Appearance
Evidence of human occupation in Mexico around the Last Glacial Maximum
Summary
Problem: 美洲最初的人类定居时间与路线是高度争议的议题，而墨西哥在地理上处于关键位置，但其最早的考古记录却极为贫乏且研究不足。历史上该地区在关于最早美洲人群的研究中长期处于边缘地位。此前虽有零星证据表明晚更新世和早全新世墨西哥西北部、恰帕斯高地、中部墨西哥及加勒比海岸有人类存在，但缺乏早于末次盛冰期（LGM，约26,500–19,000年前）的可靠文化证据，因此人类到达美洲的时间上限仍属未知。 Approach: 研究团队对位于墨西哥中北部萨卡特卡斯州Astillero山脉、海拔2,740米的高海拔洞穴Chiquihuite Cave进行了系统的考古发掘。2012年首次试掘（X-11）提示可能存在LGM或更早的人类活动，2016–2017年将发掘面积扩大至62平方米（X-12），最大深度达3米。研究综合运用了地层学分析、46个放射性碳测年（来自59个样品）和6个光释光（OSL）测年（来自8个样品）、贝叶斯年龄模型、石器技术-形态类型学分析、古环境DNA（31次DNA提取、37个Illumina文库）、植硅体与花粉分析、化学残留物分析及X射线荧光空间分布分析等多种手段，以建立可靠的年代框架并验证人类占据的证据。 Finding: 发掘共获得约1,930件石制品，分布于整个3米深的地层序列中。贝叶斯年龄模型显示，最下部地层单元SC-C的开始时间早于LGM，约为33,150–31,405 cal. bp（95.4%概率），SC-B则介于16,605–15,615 cal. bp至13,705–12,200 cal. bp之间。石制品代表了一种此前未知的石器工业，以绿色和黑色重结晶石灰岩（泥岩-粒泥岩/球粒灰岩）为主要原料（>90%），显示出明确的原料选择性，技术特征包括横向石片、横尖状器、细石叶技术等，且在整个序列中仅发生微小变化。古环境DNA、植硅体和花粉数据记录了从LGM前以针叶林为主的森林环境到LGM后以龙舌兰亚科和暖季型禾草为主的开放环境的转变。化学残留物（蛋白质、磷酸盐、碳水化合物、脂肪酸）和X射线荧光元素（硫、钾、锌）的空间分布也支持人类活动。但未检测到古人类DNA。 Significance: 该研究为人类在美洲的存在提供了早于末次盛冰期的新证据，将人类到达美洲的可能时间推前至约33,000–31,000年前，远早于传统认为的Clovis文化（约13,000年前）。发现了一种与已知任何更新世或早全新世文化复合体均无相似性的独特石器工业，说明最早的美洲迁徙人群具有文化多样性。高海拔洞穴的占据模式也打破了以往以巨型动物杀戮遗址、开放遗址和浅岩棚为主的模式，为美洲最早人类迁徙研究开辟了新方向。
Theoretical Framework
N/A
Research Design
本研究属于考古学田野发掘与多学科综合分析，具体为对单一洞穴遗址（Chiquihuite Cave）的纵向地层发掘研究。分析单元为地层单元（strata）和考古层位组分（SC-A、SC-B、SC-C）。关键自变量为地层深度/年代（通过放射性碳和OSL测年建立），关键因变量为：（1）石制品的类型、数量与分布（通过技术-形态类型学分析操作化）；（2）古环境DNA中的植物和动物分类群组成（通过shotgun测序和分类学鉴定操作化）；（3）化学残留物（蛋白质、磷酸盐、碳水化合物、脂肪酸）和X射线荧光元素（硫、钾、锌）的空间分布（通过化学分析和XRF操作化）。研究还通过植硅体和花粉分析交叉验证环境重建结果。
Data & Sample
- 遗址: Chiquihuite Cave，位于墨西哥萨卡特卡斯州Astillero山脉，海拔2,740米，高出谷底约1,000米。
- 发掘面积: X-12发掘区共62平方米（最大18×5米），最大深度3米。
- 石制品: 共1,930件，其中SC-B出土1,684件（87.2%），SC-C出土239件（12.3%）。
- 测年样品: 59个样品用于放射性碳测年（获得46个测定值），8个样品用于OSL测年（获得6个日期）。
- DNA样品: 31次DNA提取，来自15个关键地层单元（含对照），转化为37个Illumina文库。
- 动物骨骼: 提取1,850件。
- 时间范围: 地层序列跨越约20,090–17,830年，SC-C起始于约33,150–31,405 cal. bp，SC-B结束于约13,705–12,200 cal. bp。
- 数据收集方法: 2012年试掘（X-11）和2016–2017年系统发掘（X-12），结合地层剖面记录、3D摄影测量模型、系统采样。
