人類牙釉質C、O同位素分析

人類牙齒表面致密，不易被風化和侵蝕，可以很好地保存過去人類活動的相關信息。國內主要采用人類牙齒同位素研究古人類食物構成，復原古人類生產生活方式；采用動物牙齒同位素研究環境氣候變化，還原我國不同時期、不同區域的環境變化過程；同時，對動物牙齒同位素與氣候、環境之間的關系原理進行實證研究。文章通過對古代人類牙釉質C、O穩定同位素進行分析，重建該地區古人類食物結構，探討階級分化、性別差異等社會現象。

文章通過對中國四川省成都市金沙遺址金牛城鄉墓地人類牙釉質C、0同位素進行分析，重建該地區古人類食物結構，分析當時人類遷徙、階級分化和通婚等社會活動。結果顯示 C₃ 植物是該地區當時古人類的主要糧食作物， C₄ 植物是該地區當時古人類的次要糧食作物。T檢驗顯示中上階層和普通中等階層牙釉質 均值和 均值之間不存在顯著差異，說明中上階層和普通中等階層之間在食物成分上不存在區別，他們的飲食習慣或飲食偏好基本一致。T檢驗顯示男女之間牙釉質 均值沒有顯著差異，說明在金沙遺址地區中等階層男女在食物結構方面基本相同，沒有性別差異或歧視。兒童和成人之間牙釉質 均值沒有顯著差異，說明他們在食物結構方面沒有差別；兒童和成人之間牙釉質 均值存在一定差異，這可能與哺乳活動有關。

原理

在生理化學反應過程中，質量較輕的 ¹²C 同位素比質量更重的 ¹³C 同位素更活躍，因此，植物在光合作用中固定大氣中的 C0₂ 時， ¹²C 同位素反應速度比¹³C 同位素更快，導致植物中 ¹²C 同位素含量比 ¹³C 同位素多，使植物中C同位素比大氣中更輕，表現為植物 |δ¹³C 值比大氣 δ¹³C 值小。基于光合作用的途徑，在固定 C0₂ 時，采用3個C原子的分子即 C₃ 光合作用方式的植物為 C₃ 植物，同樣，采用4個C原子的分子即 C₄ 光合作用方式的植物為 C₄ 植物。

自然環境中，水中0同位素的組成成分隨地理和氣候要素如氣溫、降水、海拔、經緯度以及海陸距離等的變化而變化。人體組織中如骨骼和牙齒中的0原子同位素成分反映了體液中水分的0原子同位素成分，相應地也反映了這些組織在發育和生長過程中從自然界中汲取和吸收的水分中0原子同位素的組成。

材料與研究方法

金沙遺址（如下頁圖1所示）位于成都平原腹地，遺址內地形平坦，相對高差小于5米。遺址內外分布眾多河道，其中磨底河將金沙遺址分為南北兩部分，南部為金沙村，北部為黃忠村。金沙遺址是成都地區迄今發現的規模最大的商周時期文化遺址。金沙遺址面積約5平方公里，規模僅次于三星堆遺址，再現了商代晚期至西周時期獨具特色的古蜀文化。金沙遺址出土眾多金器、銅器、玉器、石器等珍貴文物，還出土了象牙、野豬獠牙、多支鹿角等。金沙遺址具備從商代晚期 $$ 西周→春秋 $$ 漢代 $$ 唐宋 $$ 明清一系列考古地層（如下頁圖2所示）。本文所研究古代人類牙齒來自金沙遺址金牛城鄉墓地。

圖1成都金沙遺址

圖2金沙遺址剖面圖

樣本牙釉質采用下列方法處理。用牙鉆打磨牙釉質表面，去除附著的礦物質和牙本質；將牙釉質在蒸餾水中用超聲波清洗2次并烘干，然后在瑪瑙碾缽中將烘干的牙釉質碾成不超過75微米的粉末；常溫下將粉末置于 2%～3% 的氫氧化鈉溶液浸泡24小時，去除牙釉質中有機質成分，并用蒸餾水清洗5次；將牙釉質粉末置于0.1摩爾濃度的醋酸中浸泡20小時，去除牙釉質中礦物質，用蒸餾水清洗5次并冷干。在真空環境中將牙釉質粉末與 90^°C 的 100% 的磷酸反應6小時并產生碳酸鹽結構 C0₂ 。C、0穩定同位素在中國科學院南京地質古生物研究所國家重點實驗室同位素質譜DeltaVAdvantageMAT-253上測量。運用SPSS18.0軟件對不同組數據進行T檢驗。

