Wyspecjalizowana technika spalania znana neandertalczykom związana z uzyskiwaniem smoły / Juan Ochando, Francisco J. Jim´enez-Espejo, Francisco Giles-Guzm´ an, i in.

2.1 Położenie geograficzne

Jaskinia Vanguard (VC, 36°7′ 17″ N, 5°20′ 30″ W) znajduje się na poziomie morza na cyplu Gibraltaru na południu Półwyspu Iberyjskiego ( Rys. 1 ). Gibraltar jest położony na północnym wybrzeżu Cieśniny Gibraltarskiej, która łączy Morze Śródziemne z Oceanem Atlantyckim. Kilka jaskiń, w tym Vanguard, Gorham, Bennett i Hyaena, było zajmowanych przez neandertalczyków i stanowią część kompleksu jaskiń Gorham, wpisanego na listę światowego dziedzictwa UNESCO ( https://whc.unesco.org/en/list/1500 ). Badania geomorfologiczne wykazały, że Półwysep Gibraltarski przeszedł ważne wypiętrzenia tektoniczne i eustatyczne wahania poziomu morza w plejstocenie ( Jiménez-Espejo i in., 2013 ; Rodríguez-Vidal i in., 2013 ). W tym kontekście osady wewnątrz VC powstały, gdy wyłonił się szelf przybrzeżny, a linia brzegowa była od niego oddalona o 4,5 km. Osady wydm VC powstały w przedłużonym okresie MIS (Marine Isotopic Stage) od 5 dni do 3 ( Jiménez-Espejo i in., 2013 ; Rodríguez-Vidal i in., 2013 ).

2.2 Stratygrafia​

VC zawiera 17-metrowe złoża, składające się głównie z masywnych, grubych do średnich piasków wymieszanych z tablicowymi do soczewkowatych jednostkami mułów i piasków mulistych ( Macphail i Goldberg, 2000 ). W górnym obszarze wykopalisk jaskini – najwyżej ~5m sekwencji VC – piaski są przeplatane czarnymi glinami próchnicznymi, wykazując dowody fosfatyzacji ( Macphail i in., 2013 ).

Sekwencja odsłonięta w ostatnich wykopaliskach (2012-obecnie) zawiera 25 warstw stratygraficznych, a kontrola chronologiczna jest ograniczona przez 15 punktów danych wieku bezwzględnego OSL (patrz Doerschner i in., 2019 ; Tabela S1 ). Warstwy stratygraficzne 9–16 ( Ryc. 2 ) są podobne do leżących poniżej warstw sedymentologicznych, charakteryzujących się naprzemiennymi cienkimi (∼2 cm) drobniejszymi osadami paleo-stawowymi z grubszymi jednorodnymi osadami piasku. Obecność neandertalczyków wskazują narzędzia kamienne z okresu środkowego paleolitu w warstwach 16-14 i 12-9.

1. Pobierz: Pobierz obraz w wysokiej rozdzielczości (1 MB)
2. Pobierz: Pobierz obraz w pełnym rozmiarze

Rys. 2. Mapa z widokiem na jaskinię Vanguard oraz zdjęcia przedstawiające profile wykopanych sekcji i przekrój dołu.

Najwyższe jednostki stratygraficzne w Vanguard Cave, warstwy 1–8 charakteryzują się głównie piaskami i glinami. Zespół fauny odzyskany z najwyższego przekroju stratygraficznego w VC jest zdominowany przez małe kręgowce, w tym króliki i ptaki. Wiele z nich było pół-stawowych i nie wykazuje żadnych modyfikacji biostratynomiczych, co sugeruje, że weszły do ​​jaskini dobrowolnie. Badania koprolitów i kości hieny zachowanych w osadach (szczególnie warstwa 5) potwierdzają, że jaskinia była zasiedlana naprzemiennie przez hominidy i mięsożerców. Pionowe położenie najwyższych warstw blisko sufitu jaskini sugeruje niskie wejście, które stopniowo stawało się mniejsze, gdy jaskinia szybko wypełniała się osadem. Warstwy piasku 24, 22 i 18 zostały podzielone na kilka podwarstw, aby uwzględnić ich nieznacznie różniącą się zawartość gliny. Fragmenty muszli i mikrowęgle drzewne są obecne odpowiednio w warstwach 19 i 18a. Odsłonięta warstwa 25 odpowiada warstwie w Strefie B opisanej przez Macphaila i in. (2013) jako różowoszary osad popiołu spoczywający na bardziej skonsolidowanych piaskach mulistych z obecnością paleniska związanego z rozrzuconymi spalonymi muszlami morskimi i odpadkami, co zostało zinterpretowane jako wynik przetwarzania zasobów morskich przez neandertalczyków ( Stringer i in., 2008 ).

Warstwa 9 była podzielna na sześć podjednostek (patrz Informacje uzupełniające. Stratygrafia i archeozoologia. Warstwa 9a charakteryzowała się łupkami i piaskami (7,5YR/3 brązowy) o maksymalnej grubości 10 cm; Warstwa 9b: łupki, gliny i piasek (10YR 3/3 ciemnobrązowy), grubość 5 cm; Warstwa 9c: łupki i piaski z mikrowęglami (10YR 2/2 bardzo ciemnobrązowy), grubość 10 cm; Warstwa 9d: czerwone łupki i piaski (10YR 4/4 ciemnożółtawobrązowy), maksymalna grubość 10 cm; Warstwa 9e: piasek (10YR 5/8 żółtawobrązowy); 9g: ślad po wykopie; Warstwa 9f: czerwone łupki z wysoką zawartością piasku (10YR 4/5 ciemnożółtawobrązowy), nie wykopane całkowicie. Stratygrafia kończy się w warstwie 10 (powierzchnia), charakteryzującej się piaskami węglanowymi z wyraźnymi śladami zmiana temperatury.

Zapis archeozoologiczny w wykopanej 3 m2 ^warstwie 9 (jej grubość waha się od 10 cm minimum do 35 cm maksimum) jest ubogi, zawiera 96 ​​kości, głównie ptaków i królików, 4 muszle morskie i 2 mikrodebitaże. Sugeruje to bardzo krótką lub sporadyczną obecność człowieka.

2.3 . Chronologia

Pettitt i Bailey (2000) przeanalizowali siedem próbek radiowęglowych z VC i doszli do wniosku, że osady znajdowały się blisko lub poza granicami tej metody datowania. Warstwy tego przekroju VC (1-24) zostały niedawno datowane metodą OSL w ziarnach kwarcu wielkości piasku ( Doerschner i in., 2019 ), przy użyciu datowania pojedynczego ziarna i wielu ziaren w celu wyjaśnienia historii depozycji sekwencji osadowej. Wyniki sugerowały, że VC doświadczył stosunkowo szybkiej i ciągłej akumulacji osadów, prawdopodobnie od czasu ostatniego wysokiego poziomu morza w MIS 5 (112 ± 10 tys. lat temu) i został całkowicie wypełniony przez MIS 3 (∼43 tys. lat temu). Obecność tej struktury zidentyfikowano w warstwie 9 i wykopano w warstwie 10. Nie przeprowadzono bezpośredniego datowania paleniska, ale występuje ono pomiędzy kilkoma datowanymi próbkami, które chronologicznie umiejscowiły je na okres od 67,6 ± 5,3 tys. lat do 60,8 ± 11,0 tys. lat (MIS 4 lub wczesny MIS 3) wraz z towarzyszącymi mu kamiennymi artefaktami z okresu środkowego paleolitu ( Tabela S1 ).

3.1 . Ichnologia

Aby ocenić atrybucję (lub nie) badanej struktury jako możliwego labiryntu, zastosowano kryteria ichnologiczne. W tym sensie przeanalizowano jej cechy morfologiczne (możliwe ichnotaxobazy) i wypełnienie osadowe. W tym celu skorzystano ze szczegółowej bibliografii ichnologicznej ( Allen, 1997 ; Bertling i in., 2007 ; Milàn i Bromley, 2006 ; Buatois i Mángano, 2011 ; Pelletier i in., 2016 , 2017 ).

