Виробництво березового дьогтю не доводить складності поведінки неандертальців

Відредаговано Річардом Г. Клейном, Стенфордський університет, Стенфорд, Каліфорнія, та затверджено 25 липня 2019 року (отримано для огляду 28 червня 2019 року)

дьогтю

Значимість

Ми знайшли раніше невідомий спосіб отримання березового дьогтю. Замість створення пізнавальних вимогливих конструкцій (під землею або в контейнерах), цей метод полягає у простому спалюванні кори поблизу бруківки у вогнищі. Смола осідає на камені і її можна зішкребти для використання. Такий підхід до інтерпретації раннього дьогтю розгадує таємницю пов'язаної та досі незрозумілої ранньої технічної складності та забезпечує "відкритий" шлях до однієї з найдавніших піротехнологій. Ці результати мають значення для нашого тлумачення березового дьогтю в археологічних записах: Березовий дьоготь лише з ранніх археологічних контекстів вже не може свідчити про наявність сучасного пізнання та/або культурної поведінки в неандертальців.

Анотація

Результати

Ми проводили систематичні експерименти, використовуючи умови, що відбуваються під відкритим небом. Спочатку ми перевірили, чи утворюється смола під час горіння, коли береза ​​все ще прикріплена до деревини в пористому просторі між корою та стеблом - коли гілки освітлені лише частково або коли відокремлена кора розміщена на вуглинках. У цих умовах не спостерігалося утворення смоли, підкреслюючи, що березовий дьоготь не є побічним продуктом вогнищ березового дерева під відкритим небом.

Потім ми перевірили, чи утворюватиметься дьоготь при спалюванні кори берези (Betula pendula) поодинці, тобто відірвавшись від деревини. Ця ситуація, ймовірно, була частою в минулому, оскільки береста - це 1) природний трут (19) (добре горить, навіть коли мокрий) і 2) легко збирається як з дерев, так і (ще простіше) з лісових покривів, де береста залишається впізнаваною та корисною протягом деякого часу після того, як дерев’яне ядро ​​вже згнило.

Спалення березової кори на кам'яній поверхні не дало впізнаваної кількості смоли. Потім ми спалили кору берези збоку від каменю, тобто поруч із твердою поверхнею, що підвертається. У цій ситуації на межі поділу між каменем та полум’ям утворився чорний блискучий осад (під час послідовних пробіжок ми використовували різноманітну річкову бруківку з рівними поверхнями, включаючи кварц, вапняк та мул). Спалювання берези біля таких каменів, швидше за все, часто траплялося в минулому, а також ми отримали подібні результати, використовуючи кісточку замість каменю. Прилипаюча речовина відразу була липкою на дотик і залишалася липкою при зіскрібку з теплої поверхні. З цього ми робимо висновок, що наша перша мета вже була досягнута: виробництво смоли може бути випадковим і навіть вірогідним результатом повсякденної діяльності для будь-якої групи, що розводить пожежі березою.

З цього спостереження ми створили мінімально складний протокол, який накопичуватиме липкий матеріал під час численних спалювальних подій. Кожна подія повторювала основну техніку, тобто шматочок берести (який, природно, котиться) запалювали і спалювали біля річкової бруківки (полум'я палаючої кори вимірювали при 600 до 700 ° C за допомогою термопари). Бруківка була покладена на землю, щоб отримати рівну, округлу поверхню, злегка нависаючу над палаючою корою, у нашому випадку утворюючи кути між ∼60 ° і ∼80 ° з землею (рис. 1 A і B). Повторивши цю процедуру спалення 2 або 3 рази, камінь піднімали, а (чорний і липкий) матеріал (надалі смола) вискоблювали з бруківки за допомогою кам'яного інструменту (невелика пластівця, виготовлена ​​самостійно, вміння, яке можна взяти для неандертальців) перед повторенням процесу (рис. 1С).

Експериментальне виготовлення березового дьогтю методом конденсації. (А) Схематичне креслення експериментальної установки: бруківка (1) з похилою поверхнею, що нависає над шматком березової кори (2), використовується як опора для конденсації березового дьогтю безпосередньо над палаючою корою (3). (B) Фотографія, зроблена під час експериментів із використанням установки, показаної в A. (C) Фотографія поверхні бруківки, де можна зішкребти смолу, та кам’яного інструменту, який використовується для вишкрібання. (D) Фото шматочка смоли 0,62 г, виробленого за один 3-годинний сеанс (включаючи збір кори).

