（a)(b):本研究所選取的2片大口盆碎陶片及其內(nèi)部印痕CT圖像；(c)：上山遺址典型器物大口盆圖像
3年前，浙江大學(xué)藝術(shù)與考古學(xué)院的安婷第一次造訪建工試驗大廳。秋天的陽光正斜穿而入，讓高聳的龍門塔吊、布滿傳感貼片的橋梁模型、碼放整齊的混凝土磚塊蒙上了一層金色。在大廳北側(cè)的“X光計算斷層掃描和多尺度模擬實驗室”里，安婷見到了建筑工程學(xué)院的彭宇老師。“這個能不能幫忙掃一掃？”她掏出兩片考古出土的陶片，一枚手掌那么大，另一枚有硬幣大小。
彭宇平時“掃”的主要是巖土、水泥等建筑材料，面對這個“另類”的樣本，他十分好奇：“除了裂縫，你還想找什么呢？”“植物印痕?！卑叉谜f。
3年來，安婷和她的學(xué)生成了這個實驗室的常客。顯微CT“掃”進(jìn)了古陶片的內(nèi)部，清晰地勾勒出隱匿了上萬年的植物的輪廓，精度達(dá)到0.01毫米。古陶片成為考古學(xué)者獨特的“參考書”，為了解人類早期的生產(chǎn)生活，乃至稻作農(nóng)業(yè)的起源提供著重要信息。2024年8月，相關(guān)研究論文在考古學(xué)權(quán)威學(xué)術(shù)雜志發(fā)表，引起了國際考古學(xué)界的關(guān)注。它可能預(yù)示著一種新的考古學(xué)方法正在走向主流。安婷說，顯微CT正為探索考古學(xué)的重要問題打開了一扇新的大門。
“植物偵探”的難題
兩枚小陶片來自浙江金華的上山遺址。它距今約11000到8500年，曾發(fā)掘出土過大量的大口盆、雙耳罐等原始陶器。浙江省文物考古研究所的鄭云飛等學(xué)者發(fā)現(xiàn)，上山時期的先民在制作陶器時使用了植物羼和料。他們把稻殼等植物拌入粘土，再成型和燒制。奇妙的是，植物造就了獨特的紅衣夾炭陶，也在萬年后觸發(fā)了考古學(xué)者安婷的好奇心。
上山遺址所處位置
安婷專攻植物考古。你可以把她當(dāng)作一位“植物偵探”，專門搜尋考古遺址中植物的蛛絲馬跡，從而推演千、萬年前人類與植物的互動。水稻無疑是與人類互動最密切、考古學(xué)者最關(guān)注的植物之一。上山遺址所在的長江下游地區(qū)是稻作農(nóng)業(yè)的起源地，一萬年前是否已經(jīng)開始大規(guī)模栽培水稻？對于這一考古學(xué)上的重要議題，目前學(xué)界仍存在很多猜測與爭議?！坝懻撛缙谒镜鸟Z化史存在一個巨大的挑戰(zhàn)——大植物遺存的不足?！卑叉谜f。
“大植物遺存”主要指的是種子、枝葉等經(jīng)歷數(shù)千年后留下的“植物炭”，它們保留著植物當(dāng)時的形貌，且可以直接進(jìn)行C14測年，因此是最有力的考古證據(jù)。為了搜尋它們的蹤影，考古學(xué)上的“標(biāo)配”是植物浮選，將遺址中的土樣浸泡在水中，提取懸浮起來的炭化了的植物片段。運(yùn)用這一方法，上山遺址只發(fā)現(xiàn)過零星稻米。也曾有學(xué)者“退而求其次”，嘗試用硅膠“拓印”的方法或者直接在光學(xué)顯微鏡下觀察陶器表面植物留下的印記，也收獲寥寥。
植物遺存極大的偶然性，給植物考古帶來了挑戰(zhàn)?？脊牌魑锷系闹参镉『鄢蔀樽粉欀参镗櫽暗牧硪环N關(guān)鍵證據(jù)。在劍橋大學(xué)攻讀科技考古博士期間，安婷曾參與過羅馬尼亞和烏克蘭史前遺址的考古工作，就是用肉眼在顯微鏡下鑒定粟、黍植物的印痕。有人投來同情的目光，認(rèn)為印痕鑒定這一領(lǐng)域耗時耗力“不太有前途”，但安婷不這么想，她認(rèn)為方法上的突破會給考古帶來新的可能。博士畢業(yè)前夕，安婷從導(dǎo)師馬丁·瓊斯這里聽說顯微CT的技術(shù)可用于印痕研究?！斑@對我來說很陌生也很新鮮，”2018年，安婷入職浙江大學(xué)，她對未來的工作有了新的計劃，去陶片里面“淘”植物：“浙大的學(xué)科齊全，我應(yīng)該能找到同樣感興趣的合作者?！?/p>