3.2 . Geochemia organiczna

Rozpuszczalniki użyte w analizach to heksan (HEX), dichlorometan (DCM), metanol (MeOH), toluen (TOL) i aceton (ACN), dostarczone przez Merck (GC SupraSolv; 2,5 l). Cały materiał był szklany, a tylko w niektórych określonych etapach lewoglukozanu (LEV) użyto probówek polipropylenowych i mikrofiolek. Probówki wirówkowe to 16 × 100 mM (10 ml; PYREX), probówki 16 × 100 mM (Corning), pipety Pasteura 150 mM, stożkowe mikrofiolki 1,1 ml (Thermo, Chromacol 8SC; Waters), mikrofiolki 1,5 ml bursztynowych standardów i rozpuszczalników (Agilent) oraz 7 ml bursztynowych fiolek do przygotowywania standardów (Supelco). Do mikrofiolek stożkowych i bursztynowych o wysokim odzysku użyto 8 × 1,5 mM silikonowych/czerwonych przegród PTFE (Teknokroma), które pozostawiono w DCM i wysuszono przed użyciem. Cały materiał, którego nie można było stłumić (400 °C; 8 godz.), umyto w ultradźwiękach z 5% detergentem alkalicznym (Extran AP13, Merck), przepłukano wodą destylowaną, na koniec wodą milli Q, ACN i wysuszono w piecu (40 °C). Małe rutynowo używane urządzenia obejmują ultradźwięki (Selecta), parownik obrotowy, probówkę 20 ml (Turbovap) i parowniki mikrofiolkowe (SpeedVac SPD120), parownik strumienia N2 z termostatem (reacti-vap27POS, Thermo) i wirówkę (Thermo, 5702). Próbki z jaskiń osadowych analizowano różnymi metodologiami, które będziemy nazywać IDAEA i ICTA.

3.3 . Geochemia nieorganiczna

Główne pierwiastki mierzono w próbkach z jaskini Vanguard za pomocą fluorescencji rentgenowskiej (XRF) przy użyciu spektrometru dyspersyjnego długości fali (WDXRF) Bruker AXS Pioneer S4 w Andaluzyjskim Instytucie Nauk o Ziemi (CSIC-Uniwersytet w Granadzie, Hiszpania). Próbki mierzono jako sprasowane peletki przygotowane przez sprasowanie około 5 g zmielonego osadu luzem w brykiet z podkładem kwasu borowego. Jakość analizy monitorowano przy użyciu materiałów referencyjnych wykazujących wysoką precyzję na poziomie 1 sigma 1,0–3,4% na 16 zestawach danych przy 95% poziomie ufności.

Analizę pierwiastków śladowych wykonano przy użyciu spektrometrii masowej z plazmą sprzężoną indukcyjnie (ICP-MS; PerkinElmer Sciex Elan 5000). Próbki mierzono trzykrotnie za pomocą spektrometrii, stosując Re i Rh jako wzorce wewnętrzne. Błąd instrumentalny wynosi 2% dla stężeń pierwiastków 50 ppm ( Bea, 1996 ). Wszystkie analizy wykonano w Centrum Instrumentacji Badań Naukowych (CIC) Uniwersytetu w Granadzie w Hiszpanii.

3.4 . Badania mineralogiczne i geochemiczne metodą dyfrakcji rentgenowskiej

Wybrane 11 próbek zhomogenizowano przez zmielenie moździerza agatowego i zapakowano w pojemniki na próbki do dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Do analiz minerałów ilastych frakcję węglanową usunięto za pomocą kwasu octowego, zaczynając od bardzo niskiego stężenia kwasu (0,1 N) do 1 N, w zależności od zawartości węglanów w każdej próbce ( rys. S15 ). Po kolejnym przemyciu frakcję <2 μm oddzielono przez wirowanie. Frakcję ilastą rozsmarowano na szkiełkach przedmiotowych do dyfrakcji rentgenowskiej. Dyfraktogramy rentgenowskie uzyskano za pomocą dyfraktometru PANALYTICAL X’PERT PRO (IACT). Skanowanie przeprowadzono w zakresie od 2° do 70° 20 dla dyfraktogramów próbek zbiorczych i od 3° do 30° 20 dla nieobrobionego preparatu ilastego oraz glikolowanych i podgrzewanych (550 °C) próbek frakcji ilastej.

Do analiz geochemicznych główne pierwiastki mierzono metodą fluorescencji rentgenowskiej (XRF) przy użyciu spektrometru dyspersji długości fali (WDXRF) Bruker AXS Pioneer S4 w Andaluzyjskim Instytucie Nauk o Ziemi (CSIC-Uniwersytet w Granadzie, Hiszpania). Próbki proszków (ok. 1 g) ważono z topnikiem tetraboranu dwulitu, a następnie mieszaninę stapiano w temperaturze 1000 °C przez 15 min. Precyzja (% RSD), mierzona za pomocą powtarzanych analiz materiałów odniesienia jako wzorców zewnętrznych, była lepsza niż 1,5%. Pierwiastki śladowe mierzono za pomocą spektrometrii masowej z plazmą sprzężoną indukcyjnie (PerkinElmer NexION 300d) w Centrum Instrumentacji Naukowej Uniwersytetu w Granadzie (CIC-UGR, Hiszpania). Roztwory uzyskano po trawieniu HNO3 1 HF 0,1000 g proszku próbki w naczyniu wyłożonym teflonem, odparowaniu do sucha i późniejszym rozpuszczeniu w 100 ml 4% obj. HNO3. Pomiary za pomocą urządzenia przeprowadzono trzykrotnie, stosując Rh jako standard wewnętrzny. Precyzja była lepsza niż ±5% dla stężenia analitu wynoszącego 10 ppm.

3.5 . Analiza węgla drzewnego

Analiza węgla drzewnego opiera się na badaniu anatomicznym ∼90 próbek z 11 jednostek/podjednostek próbkowania, które zostały wybrane ręcznie przez zespół archeologiczny. Cały zwęglony materiał został zbadany pod mikroskopem w świetle odbitym. Niewielkie rozmiary i zły stan zachowania większości węgla drzewnego nie zawsze pozwalały na dokładne rozdrobnienie próbek, co utrudniało uzyskanie wyraźnych obserwacji zorientowanych poprzecznie (TS), promieniowo (RLS) i stycznie (TLS) ( rys. S18–S19 ; tabela S7 ). Zastosowane procedury analityczne opisano w Chabal i in. (1999) . Cechy anatomiczne obserwowano przy różnych powiększeniach (x50, x100 i x200), a identyfikację taksonomiczną uzyskano, korzystając z klasycznych podręczników identyfikacji anatomii drewna (np. Greguss, 1955 ; Schweingruber, 1990 ; Vernet i in., 2001 ) oraz poprzez porównanie z kolekcją referencyjną drewna Universidad Politécnica de Madrid.

Ponadto wybrane próbki umieszczono na metalowych trzpieniach, pokryto napylaniem złota (aby zapobiec ładowaniu się próbki) i obserwowano pod mikroskopem elektronowym skaningowym (SEM) JEOL 6400JSM w Centro Nacional de Microscopía Electrónica (ICTS-CNME) Uniwersytetu Complutense w Madrycie.

3.6. Palinologia

Pobieranie próbek przeprowadzono zgodnie z Girardem (1975) . Do ekstrakcji palinomorfów zastosowano „Klasyczną Metodę Chemiczną” ( Dimbledy, 1985 ; Erdtman, 1969 ), ze zmianami zaproponowanymi przez Girarda i Renault-Miskovsky’ego (1969) . Aby ocenić jakość obróbki laboratoryjnej, do każdej próbki dodaliśmy trzy tabletki zarodników Lycopodium. Po obróbce w laboratorium próbki umieszczono na szkiełkach przy użyciu ciekłej parafiny. Identyfikację palinologiczną przeprowadzono za pomocą konwencjonalnej mikroskopii (400x i 1000x) przy użyciu mikroskopu optycznego. Wykorzystaliśmy również kolekcję referencyjną palinomorfów Wydziału Biologii Roślin Uniwersytetu w Murcji. Dane dotyczące liczby pyłków przetworzono za pomocą programu Tilia Graph 1.7.16 w celu uzyskania diagramów pyłkowych.

