火的使用：人类进化中广泛文化传播的第一个信号

由犹他州盐湖城犹他大学的 Polly W. Wiessner 编辑，并于 2021 年 6 月 22 日获得批准（2021 年 2 月 5 日收到审核）火灾控制是人类进化过程中最重要的技术创新之一。从大约 400,000 年前开始，使用火的考古信号变得非常明显。有趣的是，这发生在旧世界主要地区、非洲以及欧亚大陆西部以及更广泛的人类复合种群的不同亚种群中的地质相似时间。我们将这种时空模式解释为文化传播的结果，并代表了人类进化中的传播引起的广泛文化变化的最早明确案例。在非洲中石器时代初期和欧亚中旧石器时代西部，勒瓦卢瓦技术的类似时空分布稍晚遵循这种火灾使用模式。这些考古数据以及对古代基因组的研究使我们假设，最迟在 400,000 年前，人类亚群彼此相遇的频率足够高，并且对彼此有足够的容忍度，可以在相对较短的时间内在大面积区域传播思想和技术。时间段。此外，传输复杂技能所需的大规模社交网络很可能也已经到位。最重要的是，这表明一种文化行为形式与现存的智人相比，与我们的类人猿亲戚更相似。与火的相互作用，包括加强维护和生产 (1)，通常被认为是人类文化进化中最重要的过程之一。火为人类提供了抵御捕食者和寒冷的保护，扩大了可食用食物的范围以及可以通过烹饪从中提取的能量 (2)，允许操纵材料 (3)，延长一天的长度，并影响性格社会互动（4）。火为人类提供了一种提高栖息地生产力的手段，随着时间的推移显着改变了自然景观 (5, 6)。火也带来了成本（7 ⇓– 9），因为使用火的人类必须收集燃料才能被带到一个中心位置，这需要一个群体内部的合作（10）。考虑到烟火技术必须产生的影响，了解火灾使用的起源和发展与我们了解人类物种生态位随时间的发展有关，包括——正如我们在这里讨论的——文化行为的重要性。事实上，我们假设越来越多的证据表明，在（相对）有限的时间范围内（400 到 35 万年前，ka）和在一个极其广泛的地理区域内，出现定期用火的证据可以通过相关技能的文化传播来最好地解释。火用。事实上，火灾记录可能提供了人类进化过程中文化传播出现的第一个明确证据，表明此时智人的文化行为具有鲜明的特征。文化行为的重要性对今天的我们自己的物种来说是显而易见的：我们每天都在使用我们自己无法发明的技术，当代人类文化产生了从复杂技术到语言再到货币和符号数学的独特的物质和象征性人工制品。文化行为改变了人类进化的本质，有人认为它在非家庭成员之间的大规模合作 (11) 和认知方面 (12) 的进化中发挥了作用。几位作者将文化行为视为人类近乎全球分布和成功的解释（例如，参考文献 13 和 14）。然而，目前尚不清楚现代智人文化行为的关键特征何时出现，有些特征可能比其他特征更早出现。这些特征包括其通常具有的适应性或内在价值、存在于许多物种中的区域传统 (15, 16)，以及元素的积累或“棘轮效应”，这在非人类动物中是罕见的 (17)，并且可能还包括社会习得行为的远距离快速传播。文化传播是文化行为元素（思想、行为和人工制品）可以传播的几个过程之一。它指的是通过社会学习将文化特征从一个人传递给另一个人的过程。文化传播可能会产生几种模式：地方传统、累积文化，以及本文的重点，文化特征的广泛分布。在这里，我们使用“文化传播”一词来描述文化特征通过文化传播过程从一个人群传播到另一个人群。对文化特征传播的研究集中在重大创新上。创新传播的经典研究涉及农业、狩猎、陶器、建筑技术和建筑风格的采用 [Amati 等人综述。 (18)]。文化传播可能是创新和其他文化特征在地理上广泛分布的原因，以及它们在不同人群和社会中的存在。在其他物种中，普遍的行为通常用遗传进化过程来解释。