概況簡介1.1生物考古生 物 考 古是 指 對遺 址 中所 有 生物 遺存 ，如植物 、動物 、人類、微生物等的一 系列科學研 究 ，包含 了以人類遺存 為研究 主體的眾多學科 ，如 人體 骨學 、地質考古 ，動物考古 、植物考古、生態考古、微生物考古等，研究 手段和研究 方法也 多種 多樣 ，為人類起源演化和疾病 研究 、農業 和畜牧業起源等做出了巨大貢獻。

　　1.2理化分析

　　理化分 析是 通過物理 、化學 等分析手段進行分析 ，確定物質成分 、性能 、微觀 宏觀結構等 ，是 基于物理或物 理化學原理和性質而建立 起來的分 析方法 。理化分析在生物考 古中應用的非 常廣泛 ，特 別是在 對骨骼 、牙齒 、以及其他遺存 的分析 中，已成為揭開 生物 考古 謎團的 重要手段 (MarioNovak，201l;Temple DH，2010l王翠斌 ，2009)。

　　2 骨表面結構的物理分析

　　目前對于 骨骼 表面結構的分析方法主要有顯微分析 、掃描 電鏡(SEM)分析 、表面能譜分析(EDS)X射線衍射分析(XRD)、CT掃描技 術和計算機 圖像處理技 術等等。

　　顯微分析和掃描 電鏡(scanning elec-tronic microscope，簡稱SEM)可以分析骨骼 、牙齒組織結構變化 ，如骨骼表相和體相存在 的孔洞結構 ，由此揭示樣本 的污染程度和保存狀況(Matthias Kucera，2011;Arkadiusz Soltysiak，20l1)X射線衍射(XRD)可以分析骨骼和牙齒中的羥基磷灰石和 其變體來說明骨骼的礦化程度 ，J.c.Hiller(2OO6)利用小角X射線散射(SAXS)測量骨樣 品的晶粒納米 結構 ，揭示發生 相應的外界條件變化引起 的可能的骨微晶表面晶格組成或應變 ，可以為提取古生物DNA信息提供保證。X射線衍射(XRD)還可以對標本 內部進行 無創觀察 ，但 對于厚度較大的標 本 ，往往會 因投影 在熒光屏上 的重影而影 響 圖像的觀 察質量 ，計算機斷 層掃描成像(CT)技術的發 明使得人們能夠克Nx射 線透視的不足 ，得 到清晰的斷 層掃描影像((Britta M.Gifeshaber，2008)。利用CT技術、計算機圖像處理技術和3維成像技 術還可以可 以將古生物學的研究 延伸到頭骨 內部，實現虛擬化石重建 與無創解剖 ，對骨分布的生物 力學 分析 ，可得到化石頭 骨內部的3維影像 ，CT技術已是重建化 石骨三維影像的重要手段(Yousuke Kaifu，201l;XiujieWu，2009)。

　　3 骨化學分析

　　骨化學分析是探索古人類食物結 構的主要手段之一 。古人類食物結構的證據 ，更多地來 自干質地 堅硬的人和動物骨或牙齒以及石器的分析結果(RichasdsM P，2002;Tedord M，2000)。通過對古人類骨或 牙齒中化學 成分的分析 ，即穩定 同位素 比值和微量元素含量 ，便可揭示 他們的食物結構 、生活方 式、人 口遷移模 式以及生存環 境等多方面的重要信息，探索其演化過程(L.E.Munroa，2008lStanley H.Ambrose，2003)。

　　3.1穩定同位素分析

　　在進 行骨的穩 定同位素分析時首先根據骨 膠原中 的C、N含 量以及C/N摩 爾比等 重要指標判斷 其是否受到污 染 ，其次才進 行穩定同位 素的測定 。對穩定 同位素測定是 因為人體骨組織的化學 組成直接 對應著食物 中的化 學組成成分 ，當人們的食物來源不同時 ，骨中的穩定 同位素組成就有較大的差異性(David R.Yesner，2003)。此外 ，植物的 光合作用途徑 以及固氮方 式的差異 ，將直接導致其 5”C和 5”N值 明顯不同 ，因此骨 中的穩定 同位 素分析可 以研究古人類和動物的食物結構((Adolfo F.Gil，2011}Rick J.SchuRing，2002)。一般C植物的 5 C平均值約為-26.5%0，而c植物的 5”C平均值則約為一12.5‰，因此通過分析人骨中骨膠原或羥磷灰石的 5”C值，即可了解人們的食物來源 ;豆科植物的 5”N大約等于0‰ ，而非豆科植物的 5”N則稍高，故分238 科技資訊 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION析人骨 中骨膠原的 5”N，就 可辨 別其在食物鏈 中的營養地位 ，了解其食物結構(c.D.White，2011;Carolyn Chenery，2010)。

