Vuurstenen werktuigen die minstens 800.000 jaar oud zijn, gevonden in de Evron-steengroeve in het noorden van Israël. Foto Zane Stepka / Weizmann Instituut
Ze zeggen dat waar rook is, is vuur, en onderzoekers van het Weizmann Institute of Science werken er hard aan om die bewering te onderzoeken, of in ieder geval op te helderen wat 'rook' is.
In een artikel dat vandaag in PNAS is gepubliceerd, onthullen de wetenschappers een geavanceerde, innovatieve methode die ze hebben ontwikkeld en gebruikt om niet-visuele sporen van vuur te detecteren die minstens 800.000 jaar oud zijn - een van de vroegst bekende bewijzen voor het gebruik van vuur.
De nieuw ontwikkelde techniek kan een duwtje in de rug geven naar een meer wetenschappelijke, datagedreven vorm van archeologie, maar – misschien nog belangrijker – het zou ons kunnen helpen de oorsprong van het menselijke verhaal, onze meest elementaire tradities en onze experimentele en innovatieve aard beter te begrijpen.
800.000 jaar oude vuurstenen werktuig gevonden in de Evron-steengroeve in het noorden van Israël. Foto Zane Stepka / Weizmann Instituut
Het gecontroleerde gebruik van vuur door oude mensachtigen - een groep die mensen en enkele van onze uitgestorven familieleden omvat - wordt verondersteld minstens een miljoen jaar terug te gaan, rond de tijd dat archeologen geloven dat Homo habilis zijn overgang naar Homo erectus begon.
Dat is geen toeval, want de werktheorie, de 'kookhypothese' genoemd, is dat het gebruik van vuur een belangrijke rol speelde in onze evolutie, niet alleen om mensachtigen warm te houden, geavanceerde gereedschappen te maken en roofdieren af te weren, maar ook om het vermogen om te koken. Het koken van vlees elimineert niet alleen ziekteverwekkers, maar verhoogt ook de efficiënte eiwitvertering en voedingswaarde, wat de weg vrijmaakt voor de groei van de hersenen.
Het enige probleem met deze hypothese is een gebrek aan gegevens: aangezien het vinden van archeologisch bewijs van pyrotechnologie voornamelijk berust op visuele identificatie van wijzigingen die het gevolg zijn van de verbranding van objecten (voornamelijk een kleurverandering), zijn traditionele methoden erin geslaagd wijdverbreid bewijs te vinden van vuurgebruik dat niet ouder is dan 200.000 jaar. Hoewel er enig bewijs is van vuur dat teruggaat tot 500.000 jaar geleden, blijft het schaars, met slechts vijf archeologische vindplaatsen over de hele wereld die betrouwbaar bewijs leveren van oud vuur.
"Misschien hebben we zojuist de zesde locatie gevonden", zegt dr. Filipe Natalio van de afdeling Plant- en Milieuwetenschappen van Weizmann, wiens eerdere samenwerking met dr. Ido Azuri van de afdeling Life Core Facilities van Weizmann en collega's de basis vormden voor dit project.
Van links naar rechts: Dr. Filipe Natalio, Dr. Ido Azuri en Zane Stepka. Foto via Weizmann Institute of Science
Samen pionierden ze met de toepassing van AI en spectroscopie in de archeologie om aanwijzingen te vinden voor gecontroleerde verbranding van stenen werktuigen die dateren van tussen de 200.000 en 420.000 jaar geleden in Israël. Nu zijn ze terug, samen met PhD-student Zane Stepka, Dr. Liora Kolska Horwitz van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem en Prof. Michael Chazan van de Universiteit van Toronto, Canada.
Het team verhoogde de lat door een "visexpeditie" te ondernemen - ver het water in werpen en kijken wat ze er weer in konden halen. "Toen we met dit project begonnen", zegt Natalio, 'vertelden de archeologen die de bevindingen van Evron Quarry hebben geanalyseerd, ons verteld dat we niets zouden vinden. We hadden een weddenschap moeten afsluiten."
Evron Quarry, gelegen in het westen van Galilea, is een archeologische vindplaats in de open lucht die voor het eerst werd ontdekt in het midden van de jaren zeventig. Tijdens een reeks opgravingen die in die tijd plaatsvonden en onder leiding stonden van prof. Avraham Ronen, hebben archeologen 14 meter diep gegraven en een groot aantal dierlijke fossielen en paleolithische werktuigen ontdekt die dateren van tussen 800.000 en 1 miljoen jaar geleden, waardoor het een van de oudste vindplaatsen in Israël.