Можна отримати смолу з корою, зрізаною з живих дерев берези та/або мертвою корою, зібраною з лісового покриву. Для оцінки продуктивності останнього методу з точки зору виходу смоли ми зібрали мертву кору берези (оскільки її легше накопичувати, ніж свіжу кору) з 20-метрової трансекти шириною 4 м у березовому лісі (загальна кількість площа 80 м 2). Це дало 600 г мертвої кори за час збору 27 хв. При спалюванні методом конденсації кожні 100 г мертвої кори утворювали 0,18 г смоли (в середньому за 3 вимірюваннями: 0,11, 0,08 та 0,13 г смоли з 57,7, 59,5 та 60,2 г кори відповідно). В іншому експерименті ми отримували 0,1 г смоли з мертвої кори приблизно кожні 25 хв, використовуючи одночасно 1 бруківку (загалом за цей експеримент було зроблено 0,62 г; див. Рис. 1D). Хоча вихід смоли за допомогою нашої методики конденсації в 5 1/2 рази нижчий, ніж при використанні техніки спалення кори під попелом і вуглинками - можливо "найпростіший" з більш складних методів відновлення (2) - він тим не менше виробляється корисна кількість смоли (див. також нижче) за порівнянний проміжок часу. (Виготовлення смоли методом конденсації було знято, і це можна побачити у фільмі S1.)

Для оцінки фактичної придатності нашого методу конденсації для виробництва смоли (і кількості, що виробляється в розумні часові рамки), ми використали наш смолу для виймання балтійської кремінної пластівці та провели 2 експерименти з використанням інструменту, спочатку в контрольованому, за допомогою роботи встановлення (вишкрібання деревини) (рис. 2А) і, згодом, в актуалістичному (знешкодження кісток) (рис. 2Б). Для цих експериментів ми використали 0,6 г чистого (не змішаного) дьогтю, отриманого методом конденсації (накопиченого за один 3-годинний сеанс, включаючи час збору сировини). Компоненти хафтингу складалися з кам'яного долота, вставленого та закріпленого березовим дьогтем (нагрітого полум’ям і закапаного на вал) у дерев’яний циліндр (діаметром 31,5 мм, довжиною 75 мм) із прорізом глибиною 12 мм на 1 кінець (ширина 7 мм).

Аналіз березового дьогтю, отриманого методом конденсації. (A) експериментальна установка з використанням роботової руки для вишкрібання деревини в контрольованих умовах. (B) Актуалістичний експеримент дефлешінгу з використанням того самого інструменту, що зроблений так, як і в A. (C) Три фотографії, зроблені одним зразком у різні моменти під час випробування на зсув на колінах, (зліва) 93,3 МПа до пластичної деформації смоли; (Середній) 90,7 МПа на початку пластичної деформації; і (праворуч) після виходу смоли з ладу. (D) Хроматограма смоли, виготовлена ​​за допомогою конденсаційної техніки, що показує біомаркери та маркери термічної обробки: 1 = лупа-2,20 (29) -дієн; 2 = α-бетулін I; 3 = лупа-2,20 (29) -дієн-28-ол; 4 = люпеол; 5 = бетулін. RT, час утримання.

Ми запрограмували маніпулятор робота (KUKA LWR 14), щоб перетягнути ручний інструмент по дерев’яній панелі при постійному вертикальному навантаженні (рис. 2А). Після кожного удару рука переміщала інструмент по повітрю до тієї самої вихідної точки (Movie S2). Ми вибрали довжину ходу 19 см і силу донизу 100 Н і робочий кут 60 °. Весь експеримент з роботом зайняв ~ 19 хв із загальною кількістю 170 ударів, які тягнула рука робота; ми не спостерігали ослаблення адгезійного зв’язку між каменем та його стволом.

Слідом за цим той самий ручний інструмент був повторно використаний в експерименті ручного різання, дефлешуючи фрагмент стегна литки стегна довжиною 30 см (Bos spec.). Метою було видалити решту м’яса та окістя. Поперечні вишкрібання та рухи поздовжнього різання, а також рубання виконувались із використанням повного тиску, необхідного для завершення дефлешування. Експериментальної мети було досягнуто через ~ 20 хв, після чого ми очистили і критично оглянули ствол. Ми не спостерігали відшарування або ослаблення смоли, що з'єднувала кам'яний інструмент з його рукояткою (експеримент був знятий на відео, і це можна побачити у фільмі S3). Таким чином, смола, вироблена методом конденсації, чудово застосовується як у контрольованих лабораторних, так і в реальних умовах праці, одночасно представляючи очікувані адгезивні властивості.