　　Adolfo F.Gil(2011)對生存于考古記錄的史前玉米恐慌時期的阿根廷中西部的 人骨和牙進行的碳的穩 定同位素分析 ，發現他們的主要能量來源 正好 是C 植物的玉米 ，因此可見人類飲食研究中穩定同位素分析的重要意義。

　　3.2羥磷灰石的微量元素分析

　　分析骨 中羥磷灰石 的微量元 素是 骨化學研究 的另一種 主要方法 ，對羥磷灰石的微量元素的分析 同樣需要對樣品的污染程度鑒定(Charlotte L.King，2011)。

　　(1)羥磷灰石的污染程 度分析 。

　　骨骼 中羥磷灰石結 晶度廣泛 地作為樣本重要 的保 存狀況指標 之一 ，結 晶度指 數可以 由X射線衍 射(XRD)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)等方法測量 ，但是由于XRD采用體積平均值得到的數據與FTIR采用面積平均值得到的數據 的不能直接進行比較(T.J.U.Thompsona，2009)。這兩種方法各有優勢 ，FTIR可以能檢測CO32-的含量 ，但它無法 獲知晶體 的形狀和方 向的信息 ，而且對低結晶度的結 晶指數和碳酸鹽含量的變化產生的影響~gXRD更敏 感。此外，由于羥磷灰石 中的CO32-可通過 與羥磷灰石中的PO42-替換而形成更小的晶體 ，從而影響羥磷 灰石的結晶度。因此 ，檢測羥磷灰石 中的CO32也可鑒別羥磷灰石的污染程度(T.J.U.Thompson，2011)。

　　(2)羥磷灰石中微 量元 素的分析 。

　　羥磷灰石 中微量元素 的污 染與否可比較其人骨與 食草類 、食 肉類 動物骨 中羥磷灰石的sr/Ca、Ba/Ca的值來判定(SponheimerM。，2006)。對微量元素的分析是因為通常食草動物骨中積淀的sr/Ca約為其食物的 1/5，而食 肉動物骨中積淀的Sr/Ca又約為食草動物的 1/5(Matilde Arnay-de-la-Rosa，2009)。此外，骨骼和牙齒的sr、Ba相對于Ca的含量在以往的考古研究還被用來檢 驗史前食物結構是海洋生物 還是陸地生物 。因為海水的Ba/Sr值比大多數陸地環境 低得 多(多達3個數量級)，生活在海 水中的魚類和其 他生物 也將有 比大 多數 陸地生物Ba/Sr低的值 ，但是也可能會受到營養水平影響(Ben Shawa，2011fK.Szostek，2003)。因此根據人骨中Sr/Ca、Ba/Ca值的分析 ，一定程 度上可 揭示 該個體的食 物結構 信息 。一般方 法有原 子吸收光 譜(AAS)法、原子熒光光譜(AFS)法 、電感 偶合等離子體發射光譜(ICP—OES)法、電感偶合等離子體質譜 (ICP-MS)法、色譜分析法及X射線分析法等。目前 ，生物考古 中的微量元素含量 一般用激光燒蝕 電感耦合等離子體質譜(LA—ICP-MS)定性定量分析(CharlotteL.King，2011)。Andrea Cucina(2011)采用(LA—ICP-MS)測量考古遺址牙齒琺瑯質的Mg，P，K，Ti，Mn，Zn，Sr，I，Ba，和Pb的含量 ，成功的得到了古時期尤卡坦半 島瑪雅港 口北部有外國人 存在 的證據 ，說明LA—ICP-MS是檢測 在 當地 居 民的外籍個人 存在的一個重 要的分 析工具 。采用以上分 析方法一般 對 稀少 和珍 貴 古生 物化 石造 成 了損害 ，因此采用無損或近 似無損分析方法 ，如對骨微量元素測定的 質子激發熒光(PIXE)分析法和穩定 同位素測試的激光消融 同位素分析法 ，將會成 為骨化 學分析的主 要方向 之 一 。

　　4 其他微體化石的分析

　　微 體化石 如木材 纖維 、孢粉 、硅酸體 、淀粉粒等 的遺存 ，可提供 特定植物學 信息如科類、種屬等 ，反映古代 當地植被的基本面貌及 人類使 用植 物的基 本情 況 ，因此可揭示古 代人們對植 物食物 的選擇 、農作物的起源 、早 期農業 的 出現 等經濟生 活和文化生活情 況 ，并可 了解人 類賴以生存 的 自然環境(AmandaG.Henry，2008lJamesCoil，2003)。