Analiza wykazała, że ​​palinomorfy charakteryzują się dość dobrym poziomem zachowania, co pozwala na wiarygodną dyskryminację taksonomiczną, a częstości występowania nieokreślonych ziaren osiągają średnio stosunkowo niskie wartości ( Tabela S8 ), co sugeruje, że korozja różnicowa nie ma poważnego wpływu na zespoły pyłków. Liczba wyekstrahowanych palinomorfów waha się od 82,97 do 1116,40 ziaren/g, a z koprolitów waha się od 1311,46 do 2265,35. Liczba typów palinologicznych waha się od 13 do 32, przy czym rozpoznano łącznie 62 taksony. Spośród 20 badanych próbek 13 było pyłkowicami ( Tabela S8 ), z jedynym wyjątkiem czterech próbek osadów i trzech koprolitów, w których brakowało pyłku. Zidentyfikowano łącznie 30655 palinomorfów, policzono 3952 ziarna pyłku i 26703 zarodniki, z wyłączeniem tych niezidentyfikowanych. Oprócz zarodników kryptogamicznych i mikrofosyli niepyłkowych, wykluczyliśmy ziarna pyłku Genisteae, Asteroideae, Cichorioideae, Apiaceae, Centaurea montana t. i Boraginaceae z całkowitej sumy pyłku, ponieważ prawdopodobnie są one nadreprezentowane przez lokalną obfitość. Odsetek nieokreślonych typów pozostał, w większości przypadków, w wartościach niższych niż 7% ( Tabela S8 ). Liczenie palinomorfów pyłkowych i niepyłkowych prowadzono do momentu osiągnięcia sumy bazowej pyłku (suma ziaren pyłku, z wyłączeniem zarodników i mikrofosyli niepyłkowych) wynoszącej co najmniej 200 ziaren pyłku, z wyjątkiem dwóch przypadków, w których odczyt całego dostępnego materiału na to nie pozwalał (próbki VG-3 i VAN’13c2).

3.7 . Mikromorfologia

Do przeprowadzenia analizy mikrostratygraficznej i mikromorfologicznej wykorzystaliśmy mikroskopię optyczną i elektronową. Szczegółowe fotografie osadów zostały przeanalizowane w skali od mm do cm, zinterpretowane i pozwoliły nam wybrać próbki do dalszych prac laboratoryjnych. Badania optyczne pozwoliły nam zidentyfikować kryształy mocznika i/lub żywicy ( rys. S27–S28 i rys. S32–S33 ) oraz ziarna pyłku.

Próbki zbiorcze z pojedynczych jednostek stratygraficznych obserwowano również pod skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM) przy użyciu mikroskopu AURIGA FIB-FESEM Carl Zeiss SMT wyposażonego w system detektorów z dyspersją energii rentgenowskiej (EDX) (Centrum Instrumentów Naukowych, Uniwersytet w Granadzie) oraz na JEOL 6400JSM w Centro Nacional de Microscopía Electrónica (ICTS-CNME) Uniwersytetu Complutense w Madrycie. Mikroskopia elektronowa pozwoliła nam zidentyfikować cechy mikromorfologiczne, takie jak obecność zaokrąglonych morfologii ziaren kwarcu i skorupy fosforanowo-wapniowej ( rys. S16 i S17 ).

3.8 . Analizy mikroarcheologiczne (fitolity, mikroszczątki niekrzemionkowe i FTIR)

Dwanaście próbek zostało przeanalizowanych pod kątem FTIR, fitolitów i innych niekrzemionkowych mikropozostałości ( Rys. 3 i Tabela S5 ). Wszystkie próbki zostały pobrane z warstwy 9, do której należy struktura. Spośród nich sześć odpowiadało warstwom 9a-9f, a cztery podjednostkom 9f1-9f4 ( Tabela S5 ). Dwie próbki kontrolne zostały również przeanalizowane w celach porównawczych. Ponadto zbadano dwie dodatkowe próbki odpowiadające eksperymentowi ze smołą. Próbki zostały przetworzone i przeanalizowane w Laboratorium Wydziału Prehistorii Autonomicznego Uniwersytetu w Barcelonie (UAB).

1. Pobierz: Pobierz obraz w wysokiej rozdzielczości (859 KB)
2. Pobierz: Pobierz obraz w pełnym rozmiarze

Ryc. 3. Lokalizacja próbek fitolitów (Ft) (czerwone prostokąty) i towarzyszących im warstw archeologicznych.

3.9 . Eksperymenty opracowane w celu analizy potencjału Cistus ladanifer do produkcji smoły na podstawie struktury znalezionej w jaskini Vanguard (warstwy 9 i 10)

Celem przeprowadzonych działań eksperymentalnych było wykazanie, że struktura znaleziona w jaskini Vanguard w Gibraltarze (warstwy 9 i 10) może być wykorzystana do produkcji smoły ( rys. 1 ), a także zrozumienie w sposób funkcjonalny jej morfologii i składu w kontekście procesu operacyjnego. Wychodzimy od hipotezy początkowej przedstawionej w dyskusji naszego manuskryptu i staramy się wykorzystać technologie znane neandertalczykom, aby zrozumieć, czy możliwe byłoby wytworzenie smoły z Cistus ladanifer , którego obecne dowody tego śródziemnomorskiego gatunku są szeroko omawiane w naszej pracy.

W ramach niniejszych badań istotne jest udowodnienie, że możliwe jest wytwarzanie znacznych ilości smoły z brązowej żywicy czystka ( Cistus ladanifer ), zwanej labdanum, przy użyciu wyłącznie materiałów i technik, które byłyby dostępne dla neandertalczyków w okolicach Jaskini Vanguard.

Dla przedstawionych celów przeprowadzono cztery eksperymenty archeologiczne na wolnym powietrzu w prywatnej farmie w Portelas (Alvega, Portugalia), ze strukturą, która miała być reprodukcją wielkości, morfologii, materiałów i wymiarów struktury warstwy 10 VC ( rys. S24 i S25 ). Wybór miejsca eksperymentu był związany z bliskością surowca (czystka), rosnącego dziko w zaroślach przypominających śródziemnomorskie. Eksperymenty odbyły się w listopadzie 2022 r. i styczniu 2023 r., odpowiednio pod koniec długiego okresu suszy, gdy rośliny były suche, oraz po miesiącu intensywnych opadów deszczu. Nie znaleźliśmy istotnych różnic w wadze młodych liści ani objętości wytworzonej smoły w dwóch okresach wybranych do przeprowadzenia eksperymentów. Protokół eksperymentów został opracowany zgodnie z modelem zinterpretowanym na podstawie dowodów w jaskini Vanguard.

4.1. Ichnologia

Kilka plejstoceńskich gatunków ssaków i ptaków znalezionych w Gibraltarze to zwierzęta kopiące nory (jako koryta lub tunele) lub systemy nor, które pełniły funkcję schronienia, zdobywania pożywienia, hibernacji i gniazdowania ( Rodríguez-Vidal i in., 2013 ). Niektóre z nich, takie jak lisy, borsuki lub jeżozwierze czubate, są po prostu zbyt duże, aby wytworzyć nory porównywalne z rozmiarem analizowanej struktury. Zapis kopalny małych ssaków (królika, kreta, nornika, popielicy i ryjówki) w Gibraltarze należy omówić jako potencjalne ślady struktury.

