體視顯微鏡在考古學(xué)中的應(yīng)用

體視顯微鏡在考古學(xué)中的應(yīng)用
　　研究人員通過(guò)對(duì)骨骼表面痕跡進(jìn)行三維掃描，制作出痕跡三維數(shù)字模型，并使用體視顯微鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)痕跡的多視角觀察、測(cè)量并進(jìn)行正投影等技術(shù)分析，從而建立一種新的實(shí)驗(yàn)考古學(xué)方法。
　　古人類在演化的過(guò)程中，為生存和適應(yīng)環(huán)境，發(fā)生了腦量增加、身體機(jī)能及形態(tài)大小改變等生物學(xué)特征的變化；同時(shí)，其行為模式也經(jīng)歷了一系列演化，包括制造與使用工具、用火、狩獵等在內(nèi)的行為模式，反映人類對(duì)生存環(huán)境的行為適應(yīng)。而獲取動(dòng)物性肉質(zhì)蛋白是促進(jìn)古人類演化進(jìn)步的*重要的適應(yīng)性特征之一。這種行為特征一般是通過(guò)狩獵、宰殺和敲骨吸髓等肉食行為完成的。因此，在古人類遺址發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物骨骼中，一般都保留有人類演化過(guò)程中行為模式的豐富信息。如何有效地獲取這些遺存的動(dòng)物骨骼中蘊(yùn)涵的大量信息也就成為了一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題。但是，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)古人類遺址動(dòng)物骨骼表面的痕跡研究所使用的方法均存在一定的缺陷。
　　在國(guó)家自然科學(xué)基金以及中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目等的資助下，重慶師范大學(xué)教授武仙竹與中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所副研究員裴樹(shù)文、吳秀杰等通過(guò)制作痕跡三維數(shù)字模型，對(duì)骨骼表面痕跡進(jìn)行多視角觀察和測(cè)量，并對(duì)其使用等值線分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)骨骼表面痕跡從平面到立體、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)測(cè)量到任意數(shù)據(jù)測(cè)量的研究，從而有效地分析痕跡性質(zhì)（痕跡產(chǎn)生原因），以及產(chǎn)生痕跡的工具類型、刃口形狀、工具運(yùn)動(dòng)方式、工具微磨損形態(tài)等。該研究是人們首次對(duì)古人類戳刺性痕跡現(xiàn)象進(jìn)行專業(yè)技術(shù)分析，而通過(guò)三維數(shù)字模型技術(shù)研究痕跡現(xiàn)象的方法，同樣是一種技術(shù)創(chuàng)新。相關(guān)論文發(fā)表在新近出版的《科學(xué)通報(bào)》第54卷第12期上。
　　信息提取方法期待突破
　　“古人類遺址中埋藏的動(dòng)物骨骼化石與古人類活動(dòng)密切相關(guān)?！蔽湎芍窠榻B道，“古人類遺址中的動(dòng)物種類組成、骨骼部位、骨骼破碎情況及骨骼表面痕跡等，是研究古人類適應(yīng)環(huán)境、食物選擇、獲取食物的方式以及工具使用等方面的基本素材?！?br/>　　事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外對(duì)于古人類遺址骨骼表面的人工痕跡的研究已經(jīng)是碩果累累。西方學(xué)者通過(guò)對(duì)非洲、歐洲古人類遺址骨骼表面的切割痕跡進(jìn)行觀察，提出了痕跡鑒定的一些方法與標(biāo)準(zhǔn)，并就原始人類狩獵、屠宰行為和左右手使用習(xí)慣等展開(kāi)了積極探索。而在西方學(xué)者根據(jù)骨骼化石表面痕跡熱烈討論史前人類的行為、文化時(shí)，我國(guó)學(xué)者的相關(guān)研究也取得了一些非常寶貴的成果：如中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員高星等人通過(guò)對(duì)三峽興隆洞遺址的研究，發(fā)現(xiàn)該遺址有人類*早有意識(shí)的刻畫(huà)作品。
　　不過(guò)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)古人類遺址動(dòng)物骨骼表面的痕跡研究，主要采用的還是肉眼、手持放大鏡、體視顯微鏡及電子顯微鏡等觀察方法。“這些方法皆有一定的作用，可以提取大量信息，但也都存在有一些局限性?！蔽湎芍裾f(shuō)道，“如進(jìn)行肉眼和手持放大鏡觀察時(shí)，對(duì)痕跡不能放大或放大倍數(shù)較小，滿足不了對(duì)痕跡微觀特征的分析，而且欠缺對(duì)觀察對(duì)象的圖像共享。使用體視顯微鏡和電子顯微鏡工作時(shí)，能夠?qū)圹E放大觀察，并且在配備攝像鏡頭等現(xiàn)代光學(xué)設(shè)備的前提下，可提供圖像資源共享。但它們所提取的信息主要反映痕跡平面結(jié)構(gòu)，在對(duì)痕跡的多視角觀察、測(cè)量和計(jì)算方面不方便使用。由于現(xiàn)階段痕跡研究方法均有一定局限，所以，在由微觀痕跡特征（指痕跡運(yùn)行方向、工具對(duì)痕跡底部與壁面的改造、痕跡產(chǎn)生順序等方面）分析人類行為與文化等問(wèn)題時(shí)，學(xué)術(shù)界尚缺乏較一致的標(biāo)準(zhǔn)?！?br/>　　因此，在觀測(cè)技術(shù)和手段方面采用新方法進(jìn)一步提取骨骼表面痕跡的信息，對(duì)于研究古人類行為特征及生活方式具有重要意義。