Analytical Strategy
- 贝叶斯年龄模型: 将所有可用的年代数据（放射性碳和OSL）纳入贝叶斯年龄模型，采用异常值模型（outlier model）识别和处理异常日期。5个日期（LEMA-577.1.1、LEMA-576.1.1、OxA-36613、OxA-36359、LEMA-978.1.1）被识别为主要异常值，在模型中按其异常值概率进行降权处理。
- 质量控制: 骨胶原产量、C:N原子比和碳百分比均按ORAU标准（>1%重量、2.9–3.5、30–50%重量）进行验证；排除未通过质量控制的样品和可能产生最小年龄的散装沉积物样品。
- DNA分析: 采用最新的分类学鉴定协议以避免假阳性，并通过in silico模拟（模拟损伤和片段化DNA）测试鉴定方法的特异性和敏感性。通过检测现代马（Equus）DNA评估DNA淋滤程度。
- 多代理交叉验证: 环境DNA结果与植硅体、花粉分析结果进行交叉比较；化学残留物与X射线荧光元素空间分布进行对应分析。
- 地层完整性评估: 通过检查是否存在动物掘穴或其他地层扰动证据，评估石制品垂直位移的可能性。
Results & Findings
- 年代框架: 贝叶斯模型估算SC-C的开始时间早于LGM，为33,150–31,405 cal. bp；SC-B介于16,605–15,615 cal. bp至13,705–12,200 cal. bp之间（接近Younger Dryas）。地层1218–1219与1217之间存在一个符合LGM时期的显著年代间隙，可能反映人类活动减少和沉积速率降低。这一发现直接支持了人类在LGM之前已到达墨西哥的假设。
- 石器工业特征: 石制品代表了一种此前未知的石器工业，以绿色和黑色重结晶石灰岩为主要原料（>90%），显示明确的原料选择性——这些石灰岩不属于洞穴本身的岩石学组成，表明制作者对当地石材资源有深入了解。技术特征包括横向石片和横尖状器（该工业的标志性器物）、细石叶技术、软锤打击、平台制备（双面、刻面、隔离）和边缘磨光等。整个序列中技术特征仅发生微小变化，表明该工业传统在数千年间保持稳定。这一发现表明最早的美洲人群并非单一文化，而是具有显著的文化多样性。
- 古环境重建: LGM前至LGM末期（地层1223–1210），环境DNA显示混合森林物种（杜松、冷杉、松、云杉）与禾草共存；LGM后至Younger Dryas前（地层1207A和1204），松和杜松几乎消失，被龙舌兰亚科（可能为约书亚树）、Strobus松亚组和暖季型禾草（Tripsacinae族和PACMAD分支）取代。植硅体和花粉分析支持LGM时期快速转为寒冷条件、以冷适应禾草为主的相对开放环境。所有样品（包括LGM层位）中均发现棕榈（Arecaceae）植硅体，其中部分为烧焦状态——鉴于LGM气候比现在更冷，棕榈不可能自然生长在该海拔，这提示棕榈可能由人类以易腐物品或食物形式带入洞穴。
- 动物群记录: 蝙蝠DNA在所有层位存在，LGM时期出现熊（Ursus sp.）DNA，啮齿动物（旱獭、田鼠、白足鼠等）贯穿整个序列。动物骨骼组合中，LGM地层出现了上层骨骼组合中缺失的大型属——美洲黑熊、秃鹫（Gymnogyps sp.）和水獭（Lontra sp.）。
- 化学残留与人类活动: 地层1210界面（终末至后LGM）检测到高浓度的蛋白质、磷酸盐、碳水化合物和脂肪酸，这些不太可能是天然石灰岩分解的产物。X射线荧光分析显示硫、钾、锌的空间分布与化学残留物分布相匹配——磷酸盐与锌的关系此前已被认定为垃圾区的指示物，钾可能指示纤维素燃料产生的灰烬积累，硫存在于活细胞中。这些证据支持人类活动（可能包括用火和垃圾处理）的存在。
- 零结果与意外发现: 在所有层位中均未检测到古人类DNA（Homo sp.），但作者指出从洞穴沉积物中检测古人类DNA的概率本身就很低，因此这不否定人类存在。意外发现包括：棕榈植硅体在LGM层位的存在（可能为人类带入）；地层1210界面的硬化压实表面（可能为有意或反复踩踏形成）；以及一种双面双凸型核心（类型'b'），其功能尚不明确。
Limitations
- SC-C石制品数量较少（仅239件，占12.3%），作者承认这可能受该组分发掘沉积物体积较小的偏差影响，限制了对技术-类型学参数具体变化的解释。
- 未检测到古人类DNA，无法直接从遗传学角度确认人类占据，只能依赖石制品和化学残留物等间接证据。
- 部分放射性碳日期被识别为异常值（5个），可能由埋藏学因素或不完全去污导致，虽经模型降权处理但仍存在不确定性。
- 散装沉积物测年样品被排除，因其常因碳含量低和潜在污染而产生最小年龄。