Kości królika europejskiego są powszechne w sekwencji, w której znaleziono tę strukturę ( Doerschner i in., 2019 ). Oryctolagus cuniculus ma długość głowy i ciała wynoszącą 340–500 mm i żyje w trójwymiarowych, złożonych sieciach połączonych ze sobą (galerie, komory i komory obrotowe) stale otwartych, znanych jako nory wykopywane przez niewielką liczbę osobników żyjących w społeczeństwie, aby zapewnić większy sukces rozrodczy ( Pelletier i in., 2016 ). Sieci nor są zwykle niepodszyte ( Pelletier i in., 2017 ) i wykazują rozwój pionowy (przynajmniej na dwóch warstwach) ( Ryc. S26 ). Struktury społeczne mają tendencję do bycia luźniejszymi na obszarach, gdzie budowa nory jest stosunkowo łatwa, takich jak wydmy, rozwijając oddzielne „przystanki” rozrodcze wyłożone futrem brzusznym ( Ryc. S26 ). Pojedyncze nory mogą występować nawet przy niskich zagęszczeniach populacji. Średnica nor waha się od 100 do 500 mm ( Kolb, 1985 ).

Kret śródziemnomorski ma długość głowy do ciała 95–143 mm. Rozwija półstały system nor 3D plus jedną lub więcej komór sypialnych, płytkich do ponad 10 m głębokości ( Godffrey, 1955 ), ale zwykle unika piaszczystych gleb, ponieważ nie może zbudować właściwego systemu nor, do którego można wracać w celu zbierania owadów lub pierścienic, z powodu częstego zapadania się. W tych środowiskach sedymentacyjnych nory są często prostymi tunelami ( Kolb, 1991 ). Ryjówki, norniki, myszy i krety również budują systemy nor, ale są po prostu zbyt małe (długość głowy do ciała mniejsza niż 100 mm, z wyjątkiem Microtus cabrerae (do 140 mm) i karczownika wodnego, który jednak nory kopie w bliskim sąsiedztwie jeziora lub rzeki), aby wytwarzać nory i komory o rozmiarach analizowanej struktury. Zając Lepus temidus rzadko kopie nory, woląc zajmować nory innych. Długość głowy do ciała waha się od 457 do 610 mm. Czasami kopie nory jako schronienie dla zajączków. Wreszcie popielica tworzy nory do zimowego snu, ale jej siedlisko ogranicza się do gęstych lasów krzewiastych. Nory te mają owalny kształt, 180–700 mm długości i 120–200 mm w najszerszej części ( Jurczyszyn, 2007 ).

4.2 . Geochemia organiczna i nieorganiczna

Związki organiczne, takie jak n-alkany, alkohole, mocznik (2TMS) i kwas cytrynowy (4TMS) zidentyfikowano na podstawie czasu retencji i charakterystycznych fragmentów m/z ( rys. S1 i S2 ). Zastosowana metodologia GC-MS nie była wystarczająco czuła, aby wykryć LEV, betulinę, kwas betulowy i WWA znacznie powyżej poziomów ślepych lub kontrolnych. Dlatego też ICTA i IDAEA zastosowały bardziej czułe i selektywne procedury ekstrakcji i wykrywania, wykorzystując 5 g osadu jaskiniowego (4 próbki z obszaru zainteresowania archeologicznego: VG9f-1_23, VG9f-2_23, VG9f-3_23, VG9f-4_23) ( rys. S2–S14 ).

Wykryto lewoglukozan (LEV) i reten, ale nie mannozan (MAN) ani galaktozan (GAL) (patrz tabele S2, S3 i S14 ). Wartości lewoglukozanu wahają się od 1 do 16 ng/g, przy czym najwyższe wartości w tych próbkach są związane z rdzeniem struktury (VG9-13 i VG9-14). Uzyskane wyniki dla kwasów benzenopolikarboksylowych (BPCA) w 5 próbkach wewnątrz struktury ( tabela S4 ) wskazują na jednolity stosunek B5CA/B6CA, a zatem analizowane próbki należą do tego samego typu składu czarnego węgla (ok. 0,7–1). Wartości te są zgodne ze stosunkami uzyskanymi w plejstoceńskich próbkach archeologicznych w śródziemnomorskiej jaskini Sodmein ( Wöstehoff i in., 2022 ). Reten stwierdzono w stężeniach od 1 do 4 pg/g we wszystkich próbkach VG9f-23 ( ryc. 4 ).

1. Pobierz: Pobierz obraz w wysokiej rozdzielczości (258 KB)
2. Pobierz: Pobierz obraz w pełnym rozmiarze

Rys. 4. Chromatogramy gazowe oraz sygnały i stężenia retenu wykryte w próbkach obiektu archeologicznego i próbki ślepej próby (szczegóły w Informacjach uzupełniających).

Łącznie zmierzono osiem próbek wzdłuż warstwy VC 9. Zawartość Cu wahała się od 9 do 186 ppm, a Zn od 38 do 290 ppm w warstwie 9 ( tabela S6 ), przy czym najniższe wartości w obu przypadkach odnotowano w próbkach oddalonych od struktury.

4.3 . Analiza węgla drzewnego

Badane okazy węgla drzewnego często kruszyły się i rozpadały. Były niezwykle delikatne, a wiele próbek zostało skompresowanych. Tylko niewielka liczba próbek została odzyskana w stanie zachowania wystarczającym do identyfikacji. Rozkład spowodował, że drewno utraciło część składników ścian komórkowych i zrekompensowało tę utratę poprzez nasiąkanie wodą. W rezultacie odzyskane próbki miały słabe właściwości mechaniczne i były niezwykle nietrwałe, zwłaszcza po wysuszeniu w temperaturze pokojowej.

Wyjątkowo (9B-II) niektóre okazy Cistaceae znaleziono częściowo zeszklone, w stanie, w którym różne elementy anatomiczne drewna wydają się być stopione ( ryc. S18 ). Ponadto niektóre próbki były niecałkowicie spalone, ponieważ część okazu nie była zwęglona.

Inną charakterystyczną cechą zespołu węgli drzewnych jest wysoka częstotliwość występowania gałązek okrytonasiennych o małej średnicy (<2 mm), szczególnie w 9AII i 9EII ( Tabela S7 ). W tych próbkach obserwowano jedynie rdzeń i wzrost pierwotny, co uniemożliwiało dokładną identyfikację drewna. Inne niezidentyfikowane pozostałości węgla drzewnego nie wykazują anatomicznej struktury drewna i mogą odpowiadać korom, łuskom, odciskom lub nieokreślonym zdrewniałym organom roślinnym.

Tabela S7 przedstawia taksony obecne w zespole. Należy zauważyć, że drzewa iglaste (tj.Pinus, Cupressaceae) były łatwiej identyfikowane niż inne taksony, ze względu na ich wyraźne i jednoznaczne cechy zdrewniałe (tj. drewno homoksylowe i doły krzyżowe) (np. Greguss, 1955 ; Schweingruber, 1990 ; Vernet i in., 2001 ) ( Ryc. S19 ). Są one jednak słabo reprezentowane w zespole węgli drzewnych, stanowiąc mniej niż 10% całości.

4.4 . Palinologia

Poprzednie analizy palinologiczne na tym stanowisku opierały się na koprolitach ( Carrión i in., 2018 ), które uzupełniały prace w Jaskini Gorhama ( Carrión i in., 2008 ). Tutaj przedstawiamy wyniki analizy pyłkowej zarówno osadów, jak i nowych koprolitów ( Tabela S8 ).

