考古学研究的核心任务之一是将“什么时候发生了什么”尽可能理清楚,比如,聚落何时出现扩张?稻作与家畜的利用何时强化?礼制与权力结构何时成形?这些问题看似宏大,但最终都要落到一条准确的时间轴上。因此,年代框架的可靠性对讨论技术传播、社会复杂化、区域互动等非常重要。
在众多测年手段中,碳十四测年因可直接测定有机体中碳交互的停止时间,而长期作为考古学研究中的关键测年方法之一。但传统碳十四测年也面临很多挑战。一方面,海洋及淡水碳库效应会使一些人骨、动物骨年代在检测中“偏老”。另一方面,在中国南方等酸性土壤环境中,骨骼内的骨胶原常被强烈降解,导致可供测年的有机组分极少甚至没有。近年兴起的单体氨基酸碳十四测年技术,为破解这些难题提供了新路径,也为中华文明探源工程带来精度更高、适用性更强与更可解释的证据链。
从“测一整块胶原”到
“只测一种氨基酸”
骨骼中可用于碳十四测年的“黄金材料”通常是骨胶原。传统方法将胶原作为一个整体提取、净化、转化为测年样品。但是胶原一旦被土壤腐殖酸、保存液、胶类修复材料等污染,或胶原内部混入了不同来源的碳,例如食用大量水生资源带来的“老碳”信号,测到的年代就可能偏离真实的年代。
因此,单体氨基酸碳十四测年将碳十四测年放大到了分子级的精细程度。这种测年方法先将胶原水解成氨基酸,再通过色谱等手段将其中一种氨基酸分离出来,只测这一“单体”的碳十四。这一过程类似将一锅汤拆解成具体食材,再挑选最不易被外来调味影响的原料进行判断。所以,这种技术具有更强的抗污染能力。这是因为,许多外源有机污染并不会以“目标氨基酸”的形式进入样品,即使进入,也更容易在分离纯化中被剔除。此外,不同氨基酸在体内代谢途径不同,“必需氨基酸”主要来自食物蛋白本身,理论上更能追溯“食物网”的真实输入,更适合微量样品。随着加速器质谱AMS对微量碳样的测定能力提升,单体氨基酸这种“以小搏准”的策略逐步具备现实可行性。
把“偏老的碳”从年代中剥离出去
水体中的无机碳并不总与大气同步更新,因此大部分水生食物中都含有“更老”的碳。当人群摄入海洋鱼贝或淡水生物时,人体内的碳十四也会“变老”,影响我们对于人体遗存年代的判断。这类问题在沿海贝丘、江河湖泊流域和渔猎采集传统较强的遗址中经常展现。同一时期的个体,根据水生食物摄入比例不同,传统方法测定的骨胶原年代会出现个体间差异,甚至系统性“偏老”。这种误差会直接影响对“聚落兴起节奏”“社会分化速度”“技术扩散先后”等问题的判断。
不同氨基酸与水生食物的“老碳信号”关联程度也不相同,使得单体氨基酸碳十四测年的结果准确性更高。从代谢机理看,部分氨基酸在体内由多种碳源重新合成,容易“混碳”,而部分必需氨基酸更依赖直接食物输入。而且,对于不同食物来源干扰测年结果的风险,我们可以通过稳定同位素进行评估。在实践中,我们可以先用分子层面的同位素证据将各类氨基酸按受水生信号的影响程度划分为“高风险组”和“低风险组”,再选择“低风险组”的氨基酸作为碳十四测年的靶标,从而显著降低碳库效应造成的年代偏差。
过去碳十四测年对于解决各类样本的“碳库效应”常需要依据现代区域性的“校正模型”来进行校正,而单体氨基酸碳十四测年提供了一条更直接的解决路径——在同一具骨骼内部寻找更可靠的时间信号。
把“测不到”变成“尽可能测到”
中国南方许多遗址面临的更大测年挑战是环境影响。南方地区的酸性土壤和温湿环境使得微生物活动更强,骨胶原大量降解。因此,南方遗址的发掘中,经常出现骨骼遗存还在,但可供测年的胶原几乎无存的情况,使得碳十四测年难以开展。常使用的策略是改测同层位木炭、植物种子、其他有机遗存等替代材料,或者用“间接证据”给出年代范围。但当我们关心的是人群迁徙、族群互动、社会结构变化时,“人骨测年”就具有了不可替代的价值,因为它直接对应个体生命时间。
单体氨基酸碳十四测年对破解这一问题的帮助主要体现在两个方面。一方面,降低对高产胶原的依赖。传统整体胶原测年需要一定的胶原提取量与质量指标,而只要还能获得可分离、可鉴定的氨基酸组分,单体氨基酸碳十四测年就有机会完成测定。这相当于把测年的门槛从必须有一整块胶原降低到找到足够纯的关键分子。
另一方面,单体氨基酸碳十四测年要求更严格的流程控制,空白、标准、分离纯度、分子鉴定、重复测定等都必须透明呈现。对保存不佳的样品而言,这种严格的流程控制更为重要。单体氨基酸碳十四测年不仅给出了一个年代数字,还能给出这个数字为什么可信以及哪里仍有不确定性的详细说明。对于中华文明探源工程这种面向公众、面向国家的重大研究,这种可追溯性尤为关键。
需要坦率指出的是,在极端酸性、胶原完全消失的样品中,单体氨基酸碳十四测年也可能遇到瓶颈,并不是对所有南方骨骼样品都有效的“万能钥匙”。但这一技术显著扩大了“可测”的边界,并在“可测与不可测之间”提供了更清晰的判定标准。
让关键事实更清晰准确
目前考古学强调多学科证据整合,各类学科证据包括考古地层、类型学序列、动植物考古、环境重建、材料科学分析等最终都要落在时间轴上。单体氨基酸碳十四测年的引入,使得关于社会变化关键转折点的精确时间更容易被锁定。从分散聚落到中心聚落、从一般手工业到专业化生产、从象征体系到制度化礼制等转折,往往发生在几十年至一两百年的尺度上,更精准、更可靠的测年能把“模糊的阶段”变成“可讨论的节点”。
不仅如此,分子级测年使得跨区域比较更具可比性。不同地区水生食物食谱差异巨大,若仍用整体胶原年代直接比较,容易把“食谱差异”误判为“时间差异”。单体氨基酸碳十四测年通过降低碳库效应与污染影响,使不同地区的数据更接近同一标准。
文明探源需要把考古及历史叙事建立在更可检验的证据上。单体氨基酸碳十四测年将“年代”从粗颗粒的整体材料,推进到更精细、更可控的分子层面。它既有潜力缓解海洋及淡水碳库效应对人骨年代的干扰,也能在南方酸性土壤导致胶原保存不佳的背景下,尽可能扩大可测样品范围,并通过严格的质量控制使得结论更可信。
中华文明探源工程关于多元一体、区域互动与创新路径的讨论需要坚实的时间坐标。用更小的分子照亮更大的历史,正是科技考古在当代中国最具意义的方向之一。
(作者系南京大学考古文博与中华文明研究院特聘研究员)