构明显不同于野生动物群。显然,家犬的食物结构已经明显受到人类的影响,和先民形成了共生互惠关系。具体而言,粟黍一经被南庄头先民开发和利用,就直接或间接地成为家犬食物的重要来源。上述研究提供的证据链,为粟黍的驯化和起源提供了坚实的依据。

另外,距今9000年前后的家猪在淮河流域的舞阳贾湖遗址被发现。家猪一开始就与先民形成了密不可分的关系,它们需要先民的饲喂和管理。而在距今8000年前后的许多著名考古遗址,如大地湾、裴李岗、磁山和兴隆沟遗址等,都已发现大量的粟黍遗存。其中,磁山遗址发现80多处存有粟黍的窖穴,储存规模约有十万斤以上,同时,部分窖穴底部放置完整的猪和狗,显示此时的粟黍农业发展程度已完全可以支撑起家畜饲养。这些研究已经初步揭示了中国北方地区距今10000至8000年间粟黍栽培和家畜(猪和狗)驯化的演化历程。

4.以粟黍喂养家畜,农业迎来大发展

不过,粟黍在当时先民与家畜食物结构中的地位和贡献程度还比较低。例如,距今8300年的海岱地区后李遗址的先民和距今8000年前后的华北平原腹地磁山遗址的家猪,仅消费了有限的粟黍类食物。因此,这个时期先民主要依赖广谱型的狩猎、渔猎、采集经济。

其后,在距今8000至6000年左右的时间段,中国北方多个地区的粟黍农业逐步形成和发展。如海岱地区后李文化的小荆山、月庄等遗址,东北地区兴隆洼文化的兴隆沟遗址、白音长汗遗址,黄河流域及关中地区老官台文化的大地湾遗址、白家遗址、北刘遗址等,那里的先民和动物都长期稳定地消费了一定量的粟黍。

距今6000年左右,粟黍的炭化遗存及微体化石(植硅体和淀粉粒)在北方更广阔的区域被普遍发现,说明粟黍农业开始扩散到整个北方地区,也说明粟黍农业的快速发展。

相关研究显示,华北地区、燕山以北地区、中原及其周边地区、海岱地区等绝大多数考古遗址都发现了大量粟黍的炭化遗存和微体化石。同时,大量稳定同位素生物考古学的成果显示,我国北方先民和家畜越来越依赖粟黍农业,逐步稳定消费大量的粟黍类食物。也就是说,先民直接大量食用粟黍类食物,并利用粟黍类食物饲喂家猪和家犬。在此过程中,陕西关中的泉护村遗址还出现了与先民存在共生互惠关系的猫,这是粟黍农业防范鼠患的重要方法。

此外,日益丰富的陶器及其组合群,基本都与粟黍类食物的加工有关。随着粟黍农业进一步发展,越来越多的证据显示,多种陶器及其组合群参与到酿酒活动中,比如小口尖底瓶等。自此,酒开始在先民中传递。

距今6000至4000年前后,粟黍农业在中国北方迅速发展,成为先民生业经济中最重要的组成部分。随着史前横跨欧亚大陆文化的交流与传播,食物的全球化为我国北方增添了新的生产力要素,这丰富了粟黍农业的内涵。具体而言,小麦、牛、羊等外来动植物被引入到北方先民的生业经济中。同时,粟黍也在不断西传,成为传播到西域的第一批“信使”,也为“丝绸之路”的开通奠定了重要基础。

相关研究显示,麦类作物被利用的程度极低,几乎没有对先民和家畜的食物结构产生任何影响。然而,牛、羊在距今4500年左右传播到我国北方地区,就很快受到粟黍农业的显著影响。具体而言,先民除了放牧牛、羊外,还给它们添加粟黍类食物,如在冬春季节饲喂粟黍的秸秆等。然而,牛羊等外来生产力要素并没有侵占传统家猪的饲喂规模,而是和粟黍农业、家猪饲喂业和谐共进。这无疑大幅增加了物质资料的产出,成为人口增加、社会复杂化和文明诞生的坚实物质基础。

(作者系山西大学考古文博学院教授)


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