Обговорення та висновки

Здавна вважалося, що виробництво березового дьогтю відбувається лише при виключенні кисню (2), тобто в технологічно складних та/або малоймовірних умовах. Середовище, що скорочується, дозволяє зберегти кілька хімічних компонентів, які в іншому випадку можуть згоріти (5). Це змусило багатьох дослідників запропонувати виробництво березового дьогтю з використанням систем опалення, які створюють анаеробні умови в контейнерах або під землею (наприклад, «глиняний замок», яєчна шкаралупа, кріплення для попелу, керамічні контейнери тощо; посилання 2, 8 і 27). Однак ми виявили, що корисна кількість березового дьогтю утворюється в повністю оксигенованих середовищах, просто як перерозподіл на поверхню, у тому, що ми називаємо методом конденсації. Основним хімічним процесом є, ймовірно, суха дистиляція, що стосується методів, що використовують відновлювальні умови, оскільки хімічні компоненти смоли проходять газоподібною фазою перед конденсацією на поверхні. Чи буде це виснаження кисню внаслідок горіння поблизу або просто повільне окиснення - кінетика реакції, яка запобігає вигорянню смоли, не можна вирішити без подальших аналізів.

Таким чином, хоча наші експерименти не з'ясовують хімії, пов'язаної з утворенням смоли за допомогою нашого методу конденсації, вони показують, що створення анаеробних систем, як описано попередніми авторами (див., Наприклад, посилання 5), не є необхідним для виготовлення смоли. Ідентифікація березового дьогтю на археологічних розкопках більше не може розглядатися як ознака поведінки людини (складна, культурна), як передбачалося раніше (наприклад, посилання 3, 14 та 28). Іншими словами, наша знахідка змінює підручникове мислення (29, 30) про те, з чого складається смола.

Як показують наші результати, виробництво дьогтю не вимагає складного пізнання та великої глибини планування, і це може бути результатом простого зіставлення 2 повсякденних предметів неандертальців (березової кори та кам’яних чи кісткових поверхонь), отриманих в результаті горіння/догляду за вогнем. Хоча деякі частини (розпалювання/догляд за вогнем - див. Поточну дискусію про те, чи змогли неандертальці розпалювати вогонь [31, 32] - і, можливо, гафтування саме по собі) можуть бути хорошими показниками складного, сучасного людського пізнання, Техніка конденсації сама по собі не є: одне лише повторення зближення 2 об’єктів та збору ресурсу цілком відповідає когнітивній силі навіть нелюдських мавп (33, 34). Отже, природного (замість культурного) інтелекту неандертальців, можливо, вистачило, щоб метод конденсації 1) вводився інноваційно, можливо, навіть кілька разів, і 2) зберігався в популяціях за допомогою процесу «соціально опосередкованих серійних реновацій» (35) . Останнє явно є випадком мінімальної культури (36). Однак, оскільки мінімальна культура дуже поширена у тваринному світі, це не тільки в межах передбачуваних можливостей неандертальців, але і навіть для найперших гомінінів (37).

Однак більш відмітним питанням є те, чи можна виготовлення березового дьогтю використовувати як проксі для здатності неандертальців проявляти „кумулятивну культуру” (38). У кумулятивній культурі передача культури шляхом фактичного копіювання методів, а не соціально-опосередкованих реновацій, з часом неодмінно призводить до культурно-залежних рис (39) - рис, які неможливо або навряд чи можна буде відновити. Можна стверджувати, що це не стосується виробництва смоли за допомогою такого простого методу, як метод конденсації (див. Вище).

Ця знахідка важлива, оскільки сучасна людська культура спирається на залежать від культури риси, і в даний час дискутується, які гомініни (і коли, і як часто) мали такі залежать від культури риси (37, 40, 41). Щоб пролити світло на ці невизначеності, навантажені наслідками для еволюції людини, нам потрібен підхід до археологічних знахідок, який базується на даних, щоб визначити, які і коли вони мають ознаки залежності від культури. Що стосується виробництва смоли, то присутність смоли в археологічних записах вже не може вважатись надійним випадком залежних від культури ознак у гомінінів, оскільки метод конденсації, який ми описуємо, навіть видається найбільш вірогідним методом - потенційно завжди серійно відновлюваним, а не скопійовано - за допомогою якого неандертальці виробляли смолу.

