Mówi się, że gdzie jest dym, tam jest i ogień, a naukowcy z Weizmann Institute of Science ciężko pracują, aby zbadać to twierdzenie, a przynajmniej wyjaśnić, co stanowi „dym”. W artykule opublikowanym dziś w PNAS naukowcy ujawniają zaawansowaną, innowacyjną metodę, którą opracowali i wykorzystali do wykrycia niewidzialnych śladów ognia datowanych na co najmniej 800 000 lat wstecz – jeden z najwcześniejszych znanych dowodów na używanie ognia. Nowo opracowana technika może stanowić bodziec w kierunku bardziej naukowej, opartej na danych archeologii, ale – co być może ważniejsze – może pomóc nam lepiej zrozumieć początki ludzkiej historii, nasze najbardziej podstawowe tradycje oraz naszą eksperymentalną i innowacyjną naturę.

Zakłada się, że kontrolowane użycie ognia przez starożytne homininy – grupę, do której należą ludzie i niektórzy z naszych wymarłych członków rodziny – datuje się na co najmniej milion lat wstecz, mniej więcej w czasie, gdy według archeologów Homo habilis rozpoczął przemianę w Homo erectus. Nie jest to przypadek, ponieważ teoria robocza, zwana „hipotezą gotowania”, zakłada, że używanie ognia było kluczowe dla naszej ewolucji, nie tylko po to, by umożliwić homininom utrzymanie ciepła, tworzenie zaawansowanych narzędzi i odpieranie drapieżników, ale także po to, by nabyć umiejętność gotowania. Gotowanie mięsa nie tylko eliminuje patogeny, ale zwiększa efektywność trawienia białka i wartość odżywczą, torując drogę rozwojowi mózgu. Jedynym problemem tej hipotezy jest brak danych: ponieważ znalezienie archeologicznych dowodów na istnienie pirotechniki polega przede wszystkim na wizualnej identyfikacji modyfikacji wynikających ze spalania przedmiotów (głównie chodzi o zmianę koloru), tradycyjnymi metodami udało się znaleźć powszechne dowody na używanie ognia nie starsze niż 200 000 lat. Choć istnieją pewne dowody na istnienie ognia datowane na 500 000 lat temu, pozostają one nieliczne – tylko pięć stanowisk archeologicznych na całym świecie dostarcza wiarygodnych dowodów na istnienie starożytnego ognia.

„Być może właśnie znaleźliśmy szóste stanowisko” – mówi dr Filipe Natalio z Wydziału Nauk o Roślinach i Środowisku firmy Weizmann, którego wcześniejsza współpraca z dr Ido Azuri z Wydziału Life Core Facilities firmy Weizmann i kolegami stanowiła podstawę tego projektu. Wspólnie byli oni pionierami w zastosowaniu SI i spektroskopii w archeologii, aby znaleźć ślady kontrolowanego wypalania kamiennych narzędzi datowanych na okres od 200 000 do 420 000 lat temu w Izraelu. Teraz wrócili, do których dołączyli doktorant Zane Stepka, dr Liora Kolska Horwitz z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie i prof. Michael Chazan z Uniwersytetu w Toronto w Kanadzie. Zespół podniósł poprzeczkę, podejmując „wyprawę wędkarską” – wyrzucając daleko w wodę i sprawdzając, co uda im się zwinąć z powrotem. „Kiedy zaczynaliśmy ten projekt”, mówi Natalio, „archeolodzy, którzy analizowali znaleziska z kamieniołomu Evron, powiedzieli nam, że nic nie znajdziemy. Powinniśmy byli się założyć”.

Kamieniołom Evron, położony w Galilei Zachodniej, to odkryte stanowisko archeologiczne, które po raz pierwszy zostało odkryte w połowie lat 70-tych. Podczas serii wykopalisk, które miały miejsce w tym czasie i były kierowane przez prof. Avrahama Ronena, archeolodzy dokopali się do 14 metrów i odkryli duży wachlarz skamieniałości zwierzęcych i narzędzi paleolitycznych datowanych na okres od 800 000 do 1 miliona lat temu, co czyni je jednym z najstarszych stanowisk w Izraelu. Żadne ze znalezisk z tego miejsca ani gleba, w której je znaleziono, nie miały żadnych wizualnych dowodów na działanie ciepła: popiół i węgiel drzewny ulegają degradacji z czasem, eliminując szanse na znalezienie wizualnych dowodów spalania. Jeśli więc naukowcy z Weizmanna chcieli znaleźć dowody na istnienie ognia, musieli szukać dalej.