Chociaż próbki pyłku wykazują szczególne różnice w obecności i liczebności określonych taksonów, zarówno próbki osadów, jak i koprolitu wykazują podobny zespół florystyczny, przy czym 30 taksonów jest wspólnych dla obu rodzajów próbek. Próbki osadów wykazują dominację Artemisia i wiecznie zielonego Quercus ( Ryc. 5 Część 1-Część 2, S20). Inne taksony pyłku mogą osiągać stosunkowo wysokie wartości, takie jak Pinus t. (w tym Pinus halepensis – pinea t., P. nigra – sylvestris t.) (VG-3, 6, 4B i VG-1-Layer 10), Juniperus (VG-6, 4B, VG-1-Layer 10), Olea (VG-4A, 4B, VG-1-Layer 10), Ericaceae (VG-1, 3, VG-1-Layer 10), Poaceae (VG-6) i Amaranthaceae (VG-4A) ( ryc. 5 część 1-część 2, S20). Próbki koprolitu wykazują Pinus , Juniperus , zimozielony Quercus , Ericaceae, Artemisia i Poaceae jako dominujące pyłki.

1. Pobierz: Pobierz obraz w wysokiej rozdzielczości (1 MB)
2. Pobierz: Pobierz obraz w pełnym rozmiarze

Rys. 5. Diagramy pyłkowe z jaskini Vanguard (warstwy 9 i 10). Część 1. Diagram procentowy pyłkowy składnika drzewnego. Część 2. Diagram procentowy pyłkowy elementów nienadrzewnych. Próbki osadów (warstwa 9: VG-10, VG-1, VG-3, VG-4A, VG-5, VG-6, VG-7, VG-9, VG-4B; warstwa 10: VG-1) i koprolity (warstwa 9: VAN’13c1, VAN’13c2, VAN’13c3). Genisteae, Asteroideae, Cichorioideae, Apiaceae, Boraginaceae i typ Centaurea montana są poza całkowitą sumą pyłków. Czarne kropki oznaczają procenty poniżej 3%. Linie przerywane oznaczają podziały w obrębie warstw archeologicznych.

Paleoekologiczny kontekst odkryć jest znakomity, biorąc pod uwagę osadzanie pyłku, które miało miejsce w pełnym stadium glacjalnym. Dużą różnorodność drzew, krzewów i ziół znaleziono obficie zarówno w próbkach pyłku osadów, jak i koprolitu. Drzewa liściaste obejmują liściaste Quercus, Quercus suber, Alnus  Betula, Corylus, Fraxinus, Populus, Salix Castanea i Juglans. Śródziemnomorskie krzewy i drzewa zdrewniałe obejmują Pistacia, Buxus, Phillyrea, Ceratonia i Rhamnus. Wśród drzew iglastych zidentyfikowaliśmy Pinus pinaster i Taxus. Kserotermofity obejmują Maytenus, Calicotome i Myrtus. Wskaźniki substratów słonych (głównie Amaranthaceae) i heliofity, takie jak Asteroideae, Cistaceae (VG-1, 5 i VAN’13c3) i Ephedra fragilis (VG-1, 3 i VAN’13c1), są również obecne. W niższych częstotliwościach, ale nadal powszechne, są Genisteae, Caryophyllaceae, Urticaceae, Plantago , Liliaceae, Lamiaceae i Centaurea . Wszystko to sugeruje lokalne istnienie gorącego punktu bioróżnorodności z kilkoma pasami roślinności reprezentowanymi w widmach pyłkowych dwóch różnych źródeł pyłku. Niepyłkowe palinomorfy obejmują głównie zarodniki paprotników (monolete i trilete), Diporisporites , Glomus , Inapertisporites , Microsporonites i Monoporisporites ( Ryc. S20 ), co sugeruje rozkład materii organicznej w środowiskach leśnych.

Poprzednie badania paleobotaniczne Jaskini Vanguard ( Carrión i in., 2018 ) w kontekście zachodniej części Morza Śródziemnego wykazały niezwykłą dyspozycję południowych wybrzeży Półwyspu Iberyjskiego, w których znajdowało się najbardziej termiczne schronienie późnego czwartorzędu. Ta analiza pyłku koprolitów hien (warstwy 4–6) pokazuje Pinus, Poaceae, Chenopodiaceae oraz zimozielony i liściasty Quercus w towarzystwie Alnus, Betula, Castanea sativa, Corylus avellana, Juglans regia  Fraxinus , Salix, Ulmus, Olea europaea, Phillyrea , Buxus , Coriaria , Myrica , Rhamnus i, co istotne, termofity Maytenus senegalensis , Withania frutescens , Calicotome , Pistacia lentiscus i Myrtus communis .

Nowy zapis pyłkowy VC (warstwy 9 i 10) wskazuje, że miejsce to było otoczone krzewiastymi trawami, sawannami, drzewami strefy umiarkowanej, śródziemnomorskimi zaroślami i ibero-maghrejskimi formacjami termofitycznymi. Koprolity zawierające pyłek i osady jaskini Vanguard wykazują kilka dominujących pyłków: Pinus, Artemisia, Poaceae, Quercus, Juniperus, Olea, Cistaceae i Ericaceae. Termofilny charakter społeczności przybrzeżnych potwierdzają występowanie pyłków Maytenus, Calicotome, Ephedra fragilis, Myrtus, Pistacia, Olea, Phillyrea i Asphodelus.

4.5 . Analizy mikroarcheologiczne

Wyniki FTIR w warstwach 9a-9f rozróżniają dwie odrębne grupy: próbki z warstw 9a-9c, charakteryzujące się większą obecnością gliny i kwarcu (główne pasmo gliny przy 1036-1033 i główne pasmo kwarcu przy 1079-1077), obecnością węglanów z kalcytu, w szczególności próbki z warstwy 9a (pasmo 1429), i fosforanów (pasma 603, 563) ( rys. S29a i b ). Druga grupa (próbki z warstw 9d do 9f) była zdominowana przez kwarc, szczególnie warstwa 9e, i w mniejszym stopniu przez glinę, oraz brakiem węglanów. Fosforany były obecne na niższym poziomie ( rys. S29a i b ).

5.1 . Struktura: antropomorficzna lub pochodzenia biologicznego

Struktura jest okrągłym wykopem o średnicy 20–26 cm EW i 22 cm NS. Ten okrągły wykop służy jako oś, z której wychodzą dwa przewody: jeden ma kierunek północny o długości 13 cm i szerokości 9 cm; drugi ma kierunek południowy i ma 7 cm długości, z morfologią pochylonych prostych ścian o szerokości powierzchni 12,5 cm i głębokości 9 cm na dnie, gdzie nabiera podstawy o kształcie „dwupłatowym”. Wykopany dół miał głębokość 9 cm w obszarze okrągłym, ze ścianami pionowymi i 8 cm w obszarach o morfologii kanału ( Rys. 2 ; Rys. S21–S25 ). Wypełnienie grawitacyjne tej struktury jest wskazane przez skierowane w dół wygięcie nadległej laminy osadowej. Struktura wykazuje nieregularnie grubą wyściółkę ścian, na dnie i ścianach pionowych, złożoną z ciemniejszego (ostatecznie bardziej spójnego) materiału niż wypełnienie struktury. Szersza strona konstrukcji wydaje się kończyć blisko pionowej ściany wykopu. Po obu stronach szerszego obszaru konstrukcji znajduje się rozrzut drobnego osadu, płatków osadowych i fragmentów skał rozwijających brzegi brzeżne i wykazujących pewien metamorfizm pod wpływem wysokich temperatur, co zapewnia większą spójność osadom, które w przeciwnym razie byłyby niespójne. Brzeg brzeżny powstał w wyniku akumulacji osadów na obrzeżach konstrukcji w wyniku kopania.

Interpretacja jako rycie przez króliki lub inne małe ssaki w warstwie 10 prowadziłaby nas do oczekiwania, związanego ze ścianą nory, marginalnego mikrofałdowania (wokół) i mikrouskoków pod dużym kątem (pod odciskiem) w sekwencji warstwowej związanej z ciągliwym i kruchym zachowaniem osadów, odpowiednio, jak widać w eksperymentalnych modelach śladów ssaków Allena (1997) . W badanej strukturze znajdujemy natomiast wyraźnie wycięte ściany bez dowodów na pionowo skierowaną deformację warstw ( rys. 3 ). Pokazuje to, że struktura została wykonana jako poziomo otwarte wgłębienie. Warstwy te stały się wystarczająco twarde, aby zapobiec zapadnięciu się pionowych ścian po wykopaniu lub użyciu struktury, umożliwiając następnemu zdarzeniu sedymentacyjnemu jej wypełnienie (podwarstwa 9f).