Archeologische opgravingen in de Evron-steengroeve, 1976-77. Foto via Weizmann Instituut
Geen van de vondsten van de vindplaats of de grond waarin ze werden gevonden, vertoonden enig visueel bewijs van hitte: as en houtskool degraderen na verloop van tijd, waardoor de kans op het vinden van visueel bewijs van verbranding wordt geëlimineerd. Dus als de Weizmann wetenschappers bewijs van vuur wilden vinden, moesten ze verder weg zoeken.
De "vis"-expeditie begon met de ontwikkeling van een geavanceerder AI-model dan ze eerder hadden gebruikt. "We hebben verschillende methoden getest, waaronder traditionele methoden voor gegevensanalyse, machine learning modellering en meer geavanceerde 'deep learning' modellen", zegt Azuri, die de ontwikkeling van de modellen leidde. "De deep learning modellen die de overhand hadden, hadden een specifieke architectuur die beter presteerde dan de andere en gaven ons met succes het vertrouwen dat we nodig hadden om deze tool verder te gebruiken in een archeologische context zonder visuele tekenen van vuurgebruik." Het voordeel van AI is dat het verborgen patronen kan vinden op een groot aantal schalen. Door de chemische samenstelling van materialen tot op moleculair niveau te lokaliseren, kan de output van het model de temperatuur schatten waarop de stenen werktuigen werden verwarmd,
800.000 jaar oude vuurstenen werktuig gevonden in de Evron-steengroeve in het noorden van Israël. Foto Zane Stepka / Weizmann Instituut
Met een nauwkeurige AI-methode in de hand, zou het team kunnen gaan vissen op moleculaire signalen van de stenen werktuigen die bijna een miljoen jaar geleden door de bewoners van de Evron-steengroeve werden gebruikt. Daartoe beoordeelde het team de blootstelling aan hitte van 26 vuurstenen werktuigen die bijna een halve eeuw geleden op de site werden gevonden.
Uit de resultaten bleek dat de gereedschappen waren verwarmd tot een breed temperatuurbereik, sommige zelfs meer dan 600°C. Daarnaast analyseerden ze met een andere spectroscopische techniek 87 faunaresten en ontdekten dat de slagtand van een uitgestorven olifant ook structurele veranderingen vertoonde als gevolg van verhitting. Hoewel ze voorzichtig zijn in hun bewering, suggereert de aanwezigheid van verborgen warmte dat onze oude voorouders, niet anders dan de wetenschappers zelf, experimentatoren waren.
Archeologische opgravingen in de Evron-steengroeve, 1976-77. Via Weizmann Instituut
Door de archeologie vanuit een ander perspectief te bekijken, met behulp van nieuwe tools, kunnen we volgens het onderzoeksteam veel meer vinden dan we aanvankelijk dachten. De methoden die ze hebben ontwikkeld, kunnen bijvoorbeeld worden toegepast op andere plaatsen in het lagere paleolithicum om niet-visueel bewijs van vuurgebruik te identificeren. Bovendien kan deze methode misschien een hernieuwd ruimtelijk en tijdsperspectief bieden op de oorsprong en het gecontroleerde gebruik van vuur, waardoor we beter kunnen begrijpen hoe het pyrotechnologie gerelateerde gedrag van mensachtigen evolueerde en ander gedrag aanstuurde. "Vooral in het geval van vroege brand", zegt Stepka, "als we deze methode gebruiken op archeologische vindplaatsen die een of twee miljoen jaar oud zijn, leren we misschien iets nieuws."
In alle opzichten was de visexpeditie een doorslaand succes. "Het was niet alleen een demonstratie van verkenning en beloond worden in termen van de opgedane kennis", zegt Natalio, "maar van het potentieel dat ligt in het combineren van verschillende disciplines: Ido heeft een achtergrond in kwantumchemie, Zane is een wetenschappelijk archeoloog en Liora en Michael zijn prehistorici. Door samen te werken hebben we van elkaar geleerd. Voor mij is het een demonstratie van hoe wetenschappelijk onderzoek in de geesteswetenschappen en wetenschap zou moeten werken.”
Het onderzoek van Dr. Natalio wordt ondersteund door het Yeda-Sela Center for Basic Research.
Comments