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『编者按』 随着人类社会知识的积累，学科划分亦愈来愈细，不止是“隔行如隔山”，同一学科不同研究方向之间的交流也很难深入。自上世纪60年代以来，越来越多的自然科学手段被应用到考古学中，文理交叉，催生了大量的新成果。在我国，由于自然科学的自身特点，很多重要成果多用英文发表在国际学术刊物上，使得新的研究成果不能尽快为国内知晓。这里，我们将陆续刊出一系列科普文章，介绍中国科学院研究人员利用植硅体、植钙体、淀粉粒等微体植物遗存在植物利用、植物驯化、农业起源与传播等方面的重要研究成果，以期促进学科之间的交流与合作。 两千年前的茶贸易：植钙体寻迹丝绸之路 “半壁山房待明月，一盏清茗酬知音。” 一知己，一杯茶，一轮明月，风雅了历史上无数文人墨客。茶，在中国，早已超越了饮品而蕴含了丰富的人文情怀，成为中国传统文化的代表之一。但是，追溯茶的历史，文献止于西汉，实物限于北宋。在考古遗址里，茶叶没有机会经火碳化，也不含有植硅体、淀粉等植物考古常见的研究对象，柔嫩的茶叶，腐烂在历史的长河里，踪迹难觅。 浙江余姚田螺山遗址距今六千多年的文化层中，出土了最古老的，与茶叶有关的植物遗存——一批山茶属植物的根(图1)。日本学者对其进行了木材显微结构分析，认为与栽培茶树相同；中国农业科学院茶叶研究所对其进行了化学成分检测，发现其茶氨酸含量接近于现代茶树。但是，这些证据并不能证明那时候的人采集茶叶作为饮品。 陕西的黄土埋皇上。西安以北，泾渭两河切割出的黄土塬上，埋葬着众多秦汉时期的帝王将相，汉景帝刘启的阳陵就是其中之一。1990-1994年，陕西省考古研究院发掘了阳陵86个外藏坑中的15个，编号为15的外藏坑东段以谷物为主，谷物已腐朽碳化，呈层状，厚度为2~8 厘米。谷物底部，发现有东西向的朽木，可能为木箱遗迹，但形状及规格已无法确定。据此推测，这些谷物当时可能由相应的官属机构分门别类地存放于木箱，并进行了封缄。2009年，中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院地质与地球物理研究所以及中国科学院植物研究所科研人员，利用植物种子形态分析及植硅体分析两种研究手段，确认这些遗存包含了谷子、黍子、水稻以及某种黎属植物种子，但当时对一份黑褐色样品的鉴定无能为力——虽然样品中可以分离出茶叶状的植物顶芽（图2）。 2005年，一辆驶过西藏阿里噶尔县门士乡古如江寺的载重卡车，突然陷入地面，地面随即出现一个巨大的坑洞，后发现是一座墓葬。从这座墓葬中清理出具有象雄文化特征的青铜器、陶器、草编、金面具、木器、丝绸等遗物，在出土器物中还发现了类似茶叶的残留物（图3）。这份残留物样品辗转数人，在2012年送到了中国科学院地质与地球物理研究所吕厚远研究员手中。  针对这些植物遗存的鉴定，吕厚远团队从最基础的工作做起。团队成员张健平博士，从45份茶叶、山茶科植物以及常见的非山茶科植物样品中提取植钙体，在正交偏光下观察它们的特征，寻找进行茶叶鉴定的指标。 植钙体，也就是植物体中的草酸钙晶体，是存在于岩石、土壤以及5个生物界（无核原虫界、真核原生生物界、真菌界、植物界和动物界）大多数生物体中的微矿化体。据估计，75%以上的被子植物中含有植钙体，其存在于根、皮、茎、叶、果实和种子等组织和器官中，并且具有不同的大小和形状。当植物组织腐烂或焚烧后，这些晶体保留在沉积物中，成为其植物的微体化石。 植钙体最常见的形态为簇晶、柱晶、针晶、棱晶和晶砂。张健平对现代样本的研究结果发现，簇晶和毛状体基部具有茶叶最显著的鉴定特征（图4）。茶叶的晶簇直径小（11.65–3.64 µm），毛状体基部具有4个明显的笔直而规则的裂隙。簇晶与钙化毛状体基部同时存在，就可以将茶和其它植物区别开来。 植物分类从科、属到种，特定种群的晶体形态和立体分布（即：晶体宏模式）各具特征。