　　打造**實(shí)驗(yàn)考古學(xué)方法
　　三維數(shù)字模型技術(shù)，在中國(guó)科技考古領(lǐng)域已經(jīng)有過(guò)成功應(yīng)用的案例，有學(xué)者曾經(jīng)將其用于先秦水稻植硅體和玉器工藝研究。武仙竹指出，三維模型方法在立體圖像建造和顯微觀測(cè)方面具有良好作用；其對(duì)分析痕跡性質(zhì)（痕跡產(chǎn)生原因），以及產(chǎn)生痕跡的工具類型、刃口形狀、工具運(yùn)動(dòng)方式、工具微磨損等方面均有較好作用。
　　武仙竹等人的研究就是想通過(guò)對(duì)骨骼表面痕跡進(jìn)行三維掃描，制作痕跡三維數(shù)字模型，并使用相關(guān)軟件對(duì)痕跡進(jìn)行多視角（三維立體）觀察、測(cè)量并進(jìn)行正投影等值線技術(shù)分析。從而建立一種新的實(shí)驗(yàn)考古學(xué)方法，研究古人類的行為特征與生活方式。
　　一片從湖北鄖西白龍洞古人類遺址出土的外表面遺留有2處明顯凹痕的大型哺乳動(dòng)物管狀骨骨片化石是武仙竹等人的研究樣本。由于該研究對(duì)象不同于一般的實(shí)驗(yàn)標(biāo)本，而是古人類遺留的珍貴文物，所以既要保證標(biāo)本的完好，又要取得較高精度的數(shù)據(jù)，是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中較大的難點(diǎn)。武仙竹等采用精確的復(fù)制方法，以5微米的精度復(fù)制了該標(biāo)本。
　　*步工作是確定這兩處凹痕是人工痕跡而非嚙齒類和食肉類動(dòng)物的啃咬痕跡。在立體、多視角狀態(tài)下觀測(cè)痕跡，并對(duì)其進(jìn)行等值線特征分析后，武仙竹等準(zhǔn)確認(rèn)定凹痕為人工痕跡。
　　人工痕跡可能由多種行為原因造成，如砍切、砸擊、摔擊、戳刺、刻畫(huà)、割鋸等。其行為方式有可能是孤立發(fā)生的一次性行為，也可能是有目的有規(guī)劃的連續(xù)性行為。那么這兩處凹痕究竟是怎么形成的呢？
　　武仙竹等在研究中發(fā)現(xiàn)，該標(biāo)本上的兩處凹痕是中更新世早期古人類遺留的戳刺性行為痕跡。這是我國(guó)首次以技術(shù)分析的方法，準(zhǔn)確判斷出古人類使用尖刃工具對(duì)動(dòng)物（骨骼）進(jìn)行的戳刺性行為；也是我國(guó)發(fā)現(xiàn)的人類*早的戳刺性行為痕跡。“這是科學(xué)認(rèn)識(shí)人類進(jìn)化過(guò)程的新證據(jù)?！蔽湎芍駨?qiáng)調(diào)。
　　根據(jù)痕跡數(shù)字模型和等值線分析，武仙竹等還發(fā)現(xiàn)史前工具在每一次使用過(guò)程中均可觀察到較明顯的消耗現(xiàn)象，這為在研究中根據(jù)工具痕跡研究史前工具生產(chǎn)與工具使用提供了科學(xué)基礎(chǔ)。
　　新型技術(shù)尚待進(jìn)一步完善
　　“切割、刻畫(huà)、砍擊、砸擊、戳刺等行為特征，反映著古人類思維意識(shí)、行為模式等方面不同的進(jìn)化特征?！蔽湎芍裾f(shuō)道，“我們對(duì)湖北白龍洞古人類遺址中這一寶貴的痕跡標(biāo)本的成功研究完全得益于三維數(shù)字模型技術(shù)的應(yīng)用，而三維數(shù)字模型這一**技術(shù)在考古研究的應(yīng)用，也將為考古界從人類遺留的微觀痕跡中研究人類進(jìn)化過(guò)程、行為模式的變化過(guò)程等，提供切實(shí)可行的技術(shù)支撐?！?br/>　　不過(guò)，武仙竹強(qiáng)調(diào)指出，三維數(shù)字模型技術(shù)本身尚處在發(fā)展之中，應(yīng)用上還有盲區(qū)，它對(duì)器物內(nèi)腔特征（如器物內(nèi)壁凹紋）就難以獲取有效數(shù)據(jù)。而且三維數(shù)字模型技術(shù)在全面區(qū)分動(dòng)物啃咬痕跡與人工改造痕跡等復(fù)雜現(xiàn)象時(shí)，尚待進(jìn)一步探索和實(shí)踐。武仙竹說(shuō)道：“但從我們的研究應(yīng)用來(lái)看，三維數(shù)字模型技術(shù)在解決痕跡和工具之間的關(guān)聯(lián)性上具有優(yōu)勢(shì)，它是通過(guò)微觀痕跡現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)人類演化中行為模式的重要技術(shù)途徑之一?！?br/>　　“我國(guó)有豐富的古人類資源，保留了大量古人類遺存的行為痕跡現(xiàn)象。我們準(zhǔn)備采集更多的相關(guān)標(biāo)本，從古人類遺存的行為痕跡入手，對(duì)古人類的行為模式、思維習(xí)慣演化等作更系統(tǒng)和深入的研究。此外，人類行為痕跡現(xiàn)象實(shí)際上還存在于各種新石器時(shí)代以后的標(biāo)本上。該方法的成功應(yīng)用，今后也能夠?qū)π率鲿r(shí)代以后的考古研究作出更大的貢獻(xiàn)?！蔽湎芍?后說(shuō)道。