火在人類(lèi)演化過(guò)程中有著關(guān)鍵地位??刂菩杂没饚椭祟?lèi)自由獲取熟食、驅(qū)寒保暖、制造工具、照亮黑暗等,對(duì)于人類(lèi)的生存發(fā)展以及大腦發(fā)育都發(fā)揮了重要地位。目前人類(lèi)最早在什么時(shí)候開(kāi)始用火尚無(wú)明確的結(jié)論。因此從古人類(lèi)遺跡中獲得確鑿的用火證據(jù)對(duì)于人類(lèi)學(xué)研究來(lái)說(shuō)非常重要。
用火研究主要包括兩個(gè)方面,一是獲取燃燒的證據(jù),二是確認(rèn)古人類(lèi)的控制性用火行為。然而由于年代過(guò)于久遠(yuǎn)信息保存不全、檢驗(yàn)分析方法有限等因素的影響,很難對(duì)古人類(lèi)遺址區(qū)域發(fā)現(xiàn)的用火證據(jù)進(jìn)行確定無(wú)誤的認(rèn)定。隨著技術(shù)的進(jìn)步,一些更精確更可靠的方法被開(kāi)發(fā)利用,學(xué)術(shù)界在古人類(lèi)用火研究上才有了一定進(jìn)展。如利用傅里葉變換紅外光譜分析和微觀地層形態(tài)學(xué)分析對(duì)南非北部開(kāi)普敦的 Wonderwerk洞穴進(jìn)行檢驗(yàn)之后,研究者證實(shí)該地有古人類(lèi)用火的可信證據(jù),從而將人類(lèi)最開(kāi)始用火的年代推至距今約100萬(wàn)年前。
近日,以色列的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用人工智能算法結(jié)合拉曼光譜技術(shù),從以色列的舊石器時(shí)代早期露天遺址(Evron Quarry)中發(fā)現(xiàn)了被火燒過(guò)的動(dòng)物和巖屑?xì)埓?。這些殘存距今約100萬(wàn)至80萬(wàn)年前之間。
材料在受熱之后其光譜特征會(huì)發(fā)生改變,傅里葉變換紅外光譜在用火研究中的應(yīng)用即基于此。而研究團(tuán)隊(duì)以拉曼光譜為基礎(chǔ),結(jié)合一個(gè)深度學(xué)習(xí)模型(一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))來(lái)學(xué)習(xí)燧石在加熱至不同溫度后的拉曼光譜變化,將光譜模式與燧石的加熱溫度聯(lián)系起來(lái),并將訓(xùn)練之后的模型應(yīng)用于從Evron Quarry遺址采集的石器,從而判斷該遺址的時(shí)期是否曾被燒過(guò)。
在研究中,團(tuán)隊(duì)分析了26件燧石工具的熱暴露情況,結(jié)果顯示部分工具曾被加熱到600攝氏度以上。此外,對(duì)于該遺跡動(dòng)物遺骸的光譜分析也發(fā)現(xiàn),其中有一頭已滅絕大象的象牙曾因加熱導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
此前的用火研究分析方法,包括微觀形態(tài)分析、磁學(xué)方法和紅度分析、元素分析等都只能判斷是否發(fā)生過(guò)燃燒事件,光譜分析方法還可以研究樣品被加熱的溫度。而將深度學(xué)習(xí)算法與光譜分析技術(shù)相結(jié)合,不僅讓樣品的熱暴露情況研究更加簡(jiǎn)單方便,也提高了估計(jì)溫度與真實(shí)溫度之間的誤差,為人類(lèi)用火研究提供更有力的工具。
然而目前的技術(shù)水平始終難以完全確定遺址中發(fā)生的燃燒痕跡是自然的還是人工的。研究人員只能通過(guò)不同的檢驗(yàn)方法獲取多方面的信息,相互結(jié)合和補(bǔ)充,以期得到一個(gè)可靠性較高的,能夠被普遍認(rèn)可的結(jié)論。
人工智能技術(shù)的應(yīng)用是一個(gè)很大的進(jìn)步,它不僅可以與拉曼光譜結(jié)合,在其他分析方法中也能發(fā)揮非常大的作用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,我們對(duì)古人類(lèi)的歷史將有更多的了解,從而進(jìn)一步揭開(kāi)人類(lèi)演化的秘密。
原標(biāo)題:AI結(jié)合拉曼光譜 為古人類(lèi)用火研究提供新工具
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