- 地层1218–1219与1217之间存在年代间隙，对应LGM时期，可能反映人类活动减少，但也可能意味着该时期的地层记录不完整。
- 高海拔洞穴的占据模式较为特殊，其代表性可能有限，不能直接推广到整个美洲的人类定居模式。
- 棕榈植硅体的来源存在不确定性——虽然烧焦状态支持人类带入假说，但作者也承认不能完全排除自然进入的可能性。
Key Contributions
- 提供了墨西哥地区早于末次盛冰期（约33,000–31,000 cal. bp）的人类占据的直接考古证据，将美洲人类迁徙时间大幅推前。
- 发现并描述了一种此前未知的石器工业，该工业与美洲已知的任何更新世或早全新世文化复合体均无相似性，证明最早的美洲迁徙人群具有显著的文化多样性。
- 通过46个放射性碳和6个OSL测年建立了可靠的年代框架，结合贝叶斯年龄模型为美洲早期人类占据提供了坚实的年代学基础。
- 综合运用古环境DNA、植硅体、花粉、化学残留物和X射线荧光等多代理方法，重建了LGM前后洞穴及周边环境的变迁，并提供了人类活动的化学证据。
- 挑战了以Clovis文化为最早美洲人的传统叙事，支持了美洲存在前Clovis（pre-Clovis）人类占据的假说。
- 揭示了高海拔洞穴作为更新世人类占据场所的可能性，打破了以往以巨型动物杀戮遗址、开放遗址和浅岩棚为主的模式，为寻找早期人类遗址提供了新的地貌学方向。
Key Claims
"Here we present results of recent excavations at Chiquihuite Cave—a high-altitude site in central-northern Mexico—that corroborate previous findings in the Americas of cultural evidence that dates to the Last Glacial Maximum (26,500–19,000 years ago), and which push back dates for human dispersal to the region possibly as early as 33,000–31,000 years ago." (Abstract)
"Modelled output estimates the start of SC-C as being before the LGM, at 33,150–31,405 calibrated years before present (ad 1950) (cal. bp) (all ranges are given at 95.4% probability); SC-B dates to between 16,605–15,615 cal. bp and 13,705–12,200 cal. bp (close in date to the Younger Dryas, at about 12,900–11,700 years ago)." (Chronology section)
"The flaked artefacts reflect a technological tradition that was previously unknown, and remains mostly unchanged over the sequence." (Stone tool assemblage section)
"Overall, the assemblage represents a lithic industry with no evident similarities to any of the other cultural complexes of the Pleistocene or Early Holocene epochs known in the Americas." (Stone tool assemblage section)
"Stone tools and chemical residue evidence suggest that humans were present in Chiquihuite Cave, at least between the LGM terminus and the onset of the Younger Dryas. LGM and pre-LGM human presence is supported by stone flaked artefacts in SC-C, below stratum 1212." (Conclusion section)