利用电子自旋共振（ESR）和铀系测年技术，对坦桑尼亚Mumba Rock Shelter遗址V层中的中石器时代进行了年代测定

《Journal of Archaeological Science: Reports》：Framing the Middle Stone Age of bed V at Mumba Rock Shelter, Tanzania, using electron spin resonance and uranium series

人类早期迁徙与环境变迁研究——基于坦桑尼亚Mumba岩洞床V层的ESR/U系列测年分析，8枚猛兽牙齿测年结果为72±8 ka至54±3 ka，属末次冰期 MIS4至MIS3阶段，揭示了东非石器的技术连续性及环境适应特征。

　　

作者名单： Chloé Chane-Kouo、Ma?lys Richard、Mathieu Duttine、Edwige Pons-Branchu、María Jesús Alonso Escarza、Chantal Tribolo、Gregor Bader、Pastory Magayane Bushozi、Nicholas J. Conard

研究机构： Archéosciences Bordeaux（UMR 6034），法国国家科学研究中心（CNRS）- 波尔多蒙田大学（Université Bordeaux Montaigne），地址：Esplanade des Antilles, Pessac Cedex 33600

摘要

东非是研究早期智人（Homo sapiens）起源与扩散的关键区域。特别是在坦桑尼亚北部的埃亚西湖（Lake Eyasi）流域，Mumba岩棚（Mumba Rock Shelter）出土了丰富的石器组合，这些石器可追溯至中石器时代（Middle Stone Age, MSA）和后石器时代（Later Stone Age, LSA）。该遗址由Margit Kohl-Larsen于1934年和1938年进行过发掘。尽管已有多次年代测定研究，但属于MSA时期的V层地层的年代学信息仍不明确。本研究利用电子自旋共振（ESR）技术和铀系测年法（²³⁰Th/U）对来自德国图宾根大学Kohl-Larsen收藏的八颗食草动物牙齿进行了重新测定。通过2022年的发掘工作，我们成功将30年代发现的牙齿与当前的地层位置对应起来，并利用原位伽马光谱测量技术重建了当时的环境剂量率。这些牙齿的年代范围为72 ± 8千年前至54 ± 3千年前，处于海洋同位素阶段（MIS）4向MIS 3的过渡期，这一时期正是V层地层中人类活动的记录时期。

