80の技術的および機能的分析

Scientific Reports volume 12、記事番号: 16270 (2022) この記事を引用

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完全に形作られ、形態学的に標準化された骨ツールは、一般に現代の行動の出現の信頼できる指標と考えられています。我々は、南アフリカのクワズール・ナタール州にあるシブドゥ洞窟で、約8万年から6万年前の考古学的な地層から23個の二重斜めの骨道具が発見されたことを報告する。私たちは、考古学的な骨器、木の皮を剥ぐ、黄土化合物の有無にかかわらずウサギの毛皮を加工する、洞窟の内外の堆積物を掘る、民族誌上の遺物を掘る際に実験的に使用された骨器のレプリカの使用磨耗の質感を分析しました。木の皮を剥ぎ、腐植質の多い土壌を掘ると、ほとんどの Sibudu ツールで観察されるものとよく一致する使用摩耗パターンが生成されます。この種類の道具は、シブドゥにおける 20,000 年にわたる 3 つの異なる中石器時代の文化伝統に関連付けられていますが、同時代の遺跡には存在しません。私たちの結果は、アフリカ南部の一部の近世人類集団が、特定の高度に標準化された文化的特質を地域で発展させ維持しながら、亜大陸規模で他の集団を共有していたというシナリオを裏付けています。私たちは、技術分析と質感分析が、過去の行動を推測し、先史時代の文化革新の重要性を評価するための効果的な手段であることを実証します。

私たちの系統のメンバーは、少なくとも 200 万年前 (Myr)1、2、3、4、5、6 から、環境と相互作用するために骨を使用してきました。これらの最初の骨道具は、未加工または最小限の形状の風化した骨片と、掘削器具として使用されたホーンコアで構成されていました。大きな骨の破片がナッピング（剥離石器の製造に使用される技術）によって変更されたのはわずか 180 万年前であり、140 万年前には、現代のアシューリアン石器と同様の骨の両面を成形するためにナッピングが使用されていました 9、10、11。未修正またはわずかに修正された骨道具は、比較的最近まで、アフリカとユーラシアの先史時代の人類の技術レパートリーの一部として残されていました。改変の程度は低いにもかかわらず、これらのツールの一部は特定の機能に使用されていたことが示唆されています 14、21、22。関連する関連した質問は、研削、削り取り、溝切り、ガウジングなど、骨材料の成形に適した技術を完全に使用して加工された骨ツールがいつ登場したかです。これらの技術を骨、角、象牙に適用することで、メーカーは工具の最終的な形状とサイズを高い精度で決定することができます。正式な骨道具と呼ばれることが多い完全な形の骨工芸品の製造につながる高度な骨技術は、今世紀初頭まで、約 4 万年前にヨーロッパ領土に植民地化した解剖学的現生人類の革新であると考えられていました (ka)25,26。、27。過去20年間に実施された研究により、アフリカ北西部、中央部、南部のMIS5（約12万年前）からMIS2（約2万年前）までの中石器時代（MSA）および前期石器時代の遺跡で、正式な骨道具の例が明らかになった。年齢 (ELSA)。

北西アフリカでは、最初の正式な骨の道具と考えられている物体は、スムーザー、つまり皮を加工するために使用される道具として解釈される修正された肋骨の断片で構成されています。それらはエル・ムナスラのアテリアンMSAで発見され、層5と層6の日付は1920年頃である。 107 ka28、および Contrebandiers Cave、セクター IV 第 2 層の日付は c. 95か22。コントルバンディエ洞窟では、形式的かつ便宜的な骨の道具として解釈される修正された破片が、120 ka22 という古い層から出土しています。縦方向に裂け、削ったり磨いたりして部分的に薄くした肋骨の他の破片も、第 5 層のエル・ムナスラで発見され、狩猟用具と解釈された 29。ダルエスソルタン 1 では、ユニット G3-v の年代は c. です。 90 ka では、修正されたリブは「ナイフのような」道具として解釈されました 30。

中央アフリカでは、カタンダ (Kt) 2、9、および 16 のセムリキ川上流沿いの 3 つの MSA 遺跡で、片側のとげのある先端とプリフォームが発見されました。Kt9 堆積物はもともと、光刺激発光 (OSL) 年代が約 10 年でした。 90カ31,32。最近の年代測定の試みでは、ばらつきはあるものの一貫した結果が得られ、年齢は 60 ～ 70 万年を超え、確実に 50 万年未満ではありませんでした 33。とげのある先端は、哺乳類の大きな肋骨と、研削、切開、ノッチング、および削り取りによって形作られた長い骨幹から作られました34,35。

アフリカ南部では、ザンビア共和国のブロークンヒル（カブウェ）洞窟で 3 つの骨道具が発見され、1 つの発射点と 2 つの「えぐり」と解釈されました。この堆積物は、関連する動物相および岩石の集合体に基づいて、中期更新世後期に属すると推定されています。「ガウジ」は縁を削ることによって修正されました。著者らによれば、単一点の最終的な成形には研磨が必要であり、その結果、製造の初期段階で生じた痕跡が消去されてしまうという。同様にザンビアのムンブワ洞窟の MSA 層から骨点の可能性が報告されています 37 が、38 を参照してください。ナミビアでは、アポロ 11 号の洞窟 39 のスティルベイ (SB) 層で 2 つの切り込みのあるリブが発見されました。南アフリカのクラシエス川のハウィソンズ・ポート（HP）層から出土した3つの切り欠きのある破片は、皮を加工したりでんぷん質の植物を加工したりするための道具と解釈されています40,41。削ることによって加工され、ELSA および後期石器時代 (LSA) で発見されたものと形態学的に類似した細長い骨の先端は、クラシエス川の初期の HP 層から得られます40、42、43。削ることによって形作られたおそらく発射点の遠位の破片は、南アフリカのピアーズ洞窟の SB 層のものであることが確実に判明しました40,44。

