（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(yàn)大廳。秋天的陽(yáng)光正斜穿而入，讓高聳的龍門(mén)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(jì)算斷層掃描和多尺度模擬實(shí)驗(yàn)室”里，安婷見(jiàn)到了建筑工程學(xué)院的彭宇老師?！斑@個(gè)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(shí)“掃”的主要是巖土、水泥等建筑材料，面對(duì)這個(gè)“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(shuō)。
3年來(lái)，安婷和她的學(xué)生成了這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的?？?。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(wàn)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(dú)特的“參考書(shū)”，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(guó)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(shuō)，顯微CT正為探索考古學(xué)的重要問(wèn)題打開(kāi)了一扇新的大門(mén)。
“植物偵探”的難題
兩枚小陶片來(lái)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(guò)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(shí)期的先民在制作陶器時(shí)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(dú)特的紅衣夾炭陶，也在萬(wàn)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(mén)搜尋考古遺址中植物的蛛絲馬跡，從而推演千、萬(wàn)年前人類與植物的互動(dòng)。水稻無(wú)疑是與人類互動(dòng)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(zhǎng)江下游地區(qū)是稻作農(nóng)業(yè)的起源地，一萬(wàn)年前是否已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模栽培水稻？對(duì)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(cè)與爭(zhēng)議?！坝懻撛缙谒镜鸟Z化史存在一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)——大植物遺存的不足?！卑叉谜f(shuō)。
“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(shí)的形貌，且可以直接進(jìn)行C14測(cè)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(lái)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(guò)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(lái)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(guò)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(lái)同情的目光，認(rèn)為印痕鑒定這一領(lǐng)域耗時(shí)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(huì)給考古帶來(lái)新的可能。博士畢業(yè)前夕，安婷從導(dǎo)師馬丁·瓊斯這里聽(tīng)說(shuō)顯微CT的技術(shù)可用于印痕研究?！斑@對(duì)我來(lái)說(shuō)很陌生也很新鮮，”2018年，安婷入職浙江大學(xué)，她對(duì)未來(lái)的工作有了新的計(jì)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?！卑叉谜Z(yǔ)速飛快，向彭宇介紹起上山時(shí)期的制陶工藝。兩枚陶片是安婷請(qǐng)合作者省考古所鄭云飛研究員從單位庫(kù)房里精心挑選出來(lái)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(shí)很可能是大口盆的一部分。萬(wàn)年以后，陶片將在浙大的實(shí)驗(yàn)室里繼續(xù)它們的“旅程”。
“高溫?zé)坪?，植物?huì)在里面留下一個(gè)‘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(gè)平臺(tái)型技術(shù)”，彭宇說(shuō)：“如果燒制時(shí)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(shuō)，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)?；P(pán)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(pán)平整且光滑的穗軸則代表落粒性強(qiáng)，是野生稻的常見(jiàn)特征。一條全新植物顯微CT“流水線”在實(shí)驗(yàn)室里運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái):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(gè)——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(guò)計(jì)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(wú)死角觀察稻殼，辨認(rèn)穗軸?！吧习賯€(gè)的植物印痕數(shù)量級(jí)，是具有考古學(xué)統(tǒng)計(jì)意義的?！卑叉谜f(shuō)。彭宇也自豪地意識(shí)到，這可能是全世界第一臺(tái)“看見(jiàn)”距今萬(wàn)年前后水稻穗軸的CT機(jī)。經(jīng)過(guò)對(duì)這184個(gè)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(pán)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(pán)，指向野生稻；(i)-(l)非落粒型的基盤(pán)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(shí)期水稻的“芒”，以及一顆帶“芒”的較為完整稻谷遺存(見(jiàn)圖4中的e)。安婷介紹，芒的長(zhǎng)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(gè)重要指標(biāo)。芒對(duì)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(niǎo)類侵害的作用。野生稻通常具有長(zhǎng)芒，且芒上剛毛長(zhǎng)而密集，相比之下，馴化稻往往沒(méi)有芒，或僅有短且無(wú)剛毛的芒。遺憾的是，芒由于較難保存下來(lái)，往往無(wú)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(shuō)。
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(guò)兩個(gè)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€(gè)使用顯微CT進(jìn)行考古的，但我們是第一個(gè)“破解”長(zhǎng)江下游夾炭陶羼和料配方的研究團(tuán)隊(duì)?！卑叉谜f(shuō)，“對(duì)于科技考古來(lái)說(shuō)，雖然潛在的新技術(shù)有許許多多，但只有遇到合適的場(chǎng)景或者問(wèn)題，新技術(shù)才會(huì)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?！?/p>
稻作起源是考古學(xué)界長(zhǎng)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(diǎn)集中在長(zhǎng)江中游地區(qū)，自從長(zhǎng)江下游上山遺址的發(fā)掘出土了10000年左右的陶器后，長(zhǎng)江下游便成為研究稻作起源的另一個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)。安婷的研究論文一經(jīng)發(fā)表，就引發(fā)了國(guó)際上多家著名的考古研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)注。
斯坦福大學(xué)東亞考古系劉莉教授團(tuán)隊(duì)曾用稻米形態(tài)分析和植硅體分析等方法，推測(cè)距今9000年前，長(zhǎng)江下游地區(qū)的水稻的馴化過(guò)程已經(jīng)開(kāi)始?！坝捎跓o(wú)法改變上山遺址中沒(méi)有足夠炭化稻米遺存的現(xiàn)實(shí)，我們長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法開(kāi)展對(duì)上山早期小穗軸形態(tài)的系統(tǒng)性分析?！眲⒗蚪淌谡f(shuō)，“值得慶幸的是，安婷和她的研究團(tuán)隊(duì)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(wàn)年前的184個(gè)稻殼的三維形態(tài)，和我們之前的研究結(jié)果一致。無(wú)論是方法還是結(jié)論，都對(duì)深入探討中國(guó)水稻馴化起源問(wèn)題作出了具有突破性的貢獻(xiàn)?！?/p>
中國(guó)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(wàn)年起源”的認(rèn)知應(yīng)推至更早的年代：至少2.4萬(wàn)年有野生稻的人工采集，1.3萬(wàn)年前開(kāi)始了野生稻馴化前的栽培。呂厚遠(yuǎn)評(píng)價(jià)，安婷團(tuán)隊(duì)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(gè)龐大的早期水稻遺存數(shù)據(jù)庫(kù)，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(wèn)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(jì)劃與安婷團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在浙江大學(xué)舉辦研討會(huì)，主題是“失落的作物”——對(duì)于過(guò)去從人類歷史長(zhǎng)河中無(wú)法看見(jiàn)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。