引言

Mumba岩棚位于坦桑尼亚北部的埃亚西湖流域（图1），属于东非大裂谷（Great Rift Valley）地区。该遗址以其中石器时代的沉积物而闻名，自20世纪30年代以来一直受到考古学家的关注（Kohl-Larsen，1943年）。这里的石器组合被认为属于解剖学意义上的现代人类（AMH），涵盖了MSA和LSA时期（Marks和Conard，2008年）。 MSA是人类生物学与文化演化的关键阶段，与现代人类的出现及其在非洲大陆及更广阔地区的扩散同步（Tryon和Faith，2013年）。这一时期的特点是技术革新（如刀片、修整过的石尖、微石器及骨制工具的使用）、象征主义行为的增加（通过颜料和装饰品的运用得以体现），以及社会经济结构的变革（例如向多种环境的扩张以及捕鱼作为生存策略的引入，Rosso等人，2016年；Blinkhorn和Grove，2018年；Bushozi，2020年）。自Goodwin和Lowe首次描述该遗址以来，非洲多个层序良好的遗址都开展了深入研究，揭示了显著的地域性适应特征（Basell，2008年；Mcbrearty和Brooks，2000年；Scerri和Will，2023年；Bader等人，2022b年）。同时，这一时期也伴随着剧烈的环境变化，导致人口迁移——例如从北部地区向撒哈拉沙漠及尼罗河流域及其周边湖泊环境的迁移（Vermeersch，2006年）。MSA的开始时间与北非杰贝尔伊鲁德（Jebel Irhoud）发现的最早智人化石年代相吻合（Hublin等人，2017年），该化石距今约31.5万年（Richter等人，2017年）。在东非，多个遗址也出土了智人化石，例如埃塞俄比亚的奥莫基比什1号（Omo Kibish 1，约23万年前，Vidal等人，2022年）、赫托（Herto，约16万年前，Clark等人，2003年；Hart等人，2003年）以及坦桑尼亚的恩加洛巴（Ngaloba，约12万年前，Day等人，1980年）。由于东非靠近尼罗河谷和非洲之角（Horn of Africa）等人类扩散的关键通道，因此它是研究早期智人生物学与行为演化的关键区域。该地区已发现60多处MSA遗址，为了解现代人类的文化与生物演化提供了宝贵资料（Basell，2008年；Tryon和Faith，2013年）。尤其是埃亚西湖，已成为研究重点，多次发掘取得了重要成果。1935至1938年间，Ludwig Kohl Larsen在埃亚西湖周边发现了大量化石，包括属于中更新世的三个智人个体（Eyasi I、II、III，Reck和Kohl-Larsen，1936年；Mehlman，1984年）。1993年，Br?uer和Mabulla在V层地层中发现了一块下颌骨和一块枕骨（Eyasi IV），以及石器和动物遗骸（Br?uer和Mabulla，1996年）。通过ESR/铀系测年法测定，其中一颗脊椎动物牙齿的年代为88–132千年前（EYJR 2，Domínguez-Rodrigo等人，2008年），这证明了人类至少在MIS 5时期就已存在于埃亚西湖地区，比先前认为的时间更早（Mehlman，1989年；Ambrose，1998年）。此外，在Mumba岩棚的V层地层（深度7.0–7.1米）还发现了属于早期智人的三颗臼齿，铀系测年结果显示其年代约为13万年前（Br?uer和Mehlman，1988年）。LSA时期的更多人类遗骸也在VIII层地层中被发现，木炭和骨骼的放射性碳（¹⁴C）测年结果分别为4860 ± 100 BP和4880 ± 70 BP（Mehlman，1989年）。 Mumba岩棚的沉积物涵盖了从MSA到铁器时代的完整时期，其中微石器、蛋壳、骨制工具及装饰品的丰富存在是区分MSA和LSA的重要依据（Ambrose，1998年；Ambrose，2002年）。Marks和Conard（2008）基于对Kohl-Larsen收藏的V至III层地层的研究，提出了从MSA向LSA的渐进过渡过程，指出石器制作技术的变化，如工具尺寸的逐渐减小及双极打制技术的普及。 东非从中石器时代到后石器时代的过渡不再被视为突然的断裂，而是一个渐进且具有地域差异的过程。一些学者（包括我们）对严格使用MSA和LSA这些术语提出了质疑（Bader等人，2022a、2022b）。传统上，考古学家依据技术类型学标准划分这两个时期：MSA以莱瓦洛伊打制法（Levallois flaking）、石片和双面工具为特征，而LSA则表现为工具的小型化、微石器和刀片的制作，以及骨制工具、装饰品和象征性物品的出现。然而，Brandt（1986）指出非洲之角地区晚更新世和早全新世文化的区域性差异，认为在解释MSA/LSA过渡时需要明确的年代框架。例如埃塞俄比亚的Goda Buticha和Porc-Epic遗址（Pleurdeau，2003年；Leplongeon等人，2017年）展示了MSA和LSA特征的混合组合。这些发现表明，两者之间的界限并不明显，还需考虑环境适应性和流动性等因素。 最初V层地层被归为MSA，而V层曾被认为是MSA向LSA过渡的标志（Mehlman，1989年），但后来的研究将其重新归为MSA（Marks和Conard，2008年）；Diez-Martín等人（2009年）则将其归为LSA。新的发掘和石器分析表明V层和VI层之间存在技术连续性（Bushozi等人，2020年）。建立清晰的年代框架对于理解Mumba岩棚的技术与行为变化至关重要。将这些新发现与德国图宾根大学收藏的Kohl-Larsen数据相结合，有助于全面了解这些石器组合及其年代背景。