南アフリカの 3 つの遺跡、つまりボーダー洞窟、ブロンボス洞窟、シブドゥ洞窟は、骨道具の集合体の豊富さと多様性で際立っています。クワズール・ナタール州の国境洞窟では、分割した水の牙を削り、研磨して加工した切り込みのある骨と千枚通しが、60～45万年前の層から出土している。骨で作られた狩猟用武器の先端、スイ牙の槍先、千枚通し、そして数えるための装置と解釈されるギザギザのあるヒヒの腓骨45は、44年から40年頃の層に由来しています46。ブロンボス洞窟では、75 年から 70 年前の SB 層から、削りと研磨によって形作られた骨の槍の先端、削りによって生成された尖った先端、および削りと研削によって変形された哺乳類と鳥の骨で作られた薄い錐が生成されています。風化した骨を研削して部分的に成形された単一の堅牢な先端は、67.8 ka48 の SB 層を覆う DUN 層から生じています40。

シブドゥ洞窟は、紀元前 19 年頃からの層位序列を通じて骨器が見つかった唯一のアフリカの遺跡です。 80～38 ka（Still Bay前（PSB：～80～72 ka）、SB（～70 ka）、HP（65～61 ka）、HP後（PHP：59～57 ka）、最終MSA（ FMSA: 49–38 ka) 層49,50。 PSB層とHP層からは、削り取りによって形成された2つのくさび状工具が回収されました。千枚通しとシングルポイントは HP レイヤーに限定されます。 Pièces esquillées (削ることによってわずかに修正され、研削によって再形成され、分割ツールとして使用される骨片)、使用の痕跡のある骨の破片、スムーザー、プレッシャーフレーカー (圧力によって石器を修正するために使用される細長い骨片) は、HP および PHP レイヤーから取得されます。。 HP コンテキストと FMSA コンテキストでそれぞれ 2 つのピンが見つかりました。いくつかのノッチのある部分が PSB、HP、および PHP 層で見つかります 44、46、51。シブドゥの HP 層からの骨の先端のサイズは、矢の先端としての使用と一致していることが示唆されています 44。この仮説は、この物体および実験的に製造および使用された同様の骨のマイクロフォーカスコンピュータ断層撮影 (μCT) 分析によって裏付けられています。矢印のポイント52。 μCT スキャンによるシブドゥの骨道具と骨の破片の組織学的分析は、奇蹄目、偶蹄目、そして程度は低いですが霊長類と肉食動物の四肢の骨がそれらの製造に使用されたことを示唆しています53。

ここで我々は、シブドゥ洞窟のPSB、SB、HP層で発見された二重斜角骨工具の広範なコレクションに対して実施された技術的および機能的分析の結果を紹介します（図1）。それらの数により、その機能の調査だけでなく、製造プロセスや形態の多様性についての詳細な文書化が可能になります。年代はまだ決定的ではないカタンダ産のとげのある先端と、北西アフリカ産の改変された肋骨を除いて、これらの物体は、高度に標準化された骨器具の年代の古い例の 1 つを表しており、他の短命の発見物とは異なり、少なくとも 20,000 年にわたって続いた地域の技術的伝統を表しています。

サイトの位置と層序。シブドゥ洞窟遺跡の位置 (地図上の星) と層序。ここで報告されているボーンツールは、Still Bay (PSB)、Still Bay (SB)、および Howiesons Poort (HP) テクノコンプレックス以前に起因すると考えられるレイヤーからのものです (表 1 を参照)。 Natural Earth (naturalearthdata.com) の無料ベクターとラスターを使用して、QGIS v. 2.14.3-Essen (ボストンの Free Software Foundation, Inc. – https://download.qgis.org/downloads/) を使用して LD によって作成された地図挿入。

考古学者は伝統的に、考古学的遺物と実験的に使用された道具の使用磨耗の比較顕微鏡分析を通じて骨道具の機能を推測してきました54、55、56、57、58。ごく最近になって、利用された骨表面の定量的組織分析から機能を推測する試みがなされた 59,60,61。実験研究では、このアプローチにより、異なる摩耗プロセスにさらされた骨表面間の大きな違いを特定できることが実証されています61。後期ネアンデルタール人が使用した便宜的な骨道具へのこのアプローチの適用は、自然の使用磨耗と人為的使用磨耗を区別する上でその適切性を実証した62。他の研究では、哺乳類、魚類、ダチョウの肋骨に記録された風化段階を区別するための粗さパラメータの適用が検討されています63。本研究は、考古学的標本、さまざまな作業で実験的に使用された考古学的道具のレプリカ、および民族誌上の遺物に対するテクスチャ分析の適用を通じて、最も初期の正式な骨道具の機能を推測する最初の試みを表しています。私たちの結果は、8万年前には、特定の地域に関係する現代人集団が、正式な骨道具の製造と使用のための高度に規範的な技術革新を発展させ、局地的に維持していたというシナリオを裏付けています。

23 個の面取りされた遺物は、シブドゥ洞窟で確認された 5 つの主要な MSA 文化地平線のうちの 3 つに起因する 15 の考古学的な層から出土しました (図 2、表 1)。 16 個は PSB 層から、4 個は SB 層から、3 個は HP 層からのものです。このサンプルには、Backwell et al.44 および d'Errico et al.46 によって説明された 4 つのツールが含まれていますが、これらは以前にテクスチャ分析の対象になっていませんでした。

Sibudu の二重面取り骨ツール。このツールは Howiesons Poort (a ～ c)、Still Bay (d ～ g)、および Still Bay 以前 (h ～ w) の各層で見つかりました。文脈情報については表 1 を、動物考古学、形態計測、タフォノミクス、技術、使用摩耗、先端の形態計測データについては表 S1 ～ S4 を参照してください。スケール = 1 cm。写真提供：Fd'E