陶片里的“新大陸”
“我們完全有理由相信，這里面有不少稻殼。”安婷語速飛快，向彭宇介紹起上山時期的制陶工藝。兩枚陶片是安婷請合作者省考古所鄭云飛研究員從單位庫房里精心挑選出來的，斷裂處露出一層薄薄的黑色，這是植物炭化的痕跡。根據(jù)考古記錄，它們分別出土自上山文化早期的第7層和第6層，當(dāng)時很可能是大口盆的一部分。萬年以后，陶片將在浙大的實驗室里繼續(xù)它們的“旅程”。
“高溫?zé)坪?，植物會在里面留下一個‘空腔’?！迸碛蠲攵?，馬上把“植物印痕”轉(zhuǎn)換為自己熟悉的概念——空腔。顯微CT的基本原理和醫(yī)院中使用的CT掃描一樣，X光進(jìn)行斷層掃描進(jìn)行三維重構(gòu)，從而“透視”到材料的內(nèi)部情況。彭宇經(jīng)常與混凝土、巖石、巖土等材料打交道，“透視”其內(nèi)部的摻雜物、裂縫、空腔等是他的看家本領(lǐng)?！帮@微CT是一個平臺型技術(shù)”，彭宇說：“如果燒制時陶土與稻殼表面緊密貼合，我們就有信心‘提取’到稻殼的印痕?！卑叉谜f，不僅是稻殼，他們還想看清稻殼上的穗軸，希望精度達(dá)到0.01毫米。
為什么要看穗軸？安婷介紹，穗軸是稻殼與莖的連接部分。植物學(xué)上，穗軸的形態(tài)與水稻的馴化程度的指標(biāo)之一——落粒性密切相關(guān)。基盤粗糙或形態(tài)不規(guī)則的的穗軸意味著稻米不容易脫落，可能是受人類馴化產(chǎn)生的性狀；基盤平整且光滑的穗軸則代表落粒性強(qiáng)，是野生稻的常見特征。一條全新植物顯微CT“流水線”在實驗室里運(yùn)轉(zhuǎn)起來:彭宇負(fù)責(zé)制樣掃描，安婷的博士研究生張之恒負(fù)責(zé)辨認(rèn)植物，雙方接力配合，深入陶片內(nèi)部尋找水稻的印痕。
184個——顯微CT“透視”到的穗軸的數(shù)量和質(zhì)量讓安婷大為驚喜。經(jīng)過計算機(jī)建模，我們可以操控鼠標(biāo)，以任意角度切入陶片內(nèi)部的“宇宙”，360°無死角觀察稻殼，辨認(rèn)穗軸?！吧习賯€的植物印痕數(shù)量級，是具有考古學(xué)統(tǒng)計意義的?！卑叉谜f。彭宇也自豪地意識到，這可能是全世界第一臺“看見”距今萬年前后水稻穗軸的CT機(jī)。經(jīng)過對這184個穗軸的一一辨認(rèn)和分析，他們發(fā)現(xiàn)其中的65%呈現(xiàn)出野生稻的特征，12%為馴化類型。
上山遺址陶片中水稻小穗軸的CT圖像。(a)-(d)突出型的小穗軸基盤上殘有小枝梗(紅色圓圈標(biāo)出)，指向未成熟水稻；(e)-(h)落粒型具有平滑齊整的基盤，指向野生稻；(i)-(l)非落粒型的基盤形態(tài)粗糙、不規(guī)則且凹陷(i-j)，或表現(xiàn)為髓孔破碎且大(k-l)，指向馴化稻
顯微CT圖像三維重建陶片中的稻谷印痕
除了穗軸，他們還首次提取出一定數(shù)量的上古時期水稻的“芒”，以及一顆帶“芒”的較為完整稻谷遺存(見圖4中的e)。安婷介紹，芒的長度以及芒上剛毛的疏密程度是判別水稻馴化進(jìn)程的另一個重要指標(biāo)。芒對于許多禾本科植物而言是重要的生物結(jié)構(gòu)，能夠起到輔助種子傳播和抵御鳥類侵害的作用。野生稻通常具有長芒，且芒上剛毛長而密集，相比之下，馴化稻往往沒有芒，或僅有短且無剛毛的芒。遺憾的是，芒由于較難保存下來，往往無法從浮選中被獲取，在以往的植物考古研究中一直是“缺席”的。安婷認(rèn)為，如果利用顯微CT提取出大量“芒”的遺存，一定程度上也將拓展植物考古的研究范圍，為探討水稻馴化提供了另一種可參考的“坐標(biāo)”。