Pozwala na to szczegółowa analiza ichnologiczna.

• I)
  Zachowanie się struktury w formie półrzeźby z pasywnym wypełnieniem, uzyskanym dzięki zagięciu w dół górnej warstwy warstwy skalnej, stanowi dowód na to, że nie doszło do kopania podziemnych korytarzy przez kopalne ssaki lub ptaki gniazdujące;
• ii)
  Nory tych zwierząt składają się zazwyczaj z tuneli i ślepych komór. Choć mogą się zapadać, nie ma dowodów na takie procesy w badanej strukturze;
• iii)
  Wymiary struktury są zgodne z wymiarami struktur bioturbacyjnych wytwarzanych przez małe ssaki (tj. króliki, ryjówki, norniki, myszy i krety). Jednak ich zachowania wykopaliskowe zwykle skutkują bardziej złożonymi norami lub norami;
• i)
  Obecność wyściółki osadowej działa na niekorzyść każdej komory nory, ponieważ ssaki zwykle wyścielają swoje komory trawą, mchem, liśćmi i inną suchą roślinnością, piórami lub futrem, nie wydzielając żadnego materiału wiążącego ani nie budując żadnych struktur ściennych;
• cz.)
  Brzegi brzegowe wyrzuconych osadów z dala od struktury w niskokątowej warstwie nasuniętej mogą być dowodem na aktywność kopania w dowolnej orientacji względem pionowości. Później zostały poddane zmianom termicznym, które doprowadziły do ​​różnicowej konsystencji z dodatnią rzeźbą (i prawdopodobnie w wyściółce widocznej na ścianach i dnie struktury);
• y)
  Z drugiej strony nie ma dowodów na struktury obciążające (mikrouskoki i mikrofałdy) w dolnej części badanej struktury. Ta cecha pasuje do idei, że struktura nie odpowiadałaby śladowi większego ssaka. W przeciwieństwie do tego takie struktury obciążające były kiedyś bardzo powszechne i łatwo rozpoznawalne (jak w warstwie nadległej).

Podsumowując, przeprowadzona analiza ichnologiczna wyklucza biologiczne pochodzenie tej struktury – ani jako tropu, ani jako nory.

5.2 . Rekonstrukcja konstrukcji

Wykopana struktura miała bardziej złożoną morfologię niż prosty basen, przypominając dół z szerszym obszarem centralnym i prawie kwadratowym przekrojem poprzecznym w najbardziej przedniej części, która została wycięta podczas wykopalisk ( Rys. 2 , S24 i S25 ). Związki lipidowe analizowano we frakcjach ekstrahowanych rozpuszczalnikiem z próbek z wnętrza i zewnątrz struktury. We wszystkich próbkach zaobserwowaliśmy obfite, prostołańcuchowe (tj. normalne, n -) alkany (C27 do C33) ( Rys. S2–S12 ). Są to składniki lipidowe ochronnych wosków, które pokrywają powierzchnie liści prawie wszystkich roślin lądowych i są mieszaninami długołańcuchowych n -alkanów i alkanoli ( Eglinton i Eglinton, 2008 ; Kohn, 2010 ). Próbki wykazują silną przewagę nieparzystych atomów węgla (indeks preferencji liczby atomów węgla, CPI >9), a C31 jest najliczniejszym alkanem. Zaobserwowaliśmy również obfitość n- alkanoli C24-C32 ze znaczną przewagą parzystych atomów węgla (CPI >8), a C28 jest najliczniejszym homologiem ( Tabela S2 , Rys. S4 ). Biorąc pod uwagę, że n -alkany mają głównie nieparzystą liczbę atomów węgla, a n -alkanole mają parzystą liczbę atomów węgla, biomarkery w próbkach są wysoce konserwowane jako świeży wosk liściowy. Przeanalizowaliśmy również ekstrakty pod kątem lewoglukozanu, retenu, betuliny i kwasu betulinowego. Wybraliśmy te związki, ponieważ są związane ze spalaniem ( Medeiros i Simoneit, 2007 ) i smołą używaną przez neandertalczyków ( Schmidt i in., 2019 ; Kozowyk i in., 2023 ). Lewoglukozan, betulina i kwas betulinowy znajdowały się w granicy oznaczalności metodą GC-MS (<20 ng/g), a także bardziej czułą metodą LC-MS/MS (<0,1 ng/g) ( rys. S13–S14 ; tabela S3 ), chociaż reten został znaleziony w stężeniach od 1 do 4 pg/g we wszystkich próbkach VG9f-23 ( rys. 3 ). Wykrycie retenu, wielopierścieniowego węglowodoru aromatycznego, jest zwykle związane ze spalaniem roślin żywicznych lub generowaniem in situ po rozkładzie kwasów diterpenoidowych, takich jak kwas abietynowy, w żywicy drzew iglastych i innych wysoko lipidowych roślinach. Przeanalizowaliśmy kwasy benzenopolikarboksylowe (BPCA) ( tabela S4) w celu dalszego zbadania obecności węgla pirogenicznego w wielu poziomach i wykryto znaczące stężenia BPCA w warstwie VC 9f (0,008–0,018%). Dla porównania, próbki węgla drzewnego z eksperymentów spalania (Informacje uzupełniające 2) wytworzyły 2,3% BPCA. Zgodnie z tym analiza BPCA potwierdziła obfitość materiałów pirogenicznych we wszystkich analizowanych warstwach. Względnie jednolity stosunek B5CA/B6CA (ok. 0,7–1) wskazuje na podobny stopień pirolizy dla wszystkich próbek, co sugeruje, że powstały one w wyniku podobnych procesów termicznych/pirolitycznych.

Próbki osadów ze struktury składają się głównie z kwarcu i skaleni oraz zmiennych ilości kalcytu i minerałów ilastych. Różnice w zawartości tych ostatnich minerałów są znaczące, a próbki wewnątrz struktury zawierają niską zawartość kalcytu, podczas gdy te z zewnątrz zawierają obfity kalcyt ( rys. S15 ). Próbki z zewnątrz struktury były również bardzo ubogie lub jałowe w minerały ilaste. Zespoły minerałów ilastych składały się głównie z illitu i chlorytu. Wybrane obrazy SEM, analiza FTIR i EDX ( rys. S16–S17 ) potwierdzają obecność fosforanów w niektórych próbkach i obfitych zaokrąglonych ziaren piasku kwarcowego, które są zwykle związane z wydmami, takimi jak te otaczające i wypełniające Jaskinię Vanguard. Analiza mikroarcheologiczna wskazuje, że nie zachowały się fitolity ani inne krzemionkowe mikropozostałości, natomiast odnotowano fragmenty mikrowęgla, kilka żółtawych kryształów (prawdopodobnie smoła) i kilka pseudomorfoz popiołu ze spalonych roślin drzewiastych ( Tabela S5 ).

Istotne różnice stwierdzono również w zawartości pierwiastków śladowych i głównych. W szczególności zawartość Zn i Cu w próbkach wypełniających strukturę była dwukrotnie, a w niektórych przypadkach ponad trzykrotnie wyższa niż w próbkach spoza struktury ( Tabela S6 ). Uzyskane wyniki są spójne z wcześniejszymi badaniami z jaskiń Gorham i Vanguard, które wykazały związek między wzbogaceniem Zn i Cu a obecnością spalonego guana i/lub osadów popiołu ( Monge i in., 2015 ). Wyniki FTIR wskazują, że analizowane minerały ilaste wewnątrz struktury nie wykazują dowodów na nagrzewanie się gliny >500 °C, co można zinterpretować jako wypełnienie pustej przestrzeni struktury mieszanką osadów in situ (spalonych) i bocznych (niezmienionych). Ponadto obecność fosforanów w próbkach jest zgodna z obecnością guana.