すべての人工物は壊れて断片化されており、近位部分を保持しているものはなく、ほとんどが縦方向の骨折を抱えています（図2;補足表S1）。ただし、18 個は元のベベルの一部または全体を保存しており、5 個は一般的な形状と製造の痕跡に基づいてこの工具カテゴリに分類されます。物体の 3 分の 1 には加熱された痕跡があり、これはおそらく炉床に偶然近かったか、炉内に含まれていたためと考えられます。マンガンと方解石の堆積物の薄い層が試験片の半分に記録されています。 2 つの道具は昆虫、おそらくシロアリにかじられた形跡を示しています64,65。破壊や人間以外の形態による改変の影響を受けていない表面は非常によく保存されており、人為的改変の研究や記録が可能です。

非常に大きな哺乳類の下顎骨から製造された 1 つの標本 (図 2C) を除けば、シブドゥの二重面取り工具はすべて手足の骨の一部から作られていました。どの骨ツールについても分類群を特定できませんでした。しかし、考古動物学的分析、緻密な骨の厚さの評価、および人為的改変の研究により、細長い頑丈な骨の断片（緻密な骨の厚さは平均8.44 mm、SD：2.58 mm）は主に中型、大型、および超大型の哺乳類に由来することが示されています（補足表） S2）、側面端を真っ直ぐにして平らにするために削ることによって成形されました（図3A-B;補足表S3）。活発なえぐりの痕跡がいくつかの物体の平らな面と側面に記録されています（図2d、i、j、v、3c〜e）。一方の端は、研削または削り取りによって成形され、二重に面取りされた丸みを帯びたエッジ（図3f）、横断面が楕円形（図4）になりました。平均して、テーパー面は 55.2°の角度で交わります (SD: 9.9°; 補足表 S4)。製造の痕跡がそのまま残っており、ベベルや幅広端に使用による磨耗がほとんど見られない 3 つの試験片 (図 2d、p、u) を除いて、ベベル端を利用することで製造の痕跡が平滑化され、ほとんどの試験片から完全に消去されました。、高度に研磨された縞模様のない表面が残り、多くの場合、両方の平らな面全体に広がります（図3g–h）。 7 つの物体のひどく摩耗した面取りされたエッジには、摩耗によって磨かれた微細な除去傷が見られ (図 3i)、使用中に発生した損傷を示しています。完全な二重面取り工具の形態計測上の変化は、幅が 7 ～ 24 mm、厚さが 5 ～ 11 mm の範囲の値を示し、いくつかの壊れた工具は元々最大 14 mm の厚さを示していました（補足表 S2）。これは、シブドゥの住民が、サイズは異なるが形態が非常に均一な道具を製造するために、丈夫な手足の骨の軸の断片を選択したことを示しています（図4）。

製造および使用による摩耗の痕跡。 Sibudu の二重面取り骨ツールの製造には、側面の端を削り取る (a ～ b)、物体の平らな面と側面を激しくえぐる (c ～ e)、そして削って先端を成形する (f ～ g) という作業が必要でした。使用による摩耗は、ベベルの平らな面に広がる研磨の形 (g ～ h) と、研磨されたエッジを伴う微細な除去傷 (i) の形をとります。スケール: (b) = 1 mm; (a、c–d、f–i) = 5 mm; (e) = 1 cm。写真提供：Fd'E

シブドゥから出土した最も保存状態の良い二重斜角骨器具の平面および側面の輪郭の復元。プロファイルの再構築 (太い黒い輪郭) は、ハウイーソンズポート (a ～ c)、スティルベイ (e ～ f)、およびスティルベイ以前 (i、l、p、u) 層で見つかった完全またはほぼ完全な標本に基づいています。灰色の影付きの領域は、ツールの保存された部分を示します。文字は、考古学的オブジェクトの写真が示されている図 2 の文字と一致します。スケール: = 1 cm。

表面の質感を分析するために使用される 6 つのパラメーターから取得したデータを評価すると、実験的道具、民族誌的道具、および磨耗した考古学的道具と磨耗していない考古学的道具の間の実質的な類似点と相違点が示されます (図 5)。 3つのパラメータ、Ymax、Sq、およびAsFcは全体としてテクスチャを評価しますが、Spc、Smr1、およびSalはピークなどの表面テクスチャの側面に焦点を当てます（図6;補足図S1）。前者は、簡単に言えば、表面全体の複雑さ (Ymax)、平均高さ付近の表面の均一性 (Sq)、およびさまざまなスケールでの表面の均一性 (AsFc) を説明し、同様の傾向を明らかにします。第一に、磨耗した考古学標本と磨耗していない考古学標本は、顕微鏡観察と一致する明確に異なる範囲を示しており、より低い値は工具使用時の製造痕跡の平滑化によるものであることを示しています。第二に、未使用の実験ツールは、Ymax、Sq、および AsFc について同等の粗さ値を示し、四肢の骨の構造に関係なく、作業エッジの初期状態が同じであることを示しています。第三に、実験で使用されたすべてのツールは、未使用の状態で記録された値よりも高い粗さ値を示します。第四に、黄土色のような研磨剤を使用せずに木の皮を剥いだり、ウサギの毛皮を加工したりするのに使用される道具は、質感の複雑さが最も低くなります。黄土色の粉末と脂肪の混合物でなめしたウサギの毛皮と、樹皮を剥ぐために使用される民族誌上の骨の道具を処理することによって生成される摩耗パターンには、より高度なばらつきが観察されます。堆積物を掘るのに使用される道具は、すべての実験道具や民族誌道具の中で最も高い値を示します。境界洞窟の崖錐斜面の乾燥した堆積物を掘るのに使用された工具で記録された値は、洞窟から離れた腐植質の多い土壌を掘るのに使用された工具で記録された値よりも一貫して高くなります。考古学的ツールに記録されたテクスチャーの変化の範囲は、実験や民族誌的な活動で計算されたものよりも広いです。考古学用具の磨耗と、黄土色の粉末研磨剤を使用せずに木の皮を剥いだりウサギの皮を加工したりするために使用された実験用具の磨耗との間に重複は観察されません。民族誌的に記録されているように、7 つの考古学的道具のうち 1 ～ 3 つは、腐植質の多い土壌を実験的に掘ったり、ウサギの皮を黄土と脂肪の化合物で処理したり、木の皮を剥いだりするときに生じた使用痕と一致するバリエーションを示しています。各パラメーターについて、2 ～ 3 つの考古学的摩耗パターンが既知の活動について記録された範囲外にあります。