某些植钙体特有的形态特征可以用来鉴别食用植物和非食用植物（包括中草药）的不同部位，并已成功用于研究史前人类饮食状况。在植物大化石和植硅体保存较差的情况下，植钙体方法的应用尤为重要。吕厚远团队利用已经建立的茶叶植钙体形态特征，对汉阳陵与古如江寺出土的植物残体进行了植钙体分析，在这两份样品中均发现了现代茶叶所具有的晶簇和毛状基部，证明了这两份植物残体确确实实是茶叶（图4）。 当然，证据越多越好。茶叶有两个明确的生化标志物，咖啡因和茶氨酸，而茶氨酸目前被认为是茶叶所独有的物质。茶氨酸标准样品色谱峰的保留时间为1.54 m，所对应的质谱峰质荷比为176.1081；汉阳陵与古如江寺植物残体的色谱-质谱分析结果与茶氨酸标准样品完全一致，进一步证明这两份样品是茶叶（图5）。  汉景帝卒于公元前141年，阳陵的茶叶被吉尼斯世界纪录认证为这个世界上最古老的茶叶遗存；古如江寺墓葬测年结果为距今1800年，出土的茶叶却可能跟古老的贸易有关。茶树一般生长在年均温10 度以上，海拔2000 米以下的温暖、湿润的环境中，在高寒的青藏高原地区无法生长；印度开始种茶的历史仅有200 年，这些茶叶也不可能来自印度。茶叶到达西藏阿里很可能与2200 年前后汉代开通的丝绸之路有关，而丝绸之路的起点就在汉都城长安。越来越多的证据表明，丝绸之路从古长安，今西安出发可能并不只有一条路，它枝枝蔓蔓，尽可能串起散落在广袤大地上的城邑与村镇，形成当时的交通网络。阿里地区古如江寺出土的茶叶表明，至少在1800 年前，茶叶已经被交易到海拔4500 米的西藏阿里地区以供消费，那里，也许就是当时交通网络上的一个节点——丝绸之路的一条分支曾穿越高原。 参考文献： JianpingZhang, HouyuanLu, Peilin Huang. 2014. Calciphytoliths (calcium oxalate crystals) analysis for the identification of decayed tea plants (CamelliasinensisL.). Scientific Reports 4, 6703. Houyuan Lu, Jianping Zhang, Yimin Yang et al. 2016. Earliest tea as evidence for one branch of the Silk Road across the Tibetan Plateau.Scientific Reports 6, 18955. 经丝纬线：植硅体揭示七千年前的编织技术 苏绣、湘绣、粤绣和蜀绣，这些作为中华文明符号之一的纺织品，其折射的纺织技术，追本溯源，可能萌芽于远古时代的一缕发辫，一段草绳，一片苇编。但有血有肉有根有叶的东西经不起时间的消磨，史前考古遗址里留下最多的遗物都是“硬件”：用石头做的石器、变成石头的骨头、陶器、玉器，以及，浴火而生的红烧土。那些来自于动物毛发和植物纤维的手工制品，在整个地球上，其踪影至今只现身在两处旧石器时代遗址中：上世纪90年代，在捷克境内，两万六千年前的Pavlov遗址里，发现四块红烧土上有编织物的印痕，但这些织物的原料无从知道；十年后，考古学家在格鲁吉亚高加索山脚下的Dzudzuana洞穴遗址堆积物中，发现了超过1000根被染成黑色、灰色、蓝绿色和粉色的野生亚麻纤维——这个遗址最早的文化层距今三万多年。 在全新世早期，世界上发现有编织物的考古遗址依然寥寥无几，可见的报道有土耳其Çatalhöyük遗址、秘鲁的Guitarrero洞穴遗址、美国的Windover遗址，以及俄罗斯远东的两处发现。由于保存条件所限，中国境内更是缺乏同时期的发现，但在磁山、裴李岗、大地湾、跨湖桥等距今8000年上下的考古遗址，出土了纺轮、纺专和骨针，更晚一些的河姆渡遗址，除了上述遗物，还出土了很多原始织机的木质零部件以及芦苇编织物和绳子。