Tylko niewielka liczba próbek węgla drzewnego została odzyskana w stanie zachowania wystarczającym do identyfikacji. Wyjątkowo, niektóre okazy Cistaceae zostały znalezione częściowo zeszklone, w stanie, w którym różne elementy anatomiczne drewna wydają się być stopione ( Ryc. S18 ). Ponadto, niektóre próbki były niecałkowicie spalone, ponieważ część okazów nie była zwęglona. Inną charakterystyczną cechą zespołu węgla drzewnego jest wysoka częstotliwość gałązek okrytonasiennych o małej średnicy (<2 mm) ( Tabela S7 ). Tabela S7 przedstawia taksony obecne w zespole. Chociaż drzewa iglaste (tj. Pinus , Cupressaceae) były łatwiejsze do zidentyfikowania niż inne taksony ( Ryc. S19 ), były słabo reprezentowane w zespole węgla drzewnego, stanowiąc <10% całości. Warto również zauważyć, że podczas gdy większość bogatego w detrytus osadu w Vanguard Cave jest palinologicznie sterylna, sama struktura była bogata w ziarna pyłku wraz z zarodnikami grzybów koprofilnych, co sugeruje uszczelnienie konserwacyjne, takie jak zaobserwowane w spalonym krowim łajnie ( Carrión i in., 2000 ). Ponadto widma pyłków są podobne do widm w koprolitach w tej samej warstwie, co wyklucza możliwość przetworzenia pyłku lub zanieczyszczenia ( Ryc. 5 Część 1-Część 2, S20; Tabela S8 ).

Badana struktura obejmowała części warstw 9 i 10 sekwencji jaskini. Gdy warstwy te zostały odsłonięte, jaskinia była prawie wypełniona osadami, a odległość od warstwy 10 do sufitu jaskini wynosiła zaledwie 2,5 m ( rys. S21–S25 ). Struktura znajduje się w najgłębszym i najbardziej centralnym położeniu w VC, miejscu z dobrym oświetleniem od wejścia i osłoniętym od powszechnie wietrznego środowiska Gibraltaru. Profil A-A’ pokazuje, że struktura ma otwarty profil koryta do ugniatania, unikalny w całej sekwencji jaskini, i wyraźnie różni się od koryta wodnego w kształcie litery V ( rys. S21–S25 ) lub eliptycznych przekrojów nor wykonanych przez zwierzęta ( rys. S26 ). Szczegółowa analiza ichnologiczna odrzuciła nieantropijne pochodzenie tej struktury. Biorąc pod uwagę niemal całkowity brak pyłku w sekcjach osadowych VC, występowanie pyłku w badanej tutaj strukturze sugeruje również antropogeniczne pochodzenie (Dimbledy, 1985). Bioturbacja przez zwierzęta natleniłaby środowisko osadowe i zniszczyłaby wszelki pyłek ( Carrión i in., 2009 ). Ponadto nie znaleźliśmy żadnej mieszanki niedawnego i przetworzonego pyłku, typowej dla niedawno zbioturbowanych osadów ( Carrión i in., 1999 ). Opisana tutaj struktura antropogeniczna mogła zostać ukształtowana poprzez szereg kroków, które wskazują na złożoność struktury i procesów myślowych wymaganych do jej zaplanowania i wykonania ( Rys. 6 ).

1. Pobierz: Pobierz obraz w wysokiej rozdzielczości (633 KB)
2. Pobierz: Pobierz obraz w pełnym rozmiarze

Rys. 6. Struktura antropogeniczna mogła zostać wykonana zgodnie z poniższymi krokami. Od T-0 do T-8. Szczegóły każdego kroku w tekście głównym i Informacjach uzupełniających.

5.3 . Proponowana sekwencja procesów zaangażowanych w przygotowanie struktury ( rys. 6 )

5.4 . Funkcja potencjału strukturalnego

Paliwem używanym w tej strukturze wydaje się być trawa (Poaceae) i inna roślinność zielna, wraz z taksonami krzewiastymi (Cupressaceae i Erica ), zgodnie z analizami palinologicznymi, antrakologicznymi, antropologicznymi i organicznymi geochemicznymi. Nie stwierdzono występowania kości ani narzędzi, które mogłyby zostać użyte do gotowania w tej strukturze. Ogień trawy umożliwia szybsze spalanie i niższą, bardziej kontrolowaną temperaturę niż używanie wyłącznie twardego drewna, które wytwarza żar o wyższej wartości kalorycznej. Pojawienie się fragmentów węgla drzewnego Cistaceae w kontekście pirofitycznym potwierdza ideę kontrolowanego spalania materiału roślinnego w dole ( Burger, 2016 ). Wysoka zawartość Zn, taka jak opisana w warstwie VC 10, została powiązana tutaj i w innych jaskiniach z obecnością guana ( Monge i in., 2015 ). Obecność mocznika i kwasów cytrynowych wskazuje na obecność diagenetycznie zmienionego guana. Guano jest doskonałym kontekstem do konserwacji pyłku ( Marais i in., 2015 ). Zapłon i obchodzenie się z nim przez neandertalczyków wyjaśniają (poprzez uszczelnienie, zagęszczenie i anoksję) obecność pyłku wewnątrz struktury. Żółtawe kryształy (prawdopodobnie smoła) są również obecne w kilku próbkach archeologicznych i w archeologii eksperymentalnej (smoła) ( Rys. S27–S28 i Rys. S32–S33 ).

Nasza struktura pasuje do złożonej struktury stosowanej do odzyskiwania dziegciu brzozowego, opisanej przez Kozowyk i in. (2017) , która wymagałaby środowiska redukującego i wysokiego poziomu kontroli temperatury, ponieważ smoła/smoła są wytwarzane w kontrolowanych temperaturach ( Koller i in., 2001 ). Ostatnie badania wykazują, że destylowana smoła używana przez neandertalczyków była uzyskiwana w podziemnym środowisku, które ograniczało przepływ tlenu ( Schmidt i in., 2023 ). W naszym badaniu organiczne znaczniki molekularne mierzone w próbkach pobranych z wnętrza dołu nie są związane z wysokimi temperaturami. Materiał organiczny jest związany z tkankami roślinnymi, najprawdopodobniej zdegradowanymi (zgniłymi) roślinami. Obecność guana i rozkład materii organicznej wytwarzają substancje humusowe i kwasy organiczne, które mogą przyczyniać się do obserwowanego spadku zawartości kalcytu w próbkach związanych ze strukturą ( Hoch i in., 2000 ). Termiczny rozkład kalcytu rozpoczyna się w temperaturze 700 °C, w środowisku niskiego ciśnienia i szybko zachodzi >750 °C, w zakresie temperatur przekraczających te oczekiwane w otwartym kominku ( Karkanas, 2021 ), ale łatwo osiągalnych podczas eksperymentu ( Rys. 7 ). Gdy smoła jest nadal gorąca i elastyczna, można ją zastosować do przyklejenia grotu włóczni, używając muszli jako pojemnika, ponieważ występują one w warstwach archeologicznych jaskini Vanguard.