テクスチャ分析によって分析された、選択した領域の 3D レンダリング。未使用（a）と使用済み（b-i）のツールの 3D レンダリングの比較。異なる活動、つまり、乾燥した堆積物（b）と腐植質に富んだ土壌を掘るという、異なる活動での骨ツールの使用に起因する摩耗の進行と強度の変化を強調しています。 20分間（c）、黄土色なし（d）および黄土色あり（e）でウサギの皮を20分間処理し、長時間かけて樫の木の樹皮を剥ぎます（f）。実験標本（b〜e）、民族誌標本（f）、およびスティル湾以前の層BS9およびBS14（図2s、wを参照）（g、i）、ハウイーソンズ・プアート層PGS3（図2cを参照）で見つかった考古学的標本) (h)。

テクスチャ分析。使用した実験用の二重ベベルツールのテクスチャパラメータ Ymax (a)、Sq (b)、AsFc (c)、Spc (d)、Smr1 (e)、および Sal (f) の変動を左から右に示す箱ひげ図。アフリカ南部の木の皮を剥ぐこと、乾燥した堆積物と腐植質の多い土壌を掘ること、黄土の有無にかかわらずウサギの皮を加工すること、そして民族誌の皮剥ぎやシブドゥ遺跡で見つかった未使用および摩耗した考古学的標本についても同様です。垂直の破線は、さまざまな樹種、堆積物の種類、およびウサギの毛皮を処理するための黄土混合物の有無に使用されるツールを区別します。実験器具の数字は使用時間を分単位で示しています。水平の色付きバンドは、20 分間の使用後の各実験機能 (樹皮剥ぎは黄色、堆積物は灰色、毛皮の処理は赤色) の 1σ での変動範囲を強調表示します。混合色は範囲間の重複を示します。 BC = 国境の洞窟。

ピークの鋭さSpc、およびコア表面上に存在するピーク材料の割合Smr1（図6、補足図S1）を説明するパラメータは、考古学的標本に存在する摩耗と生成された摩耗との明らかな違いを明らかにしています。黄土色の混合物で覆われた皮膚をこすることによって。これらは、いくつかの考古学的摩耗パターンと、腐植質の豊富な土壌を掘削する際に実験的に生成されたパターン、および民族誌の皮剥ぎで観察されたパターンとの間の一致を示しています。 Smr1 は、実験的および民族学的範囲外の摩耗パターンを持つ 1 つの考古学的道具を特定します。最後のパラメータ Sal は、傾きと距離の間の自己相関が最も早く減少する方向の水平距離を測定します。このパラメータは、考古学的、民族学的、実験的な着用パターン間の重要な重複を強調します。

6 つの組織パラメータに基づく主成分分析 (PCA) (図 7) により、考古学的使用摩耗パターンのほとんどが、民族誌の皮むき器や、黄土色の混合物で皮膚を加工するために使用された実験器具で測定されたものと重複していることが明らかになりました。そして腐植質の豊富な土壌を掘るのに使用されていたもの。木の皮を剥ぐとき、黄土色を使わずに皮膚を処理するとき、または乾燥した土壌を掘るときに実験的に生成される摩耗パターンは、考古学的変動を包含する凸包の外側にあります。いくつかの考古学的測定値は、すべての実験ツールや民族誌ツールで記録された変動の範囲外にあります。

6 つのテクスチャパラメータに基づく主成分分析。最初の 2 つの主成分のテクスチャパラメーター値の変動範囲のグループ間比較 (PC1: 53.44%、PC2: 19.89%)。考古学的標本に記録された値は、民族誌の皮むき器（黄土色の混合物でウサギの皮を加工したり腐植質の多い土壌を掘るのに使用される実験道具）で測定された値とほぼ重複しています。 BC = 国境の洞窟。

実験データと民族誌テクスチャデータを柔軟判別分析 (FDA) にかける場合、トレーニングモードで生成されたモデルは、ツールが使用された機能を 100 回の反復で平均 88.9% 正確に帰属させます。検証モードでは、精度は 79.8% です。 100 回の反復のうち最良の 25 モデルを考慮すると、検証精度は 84.3% に上昇します。この結果は、考古学的ツールが文書化された機能のいずれかに使用された場合、上位 25 のモデルは、20 回中 17 回、使用された機能を正確に識別できることを意味します (補足表 S5)。考古学的使用摩耗に対する 2 つの予測アプローチの適用でも、同様の結果が得られます。彼らは、民族誌的道具に表されている種類の皮剥ぎを、シブドゥの二重斜角工具の最も可能性の高い機能として特定しました (補足表 S6)。 4つの例では、腐植質の多い土壌を掘るため、またはその両方の活動に道具が使用された可能性があります。これらの予測された機能は、サイズの違いにもかかわらず、考古学的な骨道具が発見された 3 つの文化的地平 (PSB、SB、HP) で同様に実装されていたようです。

