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【前沿报道】Science Advances:锶同位素示踪人群和动物的迁移行为——以英国巨石阵为例
2019-03-26 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  考古学的重要主题之一是对古人类与动物迁移行为的探讨。传统考古学者主要借助器物、建筑和文化景观等证据间接反映迁移现象。近三十年来,随着地球化学分析手段的发展,锶同位素(87Sr/86Sr)逐渐成为研究迁移行为的有力工具,为探索古人类与动物迁移行为及与之相关的社会文化现象提供了直接证据(Bentley, 2006)。 

  87Sr87Rb衰变形成,矿物和岩石的锶同位素比值取决于初始Rb/Sr比值和基岩的年龄。由于质量数大,锶在表生环境中分馏非常小,在风化、成壤过程和生物循环中,87Sr/86Sr值基本保持不变。锶通过摄食和饮水进入生物体内,牙齿和骨骼形成时,锶以类质同象形式替换羟磷灰石中的钙,得以长期保存。牙齿萌出后,牙釉质成分不再发生变化。对比个体牙釉质87Sr/86Sr值与当地背景值的差异,可以揭示个体迁移行为的信息。 

  1985年,Ericson提出人类牙釉质和骨骼锶同位素能示踪古人类迁移活动。近年,关注焦点转向人类与动物迁移来源以及动因研究,探讨迁移行为指示的社会文化问题 

  英国南部大量的圆形石结构建筑是欧洲史前时期的标志性古迹,其中以巨石阵和埃夫伯利遗址最为著名。陶器组合和动物考古证据显示,这些建筑及其周边通常举行规模盛大的宴会活动,而猪是宴会上食用的主要动物。有研究认为,宴会的举行可能促进遗址附近人群的迁入,但关于迁移规模以及宴请覆盖范围的深入研究却鲜有报道。近日,英国卡迪夫大学Madgwick et al.2019)分析了巨石阵附近4个新石器时代晚期(2800-2400 BC)圆形石结构遗址出土的131头猪的牙釉质和下颌骨骨胶原的5种同位素(87Sr/86Sr, δ34S, δ18O, δ13Cδ15N),详细探讨了猪的迁移规模及来源问题。该成果近日在Science Advances上发表。 

  结果显示,所有遗址猪的5种同位素极差和IQR值(四分位距)均较大。以87Sr/86Sr值为例,尽管这些遗址所在的白垩纪碳酸盐岩87Sr/86Sr值较低,但猪牙釉质87Sr/86Sr值几乎包含了整个不列颠岛内的87Sr/86Sr值。对同位素结果的聚类分析显示,131头猪至少来自于24个不同的同位素地理单元,进而表明宴会中猪的来源相当复杂,且宴会的覆盖范围较为广泛。 

  作者进一步集成了英国境内其它不同时期遗址的动物同位素数据(图1)。相比于新石器时代中期(MN)和早期铁器时代(EI)遗址,本研究中4个遗址点地质背景较为单一,但是锶同位素比值呈现较大的极差和IQR值。此外,8个猪牙87Sr/86Sr高于0.7130,所占比例远高于英国南部其它遗址。以上均表明新石器时代晚期巨石阵周围中存在大量外来猪的迁入,揭示了宴会活动的举行促进了大规模的动物与人群迁移行为。 

1  四个研究遗址点与英国境内其它不同时期遗址点动物锶同位素对比(4个遗址点分别为Durrington Walls, Mount Pleasant, West Kennet Palisade EnclosuresMarden遗址,LN为新石器时代晚期,MN为新石器时代中期,EI为早期铁器时代,RB为罗马-不列颠时期,EM为中世纪早期)  

  作者还进一步对这些外来猪的规模与来源问题进行探讨。对比87Sr/86Srδ34S值发现(Evans et al., 2010; Nehlich, 2015),4个遗址中仅有少量的猪来自于本地。结合英国87Sr/86Sr背景值(图2),作者推测3个高值可能来自于英格兰和威尔士, 其它5个高值很有可能来自于苏格兰,此外δ34Sδ18O则显示遗址中部分猪来自于英国东部沿海区域,由此表明这些外来猪存在长距离的迁移行为。基于本研究,作者认为新石器时代早期的圆形石结构建筑不仅仅是区域的聚集中心,与之相关的宴会活动明显促使了英国境内大规模的人群和动物的迁移,由此加强了新石器时代晚期英国不同区域之间的联系与交流。 

2 英国Sr同位素比值背景图    

  尽管锶同位素是探讨迁移行为的强有力证据,作者也承认,即使用5种同位素共同约束,仍然无法准确判断这些猪的具体来源。目前,判断动物与人类来源的有效方法是建立高分辨率的锶同位素背景值,主要载体为生物可利用的地表水、地下水、植物及迁移能力较弱的动物Evans et al., 2010。然而,丹麦奥胡斯大学Thomsen and Andreasen 2019)最近发现,丹麦西部不受污染的地表水87Sr/86Sr平均值(0.7124)相对于其农田附近值(0.7097)明显偏高,而Sr浓度明显偏小(图3)。作者认为,这可能与农业中非钙质土中施撒石灰有关,该行为导致地表水的Sr浓度升高和87Sr/86Sr值降低。因此,在建立Sr同位素背景值时,农业活动的影响不能忽视。该成果同一天在Science Advances上发表。此外,存在的问题还包括:锶同位素难以区分地质背景相似地区的人口迁移、牙釉质和骨骼样品可能受到后期污染等。 

3 丹麦地表水Sr浓度和87Sr/86Sr比值

  总体而言,锶同位素在人类迁移研究中有重要优势和广泛应用。更重要的是,它与个体的丧葬行为结合,提供了更多的文化交流细节,帮助我们认识古代人群的生业方式和组织结构,甚至包括国家管理、区域间贸易与交换等更宏观的社会文化问题。    

  主要参考文献 

  Bentley R A. Strontium isotopes from the earth to the archaeological skeleton: A review[J]. Journal of Archaeological Method and Theory, 2006, 13(3): 135-187.(原文链接)

  Evans J A, Montgomery J, Wildman G, et al. Spatial variations in biosphere 87Sr/86Sr in Britain[J]. Journal of the Geological Society, 2010, 167(1): 1-4. (原文链接)

  Madgwick R, Lamb A L, Sloane H, et al. Multi-isotope analysis reveals that feasts in the Stonehenge environs and across Wessex drew people and animals from throughout Britain[J]. Science Advances, 2019, 5(3): eaau6078. (原文链接)

  Nehlich O. The application of sulphur isotope analyses in archaeological research: A review[J]. Earth-Science Reviews, 2015, 142: 1-17.(原文链接) 

  Thomsen E, Andreasen R. Agricultural lime disturbs natural strontium isotope variations: Implications for provenance and migration studies[J]. Science Advances, 2019, 5(3): eaav8083. (原文链接)    

  (撰稿:王学烨,唐自华/新生代室)

 
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