大规模的文化传播是现代人类文化的一个重要而显着的特征，我们调查了它在考古记录中首次出现的可能性。对早期火灾使用记录的全面审查超出了本展望文件的范围；我们的目标是描述一种模式，重点关注 400 ka 前后记录之间的对比，提出解释并激发辩论和进一步研究。事实证明，在时间和空间上跟踪早期火灾使用的发展具有挑战性，因为确定人为火灾的痕迹并不简单。造成这种情况的一个原因是移动狩猎采集者使用它的广泛分布和短暂的性质，他们很少投资于火灾周围的结构。因此，其火灾的常见替代物包括暴露于加热的材料，包括木炭、加热的岩屑、烧焦的骨头和发生火灾的热变沉积物 (19, 20)。在露天，许多这些脆弱的痕迹很容易被自然过程清除 (21)，而自然火灾可以创造一系列模仿人为火灾的代理 (22)。为了解决这些问题，已经开发了新的分析方法（对于最近的两篇评论，参见参考文献 23 和 24），通过实验研究测试热量对木材、骨骼和各种类型的人工制品以及沉积物的影响底层壁炉（25 ⇓– 27）。由于这些方法还没有得到广泛应用，人们可以假设到目前为止，早期的火灾使用案例尚未被发现。然而，尽管考古记录存在证据限制，但 Roebroeks 和 Villa (20) 的评论确定了欧洲的清晰模式：记录强烈表明，在中更新世的前半期，人为火灾的使用非常罕见，甚至不存在，例如，在深度分层的考古岩溶序列中，例如西班牙的 Atapuerca 遗址综合体或 Tautavel（法国）的 Caune de l'Arago，以及来自如此多产的岩溶序列中，除了一些分散的木炭颗粒外，没有火的代表。露天场所，如英国的 Boxgrove。相比之下，从 400 ka 开始的记录的特点是，在主要考古背景下，越来越多的地点具有多种火灾替代物（例如，木炭、加热的岩屑、烧焦的骨头、热变沉积物）（19、20、28）。本次审查后发表的研究加强了这种模式，并确定了它在欧洲以外的存在。例如，在 Gruta da Aroeira 洞穴遗址（葡萄牙），以加热骨骼形式出现的火代物开始出现在 400 ka (29) 的地层中。在 Bolomor Cave（西班牙），从 350 到 100 ka (30) 的多个层次挖掘出 14 个与加热材料相关的壁炉。火灾代理存在于露天和岩石避难所，并且在露天场所，此类火灾证据在很长一段时间内重复多次，例如在 Biache-Saint-Vaast（法国），其年代可追溯至240 至 170 ka (31)。火被用来进入深洞 (32)，用于生产沥青 (3)，以及烹饪等过程，这些过程被记录在晚期尼安德特人 (33) 中，但可能在更早的时候也相关。重要的是，对于黎凡特，Shimelmitz 等人。 (34) 估计在 350 至 320 ka 出现习惯性用火，该日期基于 Tabun Cave（以色列）的长期且年代久远的序列，以及对来自一系列其他地点的证据的审查黎凡特。在 Qesem Cave（以色列），除了在整个遗址的占领历史（400 至 200 ka ( 35, 36) ）中广泛燃烧的证据外，还发现了一个非常大且反复使用的中央壁炉，其历史可以追溯到大约 300 ka ( 37 ）。除了西部地区，迄今为止，亚洲中更新世使用火的证据非常有限（38）。来自周口店（中国）的推定火灾证据一直存在很大争议（例如，参考文献 39），最近的工作确定了一个层中人为火灾的痕迹，该层的年龄估计因测年技术而异，但都指向 500 到250-ka 范围（40）（即，与我们看到欧亚大陆西部出现火灾的同一时期）。