シブドゥで 80 ～ 60 万年前の層で発見された二重の面取りされた骨器は、既知の最も初期の正式な骨器の 1 つです。質感分析と判別分析によると、ほとんどの道具はおそらく樹皮剥ぎ作業に使用され、民族誌サンプルに匹敵する使用感が生じ、おそらく根、スゲ、または地下貯蔵器官を抽出するために腐植質に富んだ土壌を掘るために使用された可能性があります。興味深いことに、Sibudu の二重面取り工具の機能は、狩猟や皮の処理活動とは関連していません。これらの活動は、最初に文書化された正式な骨の道具、たとえば発射ポイント、とげのあるポイント、スムーザーなどの製造に伝統的に関連付けられてきました。ではなく、むしろ植物資源の搾取に特化した国内生存戦略です。地下植物資源の抽出は、工具が地面と植物の両方に接触することを伴い、記録されたテクスチャパラメータの値の範囲が重複する使用摩耗パターンの原因となる可能性があります。クワズール・ナタール州では現在、174 種の樹皮が薬用に使用されています66。これらの種の多くはシブドゥ炭の中で確認されているため67,68、薪としても使用されていた可能性があります。人気のある薬用分類群である Cryptocarya woodii が、おそらく防虫剤として使用されていたシブドゥのスゲの床で発見され 69、有毒なスピロスタキスアフリカナ 70 の樹皮と木材がシブドゥで殺虫剤の煙を生成するために燃やされた可能性があります 68。サンの狩猟採集民は、さまざまな種の樹皮を繊維の製造に使用し、その繊維は建築、結束具、または罠の製造に使用されます。根の一部は発掘され、削り取られたり、切断されたりして、伝統的な接着剤や接着剤が作られます71。この方法で根を抽出して加工すると、土を削った痕跡や樹皮の除去を模倣した痕跡が生成される可能性があります。実験用皮むき器と民族誌用皮むき器の使用磨耗について記録された粗さ値の違いは、工具の使用期間の違い、または工具が使用された樹皮と辺材の繊維構造の違いによる可能性があります。

判別分析では、黄土の有無にかかわらず皮膚の処理、乾燥した堆積物の掘削、一部の樹種の樹皮剥ぎなど、多くの機能が除外されているが、PCAは、シブドゥのくさびの一部が民族誌学的にまだ解明されていない活動に使用されたことを示唆している。または実験的な相関関係。これは、樹皮を剥いたり掘ったりする作業には小さすぎるように見える 1 つまたは 2 つのツールの小さなサイズと一致しています。これらのツールの一部が使用された機能を特定するには、実験的および民族誌的な骨ツールのテクスチャパラメータの追加の特徴付けを行う必要があります。この研究戦略を、MSA およびヨーロッパ中期旧石器時代で特定され、機能が提案されている他の骨道具 (例 21、22、30) に拡張することは、以前の解釈を強化したり、代替機能や補完機能を特定したりするために必要です。

これらの結果は、これらのツールの多くは明らかに同じ目的に使用されていたが、現時点では特定できない機能のために二重面取り端も求められていたことを示唆しています。また、研究された遺物の層序分布を考慮すると、この規範的な骨道具の伝統が少なくとも 20,000 年間にわたって伝えられ維持され、3 つの異なる MSA 石器技術伝統、すなわち PSB、SB、HP と関連付けられていたことも示唆されています。ザンビアのブロークンヒルで発見され、年代不詳で形態学的に類似した 2 つの道具が「えぐり物」と解釈されている 36 を除けば、よく保存された動物群集が含まれるものも含め、PSB、SB、HP 層を持つ南アフリカの多数の MSA 遺跡はいずれも見つかっていない。と骨の道具が発見され、この研究で分析されたものと同様の二重に面取りされた骨の道具が得られました。過去 30 年間に、多数の南部アフリカの MSA 遺跡が現代の方法で発掘されており、小さな品物の回収が示唆されています。有機材料の優れた保存状態を記録する洞窟やシェルター内の遺跡のほとんど、および南アフリカの MSA 遺跡での新旧の発掘からの骨の集合体は、正式かつ便宜的な骨の道具を求めて専門家によって注意深く再調査されています 36,37,38,39,40。 41、43、44、45、46、47、51、52、53。古い発掘方法と学芸員の実践が断片的な骨道具の回収に影響を与えた可能性があるが、現在ではどのタイプが存在する可能性があり、どの考古学的順序がそのような遺物を生み出した可能性が高いかについて明確なアイデアが得られている。この新たなパターンを踏まえると、シブドゥの二重斜角骨工具は、南部アフリカの各 MSA 技術複合体を定義する石器技術と工具の種類における明らかな類似性の背後に、文化適応の他の側面において地域規模での差異と連続性の傾向が存在することを示唆しています。このパターンは、最近の研究46,72,73,74,75,76,77,78,79と一致して、地域的に異なるMSA集団が、より一時的な文化的特徴と並行して、局所的で永続的な技術革新を発展させ、維持したというシナリオを支持している。最後に、我々の結果は、骨道具の技術的および質感的分析が、これらの人工物から人間の行動を推測するための効果的な手段であることを示しています。さらに、それらは、骨の道具のような技術革新が、人類の歴史の中で、いつ、どこで、どのような目的で出現し、確立されたのかを理解するのにも役立ちます。