Wyprawa „na ryby” rozpoczęła się od opracowania bardziej zaawansowanego modelu AI niż ten, którego używali wcześniej. „Testowaliśmy różne metody, wśród nich tradycyjne metody analizy danych, modelowanie uczenia maszynowego i bardziej zaawansowane modele głębokiego uczenia” – mówi Azuri, który kierował opracowaniem modeli. „Modele głębokiego uczenia się, które przeważyły, miały specyficzną architekturę, która przewyższała pozostałe i z powodzeniem dała nam pewność, której potrzebowaliśmy, aby dalej używać tego narzędzia w kontekście archeologicznym nie posiadającym żadnych wizualnych śladów użycia ognia”. Zaletą AI jest to, że może znaleźć ukryte wzory w wielu skalach. Poprzez wskazanie składu chemicznego materiałów aż do poziomu molekularnego, dane wyjściowe modelu mogą oszacować temperaturę, do której kamienne narzędzia były podgrzewane, ostatecznie dostarczając informacji o przeszłych zachowaniach ludzi.

Mając w ręku dokładną metodę AI, zespół mógł rozpocząć połów sygnałów molekularnych z kamiennych narzędzi używanych przez mieszkańców kamieniołomu Evron prawie milion lat temu. W tym celu zespół ocenił ekspozycję na ciepło 26 narzędzi krzemiennych znalezionych w tym miejscu prawie pół wieku temu. Wyniki ujawniły, że narzędzia były podgrzewane do szerokiego zakresu temperatur – niektóre przekraczały 600°C. Ponadto, używając innej techniki spektroskopowej, przeanalizowali 87 szczątków fauny i odkryli, że kły wymarłego słonia również wykazują zmiany strukturalne wynikające z ogrzewania. Choć ostrożni w swoich twierdzeniach, obecność ukrytego ciepła sugeruje, że nasi starożytni przodkowie, nie inaczej niż sami naukowcy, byli eksperymentatorami.

Według zespołu badawczego, patrząc na archeologię z innej perspektywy, używając nowych narzędzi, możemy znaleźć znacznie więcej niż początkowo sądziliśmy. Opracowane przez nich metody mogłyby zostać zastosowane na przykład na innych stanowiskach z dolnego paleolitu w celu identyfikacji niewizualnych dowodów używania ognia. Co więcej, metoda ta mogłaby być może zaoferować odnowioną perspektywę przestrzenno-czasową na pochodzenie i kontrolowane użycie ognia, pomagając nam lepiej zrozumieć, jak zachowania homininów związane z pirotechniką ewoluowały i napędzały inne zachowania. „Szczególnie w przypadku wczesnego ognia”, mówi Stepka, „jeśli użyjemy tej metody na stanowiskach archeologicznych, które mają milion lub dwa miliony lat, możemy dowiedzieć się czegoś nowego”.

Według wszystkich rachunków, wyprawa rybacka zakończyła się spektakularnym sukcesem. „To był nie tylko pokaz eksploracji i bycia nagrodzonym pod względem zdobytej wiedzy”, mówi Natalio, „ale potencjału, który tkwi w łączeniu różnych dyscyplin”: Ido ma doświadczenie w chemii kwantowej, Zane jest archeologiem naukowym, a Liora i Michael są prehistorykami. Dzięki wspólnej pracy nauczyliśmy się od siebie nawzajem. Dla mnie jest to demonstracja tego, jak powinny działać badania naukowe z pogranicza nauk humanistycznych i ścisłych.”

Badania dr Natalio są wspierane przez Yeda-Sela Center for Basic Research.

Źródło: Weizmann Institute of Science