然而，这种模式不仅限于欧亚大陆。在 Jebel Irhoud（摩洛哥）的遗址，在 300 ka 处可以看到清晰的火灾信号，有大量证据表明人为火灾使用，包括加热的岩屑和加热的动物遗骸（41）。 Jebel Irhoud 的证据与来自非洲中石器时代 (MSA) 的其他证据非常吻合，该时期广泛地跨越 350 至 35 ka，大致与欧亚中旧石器时代西部同时期。 Bentsen ( 42) 对各种火灾证据的回顾表明，在撒哈拉以南非洲的 MSA 早期，烟火技术非常重要，尽管遗址数量很少，并且以南非的洞穴遗址为主，反映了数量在那里完成的实地考察。在边境洞穴，从公元 230 年到公元 1000 年的多个层次挖掘出炉膛和灰层 (43, 44)。火被用来改变石材原料的特性 (45)，用于清洁和可能的害虫防治 (44)，以及烹饪淀粉根茎 (46)。从 400 ka 开始，这种明显的、地理上广泛分布的常规火灾使用模式 (24) 并不意味着人类在 400 ka 之前可能没有使用过火。事实上，有人提出人为火灾的痕迹在西班牙 (47, 48) 和以色列 (49, 50) 可能存在于 0.8 Ma 左右，在南非 (51 ⇓ ⇓– 54) 可能存在于 1 Ma，甚至在东非 (19, 55 ⇓– 57)。此外，基于解剖学变化的古人类学证据，Wrangham 和 Carmody (58) 认为直立人在 1.8 Ma 之前首先使用了火。然而，大多数前 400 ka 痕迹的人为状态仍然存在争议（参见，例如，参考文献 19、29 和 59 ⇓ ⇓– 62）：例如，1.5 Ma 年龄的红色斑块的起源肯尼亚 Koobi Fora FxJj20 的沉积物从 40 年前的最初出版到现在一直争论不休 (56, 57, 59, 63, 64)。对 400 ka 之前的证据的深入审查超出了我们论文的范围，但来自几个独特景观的记录说明了早期火灾记录的孤立和问题性质。一个典型的例子是 Wonderwerk Cave（南非），它位于库鲁曼山的东坡。如果在该地点回收的加热材料（年代为 1 Ma）确实是人为火灾的结果 [52;但请参阅 Goldberg 等人。 ( 60) 对于新样品的结果]，令人惊讶的是，在山的西坡出土的数百万件大致同时代的石器中，没有发现一个加热的石器 (1)。在查赞看来，这种情况很难与火在这一时期的重要作用相协调，正如 Wrangham 的烹饪假设 (1, 2) 所推断的那样。另一个有趣的火灾信号来自 Melka Kunturé 露天场地综合体，它位于埃塞俄比亚北部高地的 Upper Awash 山谷，海拔约 2,000 m。这些站点记录了人类在很长一段时间内对高海拔环境的适应，从~1.7 Ma 到晚石器时代 (LSA)。在更新世，这些高海拔地区见证了严重的寒冷时期，可能太冷了，无法在那里持续存在人类，正如 Gombore II 的 850 至 700 ka 序列的占领信号所暗示的那样（65）。除了来自阿舍利晚期遗址 Garba 1 的一块可能加热的鹅卵石外（66），没有证据表明在整个空间广泛的 Melka Kunturé 综合体的 LSA 之前存在火灾使用。虽然人们需要谨慎地解释 400 ka 前时期缺乏确凿证据，但考虑到火灾代理的埋藏学问题（55）以及一般早期地点的时间和空间采样有限，没有什么能证实像这样的模式在 400 ka 之后观察到的一个，每个区域的多个站点的多个代理记录了火灾使用情况，并在站点内重复发生。非洲和欧亚大陆早期火灾使用的当前数据，在其他地方被描述为“粗略的......至少可以说”（67），不仅表明早期人类在大约 2 Ma 前扩散到欧亚大陆与任何类型的考古学可见的火使用，但也强烈表明火作为人类技术曲目的常规组成部分是一个更晚的现象，可追溯到中更新世的下半叶。大约在那个时候，非洲和欧亚大陆是各种人类（亚）种群的家园，包括非洲的早期智人和纳莱迪人、欧亚大陆西部的尼安德特人和丹尼索瓦人，以及更东的直立人种群，许多相互作用和反复交换基因与更广泛的人类元种群的相邻亚种群 [在 Pääbo 的意义上 (68);另见参考文献。 