シブドゥ遺跡は、インド洋から約15km内陸にある南アフリカのクワズール・ナタール州のウトンガティ川の上の崖の上に位置しています（図1）。遺跡の発掘は、1998 年から 2011 年まで私たちの一人 (LW) によって行われました。2011 年以来、テュービンゲン大学のニコラス・コナードの指揮の下、継続的な発掘が行われています。この遺跡は、鉄器時代の占領地が直接重なった 50 以上の MSA 地層からなる長く複雑な層序列を特徴としています。このサイトには LSA の職業は存在しません。 1998 年から 2011 年にかけて、21 平方メートルのエリアが深さ約 3 m まで掘削されました。これらの発掘中に文書化された文化的順序には、スティルベイ以前、スティルベイ、ハウイーソンズポート、ハウイーソンズポート以降、後期 MSA、後期 MSA、鉄器時代のテクノコンプレックスが含まれます 80。複雑ではありますが、シブドゥの層序は明確で、よく保存されています。地質考古学的分析は、人為的に形成された層間の垂直方向の混合が最小限であり、例外的な層序的完全性を示唆しています69,81。このような完全性は、積層された関節状の植物石と、時には数メートルにわたって横方向に広がる、乱されていない炭化床層の数センチメートルの厚さの層が保存されていることからも評価できます69。最近の穴掘り、動物の巣穴、落石によって引き起こされた障害は、発掘中に容易に認識され、明確に境界が定められました。

シブドゥは有機的な保存状態が優れており、骨、木炭、炭化した種子、その他の植物の残骸が遺跡全体で見つかっています80、82、83。 PSB層からの動物群集は水によって支配されています。最古の PSB 預金には、小規模なゲーム 84 の多様性も含まれています。 SB 層と HP 層では、スイッドおよび中小型のウシ科動物とともに、青いダイカー (Philantomba monticola) が高頻度で存在します 84,85。 PHP の動物群集は、小型の獲物が減少し、大型および非常に大型のウシ科動物が優勢である、より開かれた環境を反映していると解釈されています。ドレライトやホルンフェルスなどの原材料が石集合体の大半を占めていますが、石英や珪岩も、特に HP 80、86 の時代には石器の製造に使用されました。石器集合体は詳細な分析の対象となり、石器技術の通時的変化87、88、89、および石器を成形するための骨圧力フレーカーのHPおよびSBでの使用が特定された46、86、88。 PSB 層と SB 層で見つかった砥石に存在する残留物の最近の化学的特徴分析では、砥石がオーカー 90 の粉砕に使用されたことが示唆されています。 1998 年から 2011 年にかけて、9,200 個を超える黄土色の破片が MSA 層から回収されました91,92。

本研究で分析された考古学的資料は、南アフリカのヨハネスブルグにあるウィットウォータースランド大学の進化研究所で管理されており、私たちの一人（LW）がシブドゥで行った発掘からのものです（アマファ発掘許可007/09）。。これらの発掘から得られた動物資料は、改変の痕跡を示す断片を探すために系統的に分析されています。これにより、他の場所で説明されているさまざまな考古学的な層からのさまざまな骨道具の特定につながりました44、46。また、1つの二重面取り端と修正された隣接する端を特徴とする23個の完全な壊れた骨道具で構成されるサンプル（そのうちの4つは以前に説明しました）につながりました。出版物44,46。私たちのサンプルは、2004 年から 2011 年の間に PSB、SB、HP 層から回収されました (表 1)。 7 つのツールで、優れた保存状態を特徴とする磨耗領域の選択された部分が、Coltène President ライトボディ歯科用エラストマー (Coltène、スイス) で成形されました。金型も 3 つの補助ツールのアクティブエッジ近くで採取され、削り跡がよく保存されており、使用による磨耗はほとんどありませんでした。

この研究で分析された民族誌的骨道具は、2005 年まではフランスのマルセイユにある国立芸術伝統民衆博物館 (MNATP) として知られていたヨーロッパ文明と地中海博物館 (MuCEM) で所蔵されており、ここで検査されました。それらは、馬の半径で作られた7つの樹皮除去剤で構成されています（補足図S2を参照）。これらの骨ツールの製造には、作業中に適切に把握できるように遠位骨端の突出した領域を丸くすることと、斜めの角度で骨幹を半分に切って面取りを作成することが必要でした。骨の硬化は、温かい灰の中で道具をゆっくりと加熱することによって達成される場合もありました。骨端近くのいくつかのツールには鉄の刃が挿入されていました93。樹皮を鉄の刃物や刃物で縦方向に切り込みを入れた後、縦方向の切り込みの両端の幹の周囲に皮剥き機を樹皮と辺材（多くの場合樫の木）の間に差し込み、押して樹皮を剥がします。そしてウェッジの動き。この作業により、樹皮や辺材と接触する骨の面取りされた領域に特徴的な磨きが発生しました。私たちのサンプルに含まれるデバーカーは、活動領域の優れた保存状態と、製造の痕跡が消失した侵襲的な使用摩耗を考慮して選択されました。 4 つのツールで、摩耗した領域を Coltène President ライトボディ歯科用エラストマー (Coltène、スイス) で成形しました。これらの道具は、18 世紀から 19 世紀にかけて、ウンブリア、イタリア、フランスのさまざまな地域、特にヴァンデとロワールエシェールで使用され、1940 年から 1950 年にかけてジャンセルヴェ、ルイフレネ、ギイモワネによって博物館に寄贈されました。ただし、フランスでこの道具が使用されるようになったのは 8 世紀から 20 世紀で、その頃から同様の形状の金属製の道具に置き換えられました 93,94。

各骨人工物は、Nikon CoolPix 900デジタルカメラを備えたLeica Wild M3C実体顕微鏡で4〜40倍の範囲の倍率で検査され、Canon PowerShot G7 X Mark IIで写真撮影されました。私たちは、文献で確立された基準に基づいて自然および人為的改変を記録しました2,7,57,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110。可能であれば、ブランクの哺乳類のサイズクラスと解剖学的起源、ブランクの抽出と成形技術、使用と再研磨の痕跡を記録しました。作業領域の位置と範囲、および技術的行為の年表が各骨加工品について記録されました。考古学的標本の成形技術の特定は、実験データと考古学的データに基づいています4,7,14,57,111,112,113,114,115,116。形態計測データはデジタルノギスで収集され、可能な場合は、最大長さ、幅と厚さ、皮質の厚さ、遠位端から5、10、15、20 mmの位置の面取り領域の幅と厚さが含まれました（補足表） S4)。

