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人工智能协助寻找人类使用火历史 精选

已有 6681 次阅读 2022-6-15 11:25 |系统分类:海外观察

学会使用火是人类与自然界斗争的最有效工具之一,这是人类使用人工和自然工具的最重要环节,也可能是人类进化的重要标准。但是人类是从什么时候开始掌握了火的应用,并不是一个容易回答的问题。最近科学家利用人工智能的帮助,可能距离准确回答这个问题的目标越来越近。

要找到古代营地的线索并不总是那么容易。木炭碎片、断裂的骨头和变色的岩石经常会发出史前的火焰。但并不是每一场大火都会留下明显的痕迹,尤其是在数十万年之后。 现在,科学家们利用人工智能(AI)来探测极端高温扭曲材料原子结构的微妙方式,发现了一场近100万年前的火灾的潜在存在,在以色列的一处考古遗址中埋藏着数十件据称是被烧毁的物体。如果这项技术被证明是可靠的,这些发现可能会揭示人类最初是在何时、何地以及为何学会使用火焰的。

哈佛大学的人类学家Richard Wrangham对这种新方法印象深刻。长期以来,他一直主张,人类祖先在大约180万年前开始烹饪食物时,就进化出了更小的内脏和更大的大脑。我们需要有想象力的新方法来精确定位古代火灾,他说。现在,我们有了一个。

大多数对火的研究都依赖于明显的木炭碎片和其他线索。但是魏茨曼科学研究所的考古生物化学家菲利普·纳塔利奥想找到一种方法来识别火留下的无形证据。先前部分由法医科学家领导的研究表明,燃烧会在原子水平上改变骨骼结构,因此燃烧和未燃烧的人类骨骼会吸收不同波长的红外光谱。研究人员可以使用一种被称为傅里叶变换红外光谱(FTIR)的技术来检测烧焦的骨头,这种技术可以测量不同波长光的吸收。

纳塔利奥和同事们想知道,类似的方法是否适用于烧过的石器,在非常古老的遗址中,这些石器通常比骨头更丰富,是人类存在的明确迹象。他和同事们对火石进行了实验,火石是一种常见的制造工具的岩石,在加热后变得更容易切割和成形,在火中加热到不同的温度,然后应用光谱技术,看看他们是否能识别燃烧的特征。但是由于燧石的自然变化,数据中的模式非常复杂。

纳塔利奥说:“一个峰值会上升,另一个会下降变化如此微妙,我们很难把握它们。就在那时,我们转向了人工智能。

纳塔利奥说,研究人员设计了一个计算机程序来寻找细微的模式,而科学家们自己要花很长时间才能发现这些模式。利用一种名为紫外线拉曼光谱的技术,该技术可以测量紫外线的吸收,人工智能可以可靠地区分燃烧和未燃烧的现代燧石碎片,甚至可以揭示它们燃烧的温度。

接下来,研究小组将其方法应用到26个燧石工具上,这些工具大多是20世纪70年代在以色列西北部沿海地区埃夫隆采石场出土的小切削刃。综合多种测定年代的方法表明,该遗址的历史在80万到100万年之间,可能居住着广泛使用工具的人类祖先——直立人。在工具旁边发现了几十块动物骨骼,但考古学家没有发现木炭或发红的沉积物等火的传统证据。

虽然这些燧石工具没有可见的焦痕,但研究人员说,原子证据表明它们在火中燃烧过。利用他们的新技术,纳塔利奥和同事们发现大部分打火石工具被加热到200°C600°C的温度范围内,他们今天在《美国国家科学院院刊》上报告说。(营火的平均燃烧温度约为400°c)研究人员还使用傅里叶红外光谱分析了13块象牙,这些象牙来自两个象属之一的剑齿虎和象齿兽,它们与工具在同一沉积层中被发现。结果发现,象牙也曾暴露在高达600°C的温度下。

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纳塔利奥说,这可能是该遗址居民煮熟猎物的证据。如果是这样的话,这将使它与南非Wonderwerk洞穴中一个可能有100万年历史的壁炉一起成为已知最古老的烹饪场所。

西蒙弗雷泽大学的古人类学家丹尼斯·桑德加特(Dennis Sandgathe):“做得很好”(这是论文,而不是烤大象)世界上只有不到6处遗址有超过50万年的火灾证据。这可能是因为古人类不经常使用火,但也可能是因为我们缺少了一些火。所以,这真的很重要。

纳塔利奥说,目前还没有办法确定这个遗址的工具和象牙是在自然火灾中燃烧的还是在人为火灾中燃烧的。根据植被,即使在一个地方,火灾也可以在不同的温度下燃烧。但在埃夫隆采石场,各种工具之间的温度变化如此之大,这向纳塔利奥提出了一个激进的概念:工具制造商们正在进行实验,将燧石芯加热到不同的温度,看看这如何影响它们的可加工性。

乔治华盛顿大学研究火起源的古人类学家萨拉·赫鲁比克(Sarah Hlubik)对此并不确定。在这个网站的时代,我想说这不太可能,但也不是不可能,她说。我们直到很久以后才真正看到热处理,如果这项技术是在近100万年前进行的实验,我们可能会比现在更早地看到它的普及。

Hlubik说,这项新技术很有前途。但她希望看到作品在更广泛的环境中重现,并希望团队排除其他可能性,比如不同地点和时间自然燃烧的材料冲刷到遗址中。在此之前,Hlubik说,重要的是对这样的结果持保留态度。

Artificial intelligence may have unearthed one of the world’s oldest campfires | Science | AAAS



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