古人制造陶器时，会用木棍缠着绳子在陶坯表面滚动，压印出简单排列或错综复杂的绳纹装饰。仙人洞遗址出土的具有绳纹装饰的早期陶片也许可以间接地证明，编织技术在中国境内出现的时间至少有万年以上。 湿热的中国南方让植物考古学家又恨又爱。恨的是，PH值小于7的酸性土壤，消蚀掉几乎所有的有机质；爱的是，突然有一天发现一处饱水遗址，完美呈现人类使用过的一草一木。史前文化发达的长江下游地区，由于水位埋深浅，编织品出现的几率远远高于其他地区——除了河姆渡遗址的苇编和绳子，中国最早的以野葛为原材料的编织品发现于距今6000年的草鞋山遗址文化层；距今4700年前的钱山漾遗址文化层，更是保存了数量可观的用竹、草、麻、丝编织的席子、篓子、篮子、簸箕、帽子、绳子、布料、刷子等各种物件。 浙江宁波田螺山遗址被发现时，大部分文化层都浸在水中。2004年，在浙江省文物考古研究所的主持下，开始对遗址进行发掘。边抽水边发掘，考古学家用十几年的辛苦，凿通穿越时光的隧道，让世人可以静看六七千年前的江南水乡：干栏建筑、舟桥码头、渔猎桑麻，种植水稻——那数不尽的鱼骨和碳化稻米，讲述着鱼米之乡的富庶与安逸。 田螺山遗址与河姆渡遗址，年纪相仿，保存条件相同，是河姆渡文化的姊妹花，同样，也发现了近三十片织物遗存。这些织物，面积最大的超过一平方米，厚度两毫米左右，但无法从泥土中进行剥离。发掘人员便将织物与其下的泥土一起切成一个土块保存起来，方便对其进行保护和进一步的研究。 年代最古老的一片织物发现于编号T204探方的第8层。这片残存的织物刚清理出来时是橙黄色，长度约半米，宽度从20-40厘米不等，经密和纬密均为每厘米4-6根，每根宽度约两毫米（图1），保存在一个50×40厘米的土块上。中国科学院地质与地球物理研究所的张健平博士在这个土块的一角剥离了几段织物残片，送到Beta实验室进行AMS碳-14年代测定以获得织物的直接年代，又在那个角上切了2×2厘米的一份样品，对织物进行植硅体分析以确定其原材料，对织物两面的附着物进行植硅体和淀粉粒分析以辅助了解其功能，同时，因为东亚地区早期织物的原材料一般都来自于麻、芦苇、竹、香蒲等植物，他强化了对现代普通芦苇（Phragmitesaustralis）和香蒲（Typhaorientalis）的植硅体研究，并与中国科学院地质与地球物理所现代植硅体数据库中竹亚科（Bambuseae）和水稻（Oryza sativa）的植硅体进行了对比。 AMS碳-14测年结果告诉我们，这片织物编织的年代在距今6700-6600年前。织物两面附着物里没有提取到任何食物淀粉，在统计的400颗植硅体里，只发现了来自水稻的一颗双峰型和两颗扇形植硅体。研究者因此推测，这片织物应该不是装食物的容器的残件，更可能是席子一类编织物。那这张席子的原材料是什么？ 研究人员从织物样品里提取到了大量的植硅体。这些植硅体主要呈三种形态，n型、帽型和硅化的毛细胞类型，其形态参数与现代样品中的芦苇几近相同（图2）！  由于这片织物平整而紧密，经纬篾片窄小而均匀，研究人员推测织物应该是用原始织机织就——想想同时期河姆渡遗址出土的织机零部件，这个推测应该是合理的。因为很多编织物与食物的贮藏、加工以及人类的定居生活有关，而且，在中国，纺轮等编织工具多出土在磁山、裴李岗、大地湾、跨湖桥这类具有早期粟作农业和稻作农业活动的遗址，研究人员还认为，中国境内编织物的出现可能与农业的发生发展有关。当然，这些推测还需要更多的考古发现和研究工作。 据说，在新石器时代，纺轮主要出土在女性墓葬。男人在田地挥汗如雨，女人在家园经丝纬线，男耕女织，桑麻满圃的中国传统田园生活，确实源远流长！ 参考文献： Jianping Zhang, Houyuan Lu, Guoping Sun et al. 2016. Phytoliths reveal the earliestfine reedy textile in China at theTianluoshan site. Scientific Reports, 6:18664. 