成体大型ウシ科の 7 つの細長い四肢の骨片を、800 グリットの紙を使用した ESCIL 300 GTL ラッピングおよび研磨機で研磨して端を成形することにより、くさび形の工具に変形しました（補足図 S3）。実験で使用された骨は、フリー東部セネカルの町近くの農場スピオン・コップ932（南緯28度28分03秒東経27度49分05秒）で、部分的に関節が切断されたエランド（タウロトラガス・オリックス）の骨格から採取された。南アフリカの州。ここの風景は、カルースーパーグループの平らな頂上の山々が特徴です。崩積扇状地が山麓の斜面を覆っています。堆積扇状地の母岩はエリオット層のシルト岩と砂岩です。扇風機の多くは渓谷で解剖されており、その骸骨は渓谷の 1 つで乾いた川床で発見されました。骨は風化段階 1110 を示し、椎骨と長骨の端には乾燥した組織のみが存在し、約 1 年間の曝露が示唆されました。四肢の骨の断片は、ほとんどの考古学的骨器具の厚さに一致するように選択されました。成形時には破片は乾燥していた。ベベルは、細かいダイヤモンド溶液で覆われた粘着性フロック研磨布（ESCIL、シャシュー、フランス）を使用して研磨されました。このようにして製造された表面を光学顕微鏡を用いて反射光で検査し、倍率４０倍で微小な条痕、すなわち幅１μｍ未満の条痕がかろうじて検出できるようになるまで研磨を繰り返した。これまでの研究では、骨の元々の表面の質感の違いが磨耗の進行に影響を与えることが実証されています61。さらに、先史時代の技術で成形された実験的に使用された骨器具の使用摩耗パターンの発生を測定することは、使用前と使用後にまったく同じ場所で測定値を取得することが難しいため、困難です。これらの問題を克服するために、私たちの実験設計は、実験使用中に発生した変更を正確に位置特定して測定できる、均質で比較可能な表面を作成することを目的としていました（補足図S4）。未使用のアクティブ領域のテクスチャ分析により、それらがほぼ同一の粗さ値によって特徴付けられたことが確認されました（図6;補足データS2）。これは、実験による成形も元の骨構造も実験前の粗さパラメーターに影響を与えなかったことを示しています。

3 つの実験用面取りツールを使用して、南アフリカの固有種である 3 つの現存する樹木、すなわち Harpephyllum caffrum、Lannea antiscorbutica、および Mystroxylon aethiopicum から樹皮の一部を除去しました。 H. caffrum の種子は後期 MSA 層のシブドゥで発見され、M. aethiopicum の種子と木炭はシーケンス全体で発見されました 67,82。 L. antiscorbutica は伝統的に薬用植物として使用されています66,117,118,119,120,121。 2 つの面取りされたツールが掘削ツールとして使用されました。 1 つは国境洞窟 (クワズール - ナタール) の距骨斜面の地面にあり、もう 1 つは洞窟の外にあります。崖錐の斜面床は、細かく選別された研磨性の堆積粒子で構成されています122。一方、外側の地面は、草の成長を支えるまばらな砂利を含む腐植質に富んだ表土です。さらに 2 つの斜めのツールを使用して、2 つのウサギの毛皮から脂肪と結合組織を除去しました。動物の皮を剥いだ後、毛皮を 48 時間乾燥させました。次に、そのうちの 1 つを面取りツールの 1 つを使用してこすって洗浄しました。もう一方は、黄土色の粉末と湿式ラードの混合物で覆われ、さらに 24 時間放置して乾燥させた後、2 番目の面取り工具でこすり落としました。実験ツールの先端はすべて、使用前、および使用の 10 分および 20 分後に、Coltène President ライトボディ歯科用エラストマー (Coltène、スイス) で成形されました。

必要に応じて、ベベル面のエラストマー型をメスで切断して、磨耗した領域を露出させました。得られたサンプルは、長距離 50 倍レンズ (開口数 = 0.80) を備えた Sensofar S Neox 共焦点顕微鏡で分析され、横方向の解像度は 0.26 μm、縦方向の精度は 3 nm でした。三次元表面の取得は、ツールの作業端の近く、つまり 2 ～ 3 mm に位置する 0.98 × 0.74 mm の領域上の両方の傾斜面で行われました。毛細血管などの解剖学的特徴や、考古学的標本の堆積後の損傷を示す領域は、可能な限り避けられました。スキャンの品質は、取得ごとにレビューされました。表面の 95% 以上が測定されたスキャンは、さらなる分析のために保存されました。精度の低い取得は、ターゲット表面積の 95% が取得されるまで光と露光パラメータを改善することで再測定されました。

取得後の表面処理は、Martisius et al.61 が記載した手順と同様の手順に従い、Sensomap Mountains 7.4 ソフトウェアを使用して実行されました。組み込みのオペレータを使用すると、最小二乗法による表面のレベリング、Y 軸と Z 軸のミラーリングによる金型からの元の表面の取得、孤立した外れ値とエッジ周囲の外れ値の除去、測定されていない点の補間による埋め込みが必要になります。最後に 3 次の多項式を使用してフォームを削除します。毛細管の存在による凹みや堆積後の損傷は、分析領域から手動で除外されました。 80 μm のガウスフィルターをカットオフとして適用して、マイクロトポグラフィーからうねりを除去しました。結果として得られた取得は、4 つの同一の象限にさらに分割されました。次の粗さパラメータ (ISO 25178) が計算されました: 二乗平均平方根高さ [Sq]、自己相関長 [Sal]、算術平均ピーク曲率 [Spc]、および上部材料比 [Smr1]。