1. Pobierz: Pobierz obraz w wysokiej rozdzielczości (2MB)
2. Pobierz: Pobierz obraz w pełnym rozmiarze

Rys. 7. Eksperyment 4: Konstrukcja dołu została zbudowana ręcznie zgodnie z morfologią i wymiarami określonymi przez wykopaliska archeologiczne w jaskini Vanguard (warstwy 9 i 10). (a) Dół został wypełniony w całości ~1,9 kg młodych liści. Następnie wiązkę czystka uszczelniono warstwą o grubości <2 cm tego samego piasku morskiego zmieszanego z glebą organiczną zgodnie z naszą interpretacją dla warstwy 9e; (b) Aby monitorować temperatury pożaru i wewnątrz konstrukcji, użyto analogicznego modelu pirometru Silex Cr-Al 48,09 mV. Ogień został wytworzony na konstrukcji przy użyciu drewna z gałęzi i korzeni czystka, a także traw w procesie zapłonu, symulując w ten sposób interpretacje dokonane na podstawie badania węgli znalezionych w warstwie 9; (c) Następnie pokrywająca skorupa została rozbita i usunięta za pomocą patyka, aby odsłonić kopiec liści; (d) Ponieważ celem jest sprawdzenie, czy żywica ta może dać początek lepkiemu materiałowi klejącemu, zredukowaliśmy labdanum umieszczając pojemniki z muszli nad żarem, w ten sposób powoli podgrzewając je poniżej temperatury wrzenia; (e) Aby przyspieszyć proces polimeryzacji i jednocześnie wytworzyć większą objętość smoły, zmieszaliśmy 2–3 g popiołu; (f) Groty włóczni przy użyciu techniki levallois zostały wykonane z otoczaków krzemiennych na potrzeby eksperymentu, podczas gdy liście czystka parowały w piecu. Gdy smoła była jeszcze gorąca i elastyczna, została nałożona, aby przykleić grot włóczni do rękojeści wykonanej z dzikiej oliwki Olea europaea var. sylvestris ; (g) Szczegół uzyskanego trzonkowego grotu włóczni levallois.

Wygląd fragmentów węgla drzewnego pobranych z wewnętrznej części dołu, zidentyfikowanych jako pozostałości gatunków z rodziny czystkowatych w kontrolowanej strukturze spalania, pozwala nam wnioskować o potencjalnych zastosowaniach jako otrzymywaniu smoły. Pirofityczny charakter większości czystkowatych ( Moretti i in., 2006 ) oraz ich wykorzystanie do pozyskiwania żywic i ich wydzielin w przemyśle farmaceutycznym i aromatycznym są dobrze ugruntowane ( Frazão i in., 2018 ). Aby potwierdzić tę hipotezę, przeprowadziliśmy szereg działań eksperymentalnych i sprawdziliśmy, czy identyczna struktura do tej znalezionej w jaskini Vanguard może być użyta jako piec do produkcji smoły. Wnioskujemy, że możliwe jest uzyskanie smoły w znacznych ilościach poprzez szybkie ręczne prasowanie ( rys. S35–S67 ). Z mniej niż 2 kg młodych liści czystka uzyskano 100 ml smoły, wystarczającej do wykonania co najmniej dwóch grotów włóczni ( rys. 7 i S60-S67 ). Stosowanie pirotechnologii jest powszechne wśród rdzennych mieszkańców Australii w celu produkcji żywic z roślin zielnych ( Bradshaw, 2013 ). Wiadomo, że żywica Spinifex była używana jako klej do obsługi narzędzi kompozytowych, takich jak włócznie, a także do mocowania uchwytów do różnych narzędzi i broni ( Pitman i Wallis, 2012 ). Wśród współczesnych ludzi najstarsze dowody stosowania klejów pochodzą z afrykańskiej epoki kamienia łupanego ( Kozowyk i in., 2023 ).

5.5 . Eksperymenty opracowane w celu analizy potencjału Cistus ladanifer do produkcji smoły na podstawie struktury znalezionej w jaskini Vanguard (warstwa 10)

Znajdujemy podobieństwa wielkości i morfologii między paleniskiem warstwy 10 jaskini Vanguard a wklęsłymi paleniskami dołków z poziomu O w Abric Romaní i stanowisku Pech d’Azé Nord, w tym małe wykopane rowy w celu kontrolowania przepływu powietrza ( Vallverdú i in., 2012 ; Courty i in., 2012 ). Te podobieństwa i różne struktury spalania znalezione w Abric Romaní wskazują na różne zastosowania ognia przez neandertalczyków. Rozwój „piecowego” kopca osadowego nad dołem w celu uzyskania suchej destylacji liści czystka, zgodnie z ( Groom i in., 2015 ), nie jest jasny w strukturze warstwy 10 jaskini Vanguard; jednak istnieje wystarczająco dużo dowodów na termiczną zmianę osadu, w tym „wyściółka” lub skorupa wykonana z utwardzonego osadu, która znajduje się w niektórych częściach struktury. Zakładamy, że samo uszczelnienie dołu pokrywą z wilgotnego osadu wystarczy, aby natychmiast rozpalić nad nim ogień i uzyskać takie same rezultaty, jak w eksperymentach, ale przy wytworzeniu mniejszej ilości smoły, ponieważ do całkowitego wypełnienia dołu potrzebna będzie mniejsza ilość liści.

Brzoza i drzewa iglaste to najbardziej znane żywice, które były używane do produkcji smoły przez neandertalczyków ( Mazza i in., 2006 ; Niekus i in., 2019 ; Kozowyk i in., 2017 ; Rageot i in., 2018 ; Degano i in., 2019 ). Nie ma wątpliwości, że Cistus ladanifer , czyli czystek, był zbierany w celu rozpalania ognia, ponieważ wykazuje bardzo twarde i wysoce łatwopalne drewno. Labdanum to żywica impregnująca liście czystka, której silne przyleganie można empirycznie odczuć, zbierając roślinę, zwłaszcza młode liście. Czystek jest typowy dla bardzo ubogich, niedojrzałych gleb, występując powszechnie w skalistych obszarach przybrzeżnych i wydmach Andaluzji, a także w środkowej i południowej Portugalii ( Morgado i in., 2005 ). Czystki były również obecne w krajobrazie poza jaskinią Vanguard. W Estremadurze i innych regionach Hiszpanii w przeszłości wytwarzano małe, czarne kulki smoły labdanum zwane „ melojas ” poprzez szybkie gotowanie czystka w kotłach i wykorzystywano je w przemyśle perfumeryjnym ( Morgado i in., 2005 ; Martín i in., 2009 ).

Wykorzystując proste techniki i narzędzia dostępne dla neandertalczyków, zaprezentowaliśmy w naszych eksperymentach łańcuch operacyjny z technicznymi krokami potrzebnymi do wytworzenia smoły z labdanum wydzielanego przez liście czystka w scenariuszu hafting. Smoła z czystka jest ciemnobrązową lub czarną lepką cieczą węglowodorów i wolnego węgla, uzyskiwaną poprzez destrukcyjną destylację w niskich temperaturach (<150 °C), bez całkowicie beztlenowych warunków. Ta smoła wytwarzana z czystka labdanum zwiększa lepkość do stałej substancji osiąganej na zimno. W kontakcie z powietrzem ma podobne właściwości do kleju kontaktowego. Skrobie roślinne są naturalnymi polimerami. Odparowanie wody prowadzi do powstania polimerycznej warstwy, która będzie odpowiedzialna za warstwę klejącą, która utrzymuje dwie powierzchnie razem. Zastosowanie popiołów znacznie przyspieszyło proces polimeryzacji. Ilość użytych popiołów może również kontrolować plastyczność smoły w celu formowania jej wokół narzędzi kamiennych. Po ugotowaniu, schłodzeniu i zestaleniu smołę można ponownie podgrzać, aby zmiękła. Udało nam się wyprodukować znaczną ilość smoły w ciągu zaledwie 4 godzin, licząc od zebrania drewna do jego oprawienia.

Z pewnością, do ugotowania smoły potrzebny byłby jakiś pojemnik. Użyliśmy muszli małży, ponieważ są one powszechne w sukcesji stratygraficznej Jaskini Vanguard ( Stringer i in., 2008 ) i najprawdopodobniej zostały przetransportowane przez neandertalczyków. Zazwyczaj znajdują się w stanie bardzo rozdrobnionym, chociaż nie przeprowadzono jeszcze badań, aby zrozumieć, czy ta fragmentacja była wynikiem gotowania pod ogniem, czy gotowania pod bezpośrednim ogniem.