链接:自然科学领域的三大刊物 《Cell》（《细胞》），《Nature》（《自然》）和《Science》（《科学》），简称CNS，是自然科学研究人员最向往的三大刊物。作为综合性期刊，虽然《Nature》和《Science》有时为了追求研究成果的新闻性和新奇性而忽略学术性屡遭诟病，但大部分研究论文还是代表了学科发展的最前沿。 影响因子，即某期刊前两年发表的论文在这两年中被引用总次数除以该期刊在这两年内发表的论文总数所得到的值，是目前国际上通行的期刊评价指标，《自然》今年是38.138，《科学》是34.661，而中国最好的综合类刊物《科学通报》（《Science Bulletin》）是1.789。 这一系列科普论文，主要发表在《美国科学院院报》（Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America，简称PNAS）、《科学报告》（Scientific Reports）、《美国公共科学图书馆﹒综合》（PLOS ONE）等综合刊物，以及《考古与人类科学》（Archaeological and Anthropological Sciences）、《国际第四纪》（Quaternary International）等专业刊物上。 《美国科学院院报》虽然影响因子不到10（2016年为9.423），但在学术界与《自然》和《科学》齐名。与《自然》和《科学》不同的是，它更注重学术性，且刊登的主要是学术研究论文。刊物创建于1912年，每周发行一次，发表自然科学与社会科学方面的研究成果。 美国科学公共图书馆（the Public Library of Science，简称PLOS），是一家由众多诺贝尔奖得主和慈善机构支持的非赢利性学术组织，创立于2000年10月。起初，该组织号召期刊出版机构为研究人员提供文献全文的免费获取，但响应者寥寥，于是从2003年开始，PLOS自己陆续出版了8种生命科学与医学领域的期刊，可以免费获取全文。PLOS ONE创办于2006年，属综合类刊物。该刊物在2008年由周刊改为日刊，近几年每年发表论文三万余篇，2013-2014年一直是世界上最大的开放网络期刊，但随着发文量的巨增，文章质量良莠不齐，影响因子一路跌至2016年的3.057。 《科学报告》是Nature出版集团仿照PLOS模式在2011年创办的开放式网络刊物，影响因子从2012年的2.927一路飙升至2015年的5.228，并于今年超过PLOS ONE成为最大最好的开放期刊。 与考古科学（Archaeological Science）有关的专业期刊主要有《Journal of Archaeological Science》（《考古科学》）、《Archaeometry》（《科技考古》）、《Archaeological and Anthropological Sciences》(《考古科学与人类科学》)、《Vegetation History and Archaeobotany》（《植被历史与植物考古》）等，影响因子多在2.0上下。 国际第四纪科学领域的一些刊物，如《The Holocene》（《全新世》）、《Quaternary Science Reviews》（《第四纪科学评论》）、《Quaternary International》（《国际第四纪》），也经常刊登与自然环境变化有关的植物考古、动物考古及环境考古方面的论文。 上述所有期刊，除《自然》与《科学》外，发表文章都需要支付版面费，没有稿费。所有投稿都是同行科学家义务评审，除网络开放期刊《美国公立科学图书馆﹒综合》和《科学报告》可以免费获取全文外，其他刊物都需要付费购买文献数据库才能下载阅读。 （原文刊于：《中国文物报》2016年9月13日5版） (责任编辑：admin) |