フラクタル解析は、粗さの測定に代わる手段を提供します。これにより、不規則な形状を複数のスケールで文書化し、定量化することができます。考古学では、このアプローチは歯だけでなく骨や石器の磨耗した表面を記録するためにうまく適用されました60,123,124,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134。 Sensomap Mountains 7.4 ソフトウェアは、表面を直接分析し、フラクタルパラメーター [AsFc] と [Ymax] を定量化します。これらは、それぞれ面積スケールのフラクタル複雑さと展開界面面積比に対応します。つまり、[Sdr] に相当するパラメーターです。欠損値のある表面で測定される場合があります。フラクタル解析では、うねりを除去するためにガウスフィルターを事前に適用する必要はありません。

各テクスチャパラメータの変動が文書化され、実験標本、民族誌標本、考古学標本について比較されました。このバリエーションの進化における時間の経過に伴う傾向も、実験用の骨ツールについて評価されました。

テクスチャデータ (補足データ S1) は、R-CRAN135 の stats、mda、plyr、および permute パッケージを使用して処理されました。主成分分析は stats パッケージを使用して行われました。 mda パッケージを使用すると、さまざまな種類の判別分析を実行できます。柔軟な判別分析 (FDA) が実行されました。線形判別分析のこの拡張は、スプラインなどの予測子の非線形の組み合わせを使用し、各グループ内の変数間の多変量の非正規または非線形関係をモデル化するのに役立ちます136。民族誌的対象物と 20 分間使用された実験標本から収集されたすべてのテクスチャパラメータが分析に含まれました。一部のグループのサンプルサイズが小さいことを考慮して、FDA を 3 つのステップで実行しました。まず、各グループをランダムに選択された 2 つのサブサンプルに分割し、半分はモデルのトレーニング用、もう半分はモデルの検証用に割り当てられました。次に、混同行列が生成され、トレーニングサンプルと検証サンプルの両方のモデルの精度を計算できるようになりました。最後に、モデルを使用して、考古学的データがどのグループに属する可能性が最も高いかを予測しました。 plyr と permute を使用して、3 ステップの FDA を 100 回複製しました。次に、トレーニングモードと検証モードの両方で最高の精度値をもたらした 25 のモデルからの予測を比較して、考古学標本の最も可能性の高い機能を評価しました。

すべてのデータは本文または補足資料で入手できます。

この記事の元のオンライン版は改訂されました。この記事の元のバージョンでは、補足情報ファイル 2 が省略されていました。補足情報ファイル 2 が元の記事に付属しています。

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実験材料を提供してくれた Joseba Goikolea と Morgan Collard に感謝します。民族誌の剥奪者へのアクセスにご協力いただいた Narjys El Alaoui 氏、Edouard de Laubrie 氏、Sabrina Paumier 氏、Jean-Fabien Philippy 氏に感謝します。また、樹皮剥ぎ実験に参加してくれたパロマ・デ・ラ・ペーニャにも感謝します。この研究は次の機関から資金提供を受けました。NRF アフリカ起源プラットフォーム助成金 # 98824 (LB); DSI/NRF 古科学センターオブエクセレンス助成金番号 UID 86073 (LB); Initiative d'Excellence IdEx、ボルドー大学、人材プログラム助成金 # 191022-001 (Fd'E、LD); ボルドー大学の IdEx「未来への投資」プログラム / GPR「Human Past」（Fd'E、AQ、WEB、LD）の枠組みにおけるフランス政府。ノルウェー研究評議会、センターオブエクセレンス (SFF)、初期サピエンス行動センター、SapienCE 助成金 # 262618 (Fd'E)。 Labex LaScArBx-ANR # ANR-10-LABX-52 (Fd'E、LG、AQ、WEB、LD)。

これらの著者、フランチェスコ・デリコとリュック・ドヨンも同様に貢献しました。

ボルドー大学、CNRS、MCC、PACEA、UMR5199、Building B2、Allée Geoffroy Saint Hilaire、CS 50023、33600、ペサック、フランス

リラ・ガイス、アラン・ケフェレック、ウィリアム・E・バンクス、リュック・ドヨン

初期サピエンス行動センター (SapienCE)、考古学、歴史、文化研究、宗教学部、ベルゲン大学、ベルゲン、ノルウェー

フランシス・デリコ

高等社会研究所 (ISES-CONICET)、コルドバ 191、サンミゲルデトゥクマン (CP4000)、トゥクマン、アルゼンチン

ルシンダ・R・バックウェル

Center of Exploration for the Deep Human Journey、ウィットウォータースランド大学、プライベートバッグ 3、ウィッツ、ヨハネスブルグ、2050 年、南アフリカ

ルシンダ・R・バックウェル

ウィットウォータースランド大学進化研究所、プライベートバッグ 3、ウィッツ、ヨハネスブルグ、2050 年、南アフリカ

ルシンダ・R・バックウェル & リン・ワドリー

カンザス大学生物多様性研究所、1345 Jayhawk Boulevard、Lawrence、KS、66045、USA

ウィリアム・E・バンクス

山東大学文化遺産研究所、即墨浜海高速道路 72、青島、266237、中国

リュック・ドヨン

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発掘：LW; 概念化: F.d'E.、LRB、LD。方法論: F.d'E.、AQ、LD; 調査: F.d'E.、LRB、LW、LG、WEB。視覚化: F.d'E.、LG、LW、LD; 監修：F.d'E.、AQ、LW。執筆 - 原案: Fd'E, LD; 執筆 - レビューおよび編集: F.d'E.、LRB、LW、LG、AQ、WEB、LD

フランチェスコ・デリコへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

デリコ、F.、バックウェル、LR、ワドリー、L. 他。シブドゥ（南アフリカのクワズール・ナタール州）で採取された80〜60kaの骨ウェッジの技術的および機能的分析。 Sci Rep 12、16270 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-20680-z

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受信日: 2022 年 7 月 8 日

受理日: 2022 年 9 月 16 日

公開日: 2022 年 9 月 29 日

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