這里采用零假設原理，如果 Plt;0.05 ，那么這兩組數據存在顯著差異；如果 Pgt;0.05 ，那么這兩組數據不存在顯著差異。

結果與討論

第一，古人類食物結構。金沙遺址金牛城鄉墓地人類牙齒C、0同位素樣本共43個，人類牙釉質 值最大值為 -10.0‰ ，最小值為 -14.2‰ ， δ¹³C 值聚集在均值 -12.3textperthousand （-12.3±1.4% ， 1=90 ）周圍（如圖3所示），說明當時人類的食物結構中既有 C₃ 植物也有 C₄ 植物。金沙遺址人類牙釉質 值變化范圍較大，與18一19世紀北美地區遺址人類牙釉質δ¹³C 值變化幅度相當，說明當時人類食物來源廣且豐富，這可能是古蜀文化繁榮的原因。一般來說，牙釉質對C同位素富集系數為9.5，根據公式（1）可以計算出人類食物中 C₃ 植物所占比例。

C₃'0-100×（δ¹³C_enamel-9.5+13.5）/（27-13.5）

圖3金沙遺址金牛城鄉墓地人類牙釉質C、O穩定同位素組成分布圖

金沙遺址古人類食物結構中 C₃ 植物平均占比約為 61.4%_o 總體而言，該地區古人類大多以 C₃ 作物作為主要食物，少數個體以 C₄ 作物作為主要食物，這與龍山文化古人類食物結構具有相似性，只是金沙古人類食物結構中 C₃ 作物含量比龍山文化更高。在中國， C₃ 農作物主要以水稻、小麥為主，在長江流域，溫暖濕潤的氣候利于 C₃ 農作物如水稻的栽培； C₄ 農作物主要有高梁、粟等。可見，長江中游地區的金沙遺址當時以水稻、小麥為主要糧食作物，以高粱、粟為次要糧食作物。

第二，社會活動。這里以發掘信息比較完整的金牛城鄉墓地（如表1所示）來研究金沙遺址地區當時階級分化、性別差異和通婚等社會活動。按陪葬品情況可將墓地主人分為精英階層、上層富裕階級、中等階層和低等階層等。金牛城鄉墓地主人之間埋葬情況差異不大，可能都屬于中等階層，但中等階層內部根據陪葬品的有無可分為中上階層、一般中等階層。T檢驗顯示中上階層和普通中等階層牙釉質 均值和 均值之間都不存在顯著差異，說明中上階層和普通中等階層之間在食物成分上不存在區別（Students's t-test， ，他們的飲食習慣或飲食偏好基本一致；T檢驗顯示中上階層和普通中等階層牙釉質 均值之間也不存在顯著差異（Students's t-test， Δpgt;0.05） ，也說明中上階層和普通中等階層在來源地方面基本相同。男女之間牙釉質 均值沒有顯著差異（Students’s t-test，pgt;0.05） ，說明在金沙遺址地區中等階層男女在食物結構方面基本相同，沒有性別差異或歧視。T檢驗顯示男女之間牙釉質 均值沒有顯著差異，可以推斷男女在外來源地方面沒有顯著差異，說明金沙遺址地區外來通婚中既有男性、也有女性，沒有性別差異。T檢驗顯示兒童與成人之間牙釉質 均值沒有顯著差異，說明他們在食物方面沒有區別，但兒童牙釉質 均值為 0 '- 7.2±0.5% ， N=4. ，成人牙釉質 均值為 -7.9‰ （-7.9±0.7% ， N=25 ，T檢驗顯示已經接近顯著差異 （P=0.07） ），這可能與哺乳活動有關。因此，金沙遺址不同階層之間以及男女之間相對公平，可能是金沙遺址文明發達的又一原因。

表1金沙遺址金牛城鄉墓地人類牙釉質穩定C、O同位素組成

基金項目：安徽省哲學社會科學規劃項目“人類和動物骨骼牙齒穩定同位素揭示的長江流域古社會經濟文化對環境演變的響應研究”（ANSKF2019D018）。

（作者單位：池州學院）