Подальша перспектива, яка дозволить пролити світло на цю гіпотезу, - порівняння відомих артефактів, пов’язаних з палеолітичним березовим дьогтем, з матеріалом, виробленим нашим власним експериментальним виготовленням смоли. Дійсно, в Інден-Альтдорфі була знайдена бруківка з пісковика, покрита чорною смолою (ще не підтверджена, що походить від берези). Незважаючи на те, що бруківка в даний час трактується як реципієнт для збору смоли в підземній споруді (6), ми відзначаємо вражаючу схожість із покритою смолою бруківкою, яку ми виготовили за допомогою власної техніки конденсації (порівняйте рис. 1 B та C з рисунком 3 посилання 42). Таким чином, наразі наявні археологічні дані не суперечать нашій гіпотезі, і ми прогнозуємо, що майбутній детальний аналіз нових знахідок повинен посилити наші інтерпретації раннього виготовлення березового дьогтю.

Наші висновки не обов'язково приводять до висновку, що неандертальці не були здатні проводити складні процедури, а також що вони не були здатні до абстрактного мислення чи великої глибини планування. Насправді, про сучасність неандертальців було переконливо аргументовано на основі цілого набору поведінки (наприклад, посилання 1). Ми лише зауважимо, що в археологічній науці загалом аргументування абстрактних понять, таких як сучасність чи складне пізнання, в минулих групах населення не повинно покладатися лише на високо інтерпретаційні моделі виробничих шляхів конкретних матеріальних знахідок. Радше слід покладатися на інтерпретацію фактично виконаних етапів, що підтверджується прямими археологічними даними. Якщо це неможливо, як у випадку з березовим дьогтем, де прямих доказів техніки, використовуваної неандертальцями, все ще бракує, наші результати підкреслюють, що єдиною життєздатною інтерпретацією наслідків матеріалу є визнання найпростішого можливого шляху, за яким їх можна виробляти. Тому вже не можна використовувати раннє виготовлення березового дьогтю як проксі для складної культурної поведінки неандертальців.

Методи

Робот Arm.

Промисловий робот-кронштейн (KUKA LWR 14) був запрограмований перетягувати інструмент прямими ходами довжиною 19 см по дерев'яній панелі. Після кожного удару інструмент переміщався по повітрю до тієї самої вихідної точки. Знижувальна сила утримувалася на рівні 100 Н, а робочий кут між землею та підйомом підтримувався на рівні 60 °. Загалом було виконано 170 ударів, що відповідає тривалості ~ 19 хв.

Експерименти з ручного різання.

Стегно теля довжиною 30 см, придбане у місцевого м’ясника після попереднього вилучення м’яса, було піддано вишкрібанню та рубанню рухом 39-річного 75-кілограмового чоловіка (РІ) з метою видалення решти м’яса і окістя в найкоротші терміни. Спочатку було зроблено поздовжній розріз уздовж окістя з використанням інструменту поздовжньо, після чого виконувались зішкрібні рухи за допомогою інструменту поперечно. Для остаточного відшарування окістя було потрібно злегка жорстоке руйнування, тим більше, що край інструменту був затуплений попереднім експериментом.

Механічні випробування.

Випробування на зсув на коліна проводили за допомогою універсальної випробувальної машини Instron 4502 з підвішеними натяжними рукоятками Кардана, де коліна встановлювали вертикально і розривали зі швидкістю 1 мм хв -1. Кола були вирізані та точно відшліфовані за специфікацією Populus товщиною 4 мм. полівуд розміром 100 × 25,5 мм. Вимірювальні контактні зони розміром 25,5 × 12,5 мм (319 мм 2) шліфували наждачним папером із 100 піщинок. Тести повторювали 10 разів.

Хімічний аналіз.

Підготовку зразків та аналізи ГХ та ГХ-МС проводили із застосуванням методу, описаного в посиланнях. 22 і 43. Коротко кажучи, зразок подрібнювали, а потім екстрагували в дихлорметані високої ВЕРХ (1 мг мл -1). Аналізи GC та GC-MS проводили із використанням хроматографа серії GC System Agilent Technologies 7890B, включаючи триходовий спліттерний набір Agilent Technologies Capillary Flow-Technology у поєднанні з Agilent Technologies 5977A MSD та FID.

Подяка

В. Шмід, С. Вольф та Ф. Лауксманн внесли свій внесок в експерименти, і ми в боргу Б. Шюрху. Ми також дякуємо Р. Л. Келлі за його коментарі до рукопису.

Виноски

  • ↵ 1 Кому може бути адресована кореспонденція. Електронна адреса: patrick.schmidtuni-tuebingen.de .