69 ⇓– 71]。考古记录中出现的火灾信号的一个显着特征是，在广泛的地理区域以及（从地质角度而言）同一时期和不同的人族亚群中，使用火的证据显着增加。我们认为这是考古记录中记录的人类进化过程中广泛文化传播的第一个明确实例。史前时期，文化传播在技能和技术创新在大片地区的快速传播中发挥了重要作用。如上所述，我们认为这是当今智人文化的几个显着特征之一，其中还包括累积的文化演变和区域传统的存在。我们的假设意味着知识和技术通过人类社交网络传播，在居住在旧世界主要地区的更广泛的元种群中相互作用。下面我们将反驳对观察到的模式的替代解释，并讨论支持我们文化传播假设的证据。我们还指出考古数据，独立于火灾记录并且有些年轻，强烈支持对中更新世后期文化传播存在的解释，特别是特定石材加工技术的考古记录（即，勒瓦卢瓦技术）。最后，我们将解释为什么我们将其解释为考古记录证明的广泛文化传播的第一个明确案例。创新考古记录中出现的时空模式为确定创新如何广泛分布提供了相关证据：即通过自主创新、流行过程、文化传播或遗传过程。事实上，在旧世界和不同的人类亚群中，经常使用火的现象出现得相对较快，这强烈表明这种行为是从一个起源点扩散或传播的，而不是它是反复独立发明的。额外的证据来自环境数据。如果是趋同进化的产物，预计火灾使用将与环境压力相关。因此，可以提出一种情景，即古人类亚群在不同的地方开发了类似的技术，以应对其环境中的类似挑战。在这种情况下，我们预计火灾记录的变化对应于或遵循对整个地理区域的区域环境产生可比影响的变化，最有可能是全球气候变化。我们也可能期望看到火的使用根据环境条件出现和消失，直到人族表现出对常规火使用的适应。使用火有几个好处，在较冷的条件下可能特别有利；同时，在开放条件下，火灾使用成本，特别是燃料收集成本被认为更高（8）。关于人类越来越多地使用火，有两种环境假设是可能的：这发生在 1) 必要时在较冷的条件下或 2) 在成本较低的树木繁茂的条件下。到 500 ka 之前，更新世后期的 100 ka 长的冰期-间冰期循环特征已经牢固确立，这与全球大量的冰量有关。这种模式在中更新世过渡（约 1.25 到 0.7 Ma 前）之后成为主导，这对生物群和景观产生了深远的影响，并且在火灾记录发生显着变化之前约 300 ka 完成（72）。海洋同位素阶段 (MIS) 12 的非常严重的冰川作用与世界范围内更冷和更干旱的条件有关，在火灾记录恢复之前已经结束。从 400 到 300 ka 期间已经找到令人信服的火灾证据的地点与凉爽和温暖的条件有关（73）。此外，整个更新世都出现了相对树木繁茂的时期。因此，环境变化似乎与趋同进化的情景不一致。此外，时空模式告诉我们一些关于潜在过程的信息。一般而言，新技术在大区域的传播可以用遗传、流行或文化术语或其组合来解释 (18, 74, 75)。其中，在其他条件不变的情况下，遗传传播（跨亚群或整个物种）是最慢的过程，群体传播稍快，而文化传播导致新行为的最快传播（76, 77）。在遗传扩散中，由于自然选择或漂移，可遗传特征（包括行为）在（亚）种群中变得更加频繁。取决于亚群的大小和选择压力的强度，这个过程至少需要几代人（77）。如果该特性要在多个亚群中遗传扩散——回想一下，经常使用火确实在大量亚群中传播——需要更多的世代。行为的快速遗传传播仅在当地人群中或当遗传传播伴随着强大的流行传播过程时才可行。在人口传播中，特征的传播是由人口和范围扩张、亚种群融合以及当地种群被其他种群取代驱动的。这种人口统计和迁移过程可能需要

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