遗址简介

Mumba岩棚位于坦桑尼亚北部的埃亚西湖流域（图1），属于东非大裂谷。该遗址以其中石器时代的沉积物闻名，自20世纪30年代以来经历了多次发掘（Kohl-Larsen，1943年）。这里出土的石器组合属于解剖学意义上的现代人类，涵盖了MSA和LSA时期（Marks和Conard，2008年）。 MSA是人类生物学与文化演化的关键阶段，与现代人类的出现及其在非洲大陆的扩散同步（Tryon和Faith，2013年）。这一时期的特点是技术创新（如刀片、修整过的石尖、微石器和骨制工具的使用）、象征行为的增加（通过颜料和装饰品体现），以及社会经济结构的变革（如向多种环境的扩张和捕鱼作为生存策略的引入）。自Goodwin和Lowe首次描述该遗址以来，非洲许多层序良好的遗址都进行了深入研究，揭示了显著的地域性适应特征（Basell，2008年；Mcbrearty和Brooks，2000年；Scerri和Will，2023年；Bader等人，2022b年）。这一时期还伴随着环境剧变，导致人口迁移（例如从北部地区向撒哈拉沙漠及尼罗河流域的迁移）。MSA的开始时间也与北非杰贝尔伊鲁德发现的最早智人化石相吻合（Hublin等人，2017年），距今约31.5万年（Richter等人，2017年）。在东非，多个遗址也出土了智人化石。

材料与方法

我们选取了Kohl-Larsen收藏中的八颗化石牙齿（MUM-V-1、4、5、9、10、11、12和2661）进行ESR/铀系测年。这些牙齿均来自V层地层（厚度1.8米），包括六颗犀牛牙、一颗羚羊牙和一颗长颈鹿牙（图S1）。每颗牙齿在V层顶部的具体位置见表2。 自20世纪80年代末以来，电子自旋共振（ESR）和铀系测年法（²³⁰Th/U）被广泛应用于更新世古生物年代测定。

结果与讨论

ESR/铀系测年结果使用DATA程序（Grün，2009）计算，采用了US模型（Grün等人，1988）或EU模型（Bischoff和Rosenbauer，1981）。US模型结合了ESR和铀同位素数据（²³⁴U/²³⁸U、²³⁰Th/²³⁴U及铀含量）来确定铀的吸收过程（参数p）。EU模型假设铀是在特定条件下逐渐被吸收的。

结论

这些新的ESR/铀系测年结果为非洲MSA时期的研究提供了重要依据。结合其他现有数据，它们有助于精确确定Mumba岩棚V层地层的最后人类居住时间：底部（1.6米深处）的年代为72 ± 8千年前，顶部（0.4–0.6米深处）的年代为54 ± 3千年前。这些新的年代数据与MSA时期的考古背景相符，有助于建立清晰的年代框架。

作者贡献声明

Chloé Chane-Kouo： 负责撰写初稿、方法论设计、数据分析及形式化分析。 Ma?lys Richard： 负责撰写初稿、验证结果、监督研究过程、方法论制定、资金争取及概念构思。 Mathieu Duttine： 参与结果验证、监督研究工作、资源调配、数据分析及文本修订与编辑。 Edwige Pons-Branchu： 参与文本修订与编辑、结果验证、监督研究工作、资源调配及数据分析。 María Jesús Alonso Escarza： 参与文本修订。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了Wenner Gren基金会（资助Ma?lys Richard的博士后研究项目#10478）、大众基金会（资助Pastory Magayane Bushozi和Nicholas Conard的研究项目#96977）以及海德堡科学院（Heidelberger Academy of Science）的“文化在人类早期扩张中的作用”项目（ROCEEH）的资助。感谢发掘团队Arnaud Dapoigny（LSCE）在MC-ICP-MS测量中的协助，以及Maddy McCartin和Angel Blanco-Lapaz的支持。