　　4.1木材纖維分析

　　在 一般的 遺址 和墓 葬 中，最容 易遇到的植物遺存是木材 、纖維和種子 ，后者包括谷粒 、果核 和 瓜菜籽 等 。通過 對纖 維的 鑒定，可以了解紡織 品的 質料 ，進而探討農業和紡織業的情形(Philippa Ryan，20l1)。一般采 用拉 曼光譜分析 、x射線衍射(XRD)、傅立 葉紅 外光譜分析(FTIR)、掃描 電子顯微鏡分析等方法鑒定古紡織品 、松香 、樹脂等植物 纖維的 組成及 成分 ，可實現 對古絲織宏觀到微觀的分析 ，如Jian Liu(20l1)采用光學顯微鏡 ，掃描電子 顯微鏡(SEM)和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)等方怯對營盤出土的絲纖 維品種進 行鑒 別與分析 ，伺 時對纖維的老化情 況進行 了初步分析發現這些古代 紡織品依然形態 完好。

　　4.2孢粉分析

　　孢子花 粉體 積微小 但數 量很大 ，易于流 動和保存且 分布廣 泛 ，孢粉 的外形和大小 ，代表著植物 的不同科 、屬。孢粉分析 主要是提取樣本 、分析鑒定、分類統計來研究它們的組合、演化規律等(Lynne J.Quick，2Ol1)。因此對遺址中的孢粉分布可反映 古代當地 植被的基本面貌及人 類使用植 物的基本情況(Jungan Qin，2011)。Alex D.Brown(2011)應用孢粉分析發現瑞典南部的斯堪尼亞區Bjiire半島的史前石刻在青銅時代晚期坐 落于一 個孤立的 半林地 中，該結果支持了Bj~re半島石刻的“漂移假說”。此外 ，動 物遺存如干 旱地 區保 存的動物 糞便化石，其 中的孢粉能提供過去的植被信 息。

　　糞化石的孢粉分析可用來重建缺少湖泊和泥炭沼的地方如干旱半干旱地區的古植被結構組成 ，Morteza Djamali(2011)對洞穴地層中含有孢粉的動物糞化石分析發現含有郁金香 、菊科等植物花粉 ，證明伊 朗Turanian區早在70萬年前是具有非常豐富的動植物資源 的大 草原 。

　　4.3硅酸體分析

　　植物硅酸 體是沉淀在植物細胞 中的微小硅 質體 。由于土壤 、水分、氣候條件和植物細胞 結構的不 同 ，形成的植物 硅酸體具有可區分 的特征 ，如C 和C 植物 的植 硅石存在明 顯差別 ，硅 酸體 中氧 同位素的 比值0”/0 還可 估算 古代 的 氣候溫 度(DanCabanes，201lIAdrian G.Parker，2011)。植物硅酸體 作為一種 重要的 生物 指標 ，在近年考古中得到 了很大的發展 ，如VeranicaWesolowski(2010)分析了來自巴西南部海岸的薩姆 巴凱 貝殼堆4個遺址 中的53顆牙齒的微體化石 ，對淀粉 粒和植硅石 分析證實sambaqui人曾食用薯蕷和狹葉南洋杉，并推測阿魯姆 天南星科植 物 、甘薯和 玉米可能也在他們的飲 食結構 中。

　　4.4淀粉粒分析

　　淀粉粒是 由植物 通過光合作用產生的一種次生代謝產物 ，是葡萄糖的聚合物 。由于 不同種屬 來源的淀 粉粒形態 各異 ，所 以具 有一定的分 類學意 義 ，用于鑒 定植物殘留物 的來源 ，并借此推 斷古人對植 物的利用 、器物的功能以及食物加工技術等 。考古淀粉顆 粒分析 的來源之一 是牙結石 ，牙結石中的淀 粉粒保 存較 好 ，從 牙結石提取 出的淀粉 粒可以直接體現人類或動物 對淀粉類食物的利用(Karen Hardy，2009)。對古代淀粉粒 分析主要是通過理化手段對淀粉粒提取 、鑒別 ，樣品標 本制備后鏡檢 ，并與建立的標本庫對比。C6lb HelenaC.Boyadjia(2007)采用牙科清洗技術從古人類牙齒中分離出淀粉粒和硅酸體，但該方法利用Hcl清洗樣 品 ，對寶貴 的化石 遺骸造 成 了損 害。

　　MatthiasKucera(2011)利用顯微鏡對清洗過的牙齒 分析發現表面 結構 被嚴重破 壞 ，因此未來人們將會尋求近無損的技術如超聲分離來替代檢材 。

　　5 結語與展望

　　21世紀伴隨 著生物學 、化學 、物理學 、地 質 計算 機科學 等多學 科 的發展 、融合 ，將會使得考 古技術不斷成熟 ，一些物理化學 與分析化學相結 合的技術 、物 理與計算機科學結合的技術 將會使得理化分析技術在考 古技術不斷 創新 ，更好地 為生物考古 服 務 。