稻谷印痕的顯微鏡照片和CT圖像。(a-b)帶有落粒型小穗軸的稻谷；(c)帶有不確定型小穗軸的稻谷；(d)帶有突出型小穗軸的稻谷；(e)帶有落粒型小穗軸和殘芒的稻谷；(f)現(xiàn)代秈稻(O.sativa ssp. indica)的芒；(g)上山稻谷的芒；(h)現(xiàn)代野生稻(O. rufipogon)的芒
張之恒被顯微CT的威力迷住了，他“纏著”彭宇掃描了更多的陶片。在這片考古學(xué)者極少人涉及的“新大陸”，浮現(xiàn)了其他植物的“面孔”?！俺怂?，稗草的比例也較高，甚至還能看到稗草的芒和穗軸，此外還有少量的馬唐和莎草?！卑叉谜f。
顯微CT掃描古陶片內(nèi)部植物印痕并進(jìn)行三維重建
小穗軸牽起的大歷史
2024年8月，安婷課題組發(fā)表研究論文，通過兩個小陶片的故事向?qū)W界展示了顯微CT的“透視”植物印痕的嘗試?！拔覀儾⒉皇堑谝粋€使用顯微CT進(jìn)行考古的，但我們是第一個“破解”長江下游夾炭陶羼和料配方的研究團(tuán)隊?！卑叉谜f，“對于科技考古來說，雖然潛在的新技術(shù)有許許多多，但只有遇到合適的場景或者問題，新技術(shù)才會被采納為新工具、新方法。在大植物遺存嚴(yán)重不足的情況下，顯微CT將為我們搜尋新證據(jù)的好幫手。”
稻作起源是考古學(xué)界長期探索和討論主題，在上山遺址發(fā)掘之前，學(xué)者們的關(guān)注點集中在長江中游地區(qū)，自從長江下游上山遺址的發(fā)掘出土了10000年左右的陶器后，長江下游便成為研究稻作起源的另一個熱點地區(qū)。安婷的研究論文一經(jīng)發(fā)表，就引發(fā)了國際上多家著名的考古研究團(tuán)隊的關(guān)注。
斯坦福大學(xué)東亞考古系劉莉教授團(tuán)隊曾用稻米形態(tài)分析和植硅體分析等方法，推測距今9000年前，長江下游地區(qū)的水稻的馴化過程已經(jīng)開始。“由于無法改變上山遺址中沒有足夠炭化稻米遺存的現(xiàn)實，我們長期以來無法開展對上山早期小穗軸形態(tài)的系統(tǒng)性分析?！眲⒗蚪淌谡f，“值得慶幸的是，安婷和她的研究團(tuán)隊現(xiàn)在利用顯微CT掃描包含有稻殼的上山陶片，展現(xiàn)了萬年前的184個稻殼的三維形態(tài)，和我們之前的研究結(jié)果一致。無論是方法還是結(jié)論，都對深入探討中國水稻馴化起源問題作出了具有突破性的貢獻(xiàn)?！?/p>
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所呂厚遠(yuǎn)等學(xué)者聯(lián)合于今年5月在Science發(fā)文，提出稻作農(nóng)業(yè)“萬年起源”的認(rèn)知應(yīng)推至更早的年代：至少2.4萬年有野生稻的人工采集，1.3萬年前開始了野生稻馴化前的栽培。呂厚遠(yuǎn)評價，安婷團(tuán)隊引入顯微CT技術(shù)的和多學(xué)科交叉融合的方法為水稻馴化和農(nóng)業(yè)起源的研究提供了新的視角和工具。呂厚遠(yuǎn)認(rèn)為，植物印痕將構(gòu)建了一個龐大的早期水稻遺存數(shù)據(jù)庫，為理解農(nóng)業(yè)起源和發(fā)展提供了重要證據(jù)。
植物考古著名學(xué)者、倫敦大學(xué)學(xué)院的Dorian Q Fuller教授則認(rèn)為，水稻的馴化是一段旅程，為了了解這段歷程，基于形態(tài)的植物遺存分析是最為可靠的工具。安婷利用顯微CT找水稻的探索，展示新方法在回答考古學(xué)重大問題的潛力，為探索植物遺存提供了重要的方法學(xué)的補(bǔ)充。明年6月，Dorian Q Fuller計劃與安婷團(tuán)隊聯(lián)合在浙江大學(xué)舉辦研討會，主題是“失落的作物”——對于過去從人類歷史長河中無法看見或辨認(rèn)的植物，新的工具正在帶它們緩緩走進(jìn)人類的視野。
