研究人員通過對骨骼表面痕跡進(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)對痕跡的多視角觀察、測量并進(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，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，反映人類對生存環(huán)境的行為適應(yīng)。而獲取動物性肉質(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)的動物骨骼中，一般都保留有人類演化過程中行為模式的豐富信息。如何有效地獲取這些遺存的動物骨骼中蘊(yùn)涵的大量信息也就成為了一個重要的科學(xué)問題。但是，目前國內(nèi)外學(xué)者對古人類遺址動物骨骼表面的痕跡研究所使用的方法均存在一定的缺陷。
在國家自然科學(xué)基金以及中科院知識**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物與古人類研究所副研究員裴樹文、吳秀杰等通過制作痕跡三維數(shù)字模型，對骨骼表面痕跡進(jìn)行多視角觀察和測量，并對其使用等值線分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對骨骼表面痕跡從平面到立體、從靜態(tài)到動態(tài)、從簡單數(shù)據(jù)測量到任意數(shù)據(jù)測量的研究，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)動方式、工具微磨損形態(tài)等。該研究是人們**對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)**。相關(guān)論文發(fā)表在新近出版的《科學(xué)通報》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物骨骼化石與古人類活動密切相關(guān)。”武仙竹介紹道，“古人類遺址中的動物種類組成、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，國內(nèi)外對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)者通過對非洲、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，我國學(xué)者的相關(guān)研究也取得了一些非常寶貴的成果：如中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員高星等人通過對三峽興隆洞遺址的研究，發(fā)現(xiàn)該遺址有人類*早有意識的刻畫作品。
不過，國內(nèi)外學(xué)者對古人類遺址動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?！斑@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。”武仙竹說道，“如進(jìn)行肉眼和手持放大鏡觀察時，對痕跡不能放大或放大倍數(shù)較小，滿足不了對痕跡微觀特征的分析，而且欠缺對觀察對象的圖像共享。使用體視顯微鏡和電子顯微鏡工作時，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)，在對痕跡的多視角觀察、測量和計算方面不方便使用。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題時，學(xué)術(shù)界尚缺乏較一致的標(biāo)準(zhǔn)?！?br>因此，在觀測技術(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，對于研究古人類行為特征及生活方式具有重要意義。
打造全新實(shí)驗(yàn)考古學(xué)方法
三維數(shù)字模型技術(shù)，在中國科技考古領(lǐng)域已經(jīng)有過成功應(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方面具有良好作用；其對分析痕跡性質(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對骨骼表面痕跡進(jìn)行三維掃描，制作痕跡三維數(shù)字模型，并使用相關(guān)軟件對痕跡進(jìn)行多視角(三維立體)觀察、測量并進(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**有2處明顯凹痕的大型哺乳動物管狀骨骨片化石是武仙竹等人的研究樣本。由于該研究對象不同于一般的實(shí)驗(yàn)標(biāo)本，而是古人類**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)過程中較大的難點(diǎn)。武仙竹等采用**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物的啃咬痕跡。在立體、多視角狀態(tài)下觀測痕跡，并對其進(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、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**的戳刺性行為痕跡。這是我國**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動物(骨骼)進(jìn)行的戳刺性行為；也是我國發(fā)現(xiàn)的人類*早的戳刺性行為痕跡?！斑@是科學(xué)認(rèn)識人類進(jìn)化過程的新證據(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、砍擊、砸擊、戳刺等行為特征，反映著古人類思維意識、行為模式等方面不同的進(jìn)化特征?！蔽湎芍裾f道，“我們對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)字模型這一全新技術(shù)在考古研究的應(yīng)用，也將為考古界從人類**的微觀痕跡中研究人類進(jìn)化過程、行為模式的變化過程等，提供切實(shí)可行的技術(shù)支撐?！?br>不過，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**區(qū)分動物啃咬痕跡與人工改造痕跡等復(fù)雜現(xiàn)象時，尚待進(jìn)一步探索和實(shí)踐。武仙竹說道：“但從我們的研究應(yīng)用來看，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，它是通過微觀痕跡現(xiàn)象去認(rèn)識人類演化中行為模式的重要技術(shù)途徑之一。”
“我國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代以后的考古研究作出更大的貢獻(xiàn)?！蔽湎芍?后說道。