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考古學研究的科學趣味:看骨頭說故事

骨頭的研究在體質人類學與考古學中都是很重要的,例如,法醫人類學、古人類學、生物考古學或動物考古學都是以骨骼的形態研究為主。
 
 
 
美國影集〈犯罪現場:紐約〉中,證據採集員或辨識員在實驗室裡處理無名屍,是以骨骼來蒐集被害人的身分及可能的證據。另一部〈識骨尋蹤〉影集,女主角是一位刑事檢驗專家,善於從被害人的遺骸中發現破案線索。在這二部影集中,都可見骨骼研究的重要性,也顯示體質人類學家或法醫人類學家的工作內容,且不難發現骨骼研究與我們日常生活的相關性。

骨頸的大小與形狀

骨頸的大小與形狀千變萬化。在同一個個體中,有圓形如腕骨中的新月骨與豌豆骨、長方形如頂骨、長條形如肱骨與股骨、三角形如膝蓋骨或枕骨、蝴蝶形如蝶骨、動物形象如頸椎棘突的外形很像長頸鹿的頭部、腰椎棘突的外形很像馴鹿的頭部等各式骨骼。

骨頸大小從小於1公分的豌豆骨,到大至數十公分的肱骨、橈骨、尺骨、脛骨、腓骨與股骨。而厚薄變化也可見於同一塊骨頭,其中以肩胛骨與薦椎的厚度差異最明顯,薄處小於1公分,厚處則可至數公分。

骨頭透露的訊息

同一部位的骨頭或牙齒可以傳達的訊息非常多。以長骨如上下肢骨、掌骨與指骨為例,第二骨化中心的癒合情形可以告訴我們個體的年齡,而骨頭長得直不直也可以讓我們了解該個體是否曾發生過骨折。至於骨骼表面長得好不好,則可以顯示多種疾病如貧血、骨髓炎等。

牙齒也是骨頭的一部分,只是成分稍有不同,也可以有多樣性的表達。牙齒主要分成牙冠與牙根,牙冠就是齒槽以上琺瑯質覆蓋的白色部分,牙根則是拔牙或嚴重牙周病時才會暴露出來的乳黃色部分。關於牙冠與牙根的生長,一般人或許以為牙根會先長出來或牙齒是一體成型,但其實牙齒的成型始於牙冠,而且牙冠在牙槽內的生長又分為好幾期。再者,牙齒的生長始於胚胎期而非嬰兒期,而人的一生僅有一次乳齒換成恆齒的機會。因此,從牙齒的生長情形可以了解一個人的年齡。

此外,牙齒的多樣性也使它成為分辨族群的利器之一。以牙冠為例,箕形門齒多發生於亞洲人身上,而上顎第1臼齒的Carabelli's cusp則以歐洲人居多。當然,蛀牙、牙周病、牙冠上的修補或裝飾,如婆羅州的人曾使用當地較珍貴的石頭鑲嵌於門牙上,都可以做為個人衛生、個體差異或身分地位的表現。

牙齒與骨頭除了可以表現年齡的差異以外,性別、疾病、運動或職業所留下的痕跡,也可以從骨骼的形狀來了解。而現代科技使我們也可以運用DNA的分析或骨骼的切片等技術,進一步佐證相關的證據。

在性別的差異上,如位於耳後頭骨上的乳突、眉心凸起程度、上眼眶內側與顴骨相接處的平滑度與厚度、後腦偏下方處的枕骨外側隆凸、下巴中心凸起等,都是可以用於分別男女的主要特徵。而且,上述5個特徵都是特徵愈明顯的,愈可能是男性。然而,眉心凸起、枕骨外側隆凸等特徵與肌肉的活動頻繁程度也有密切關係,活動度愈高,外表就愈粗壯。

至於疾病在形態上的表現更是繁多,還可以區分出天生與後天的疾病。以肺結核為例,病理特徵出現最頻繁的位置是在脊椎骨上,而且是首先發生於胸椎的椎體上,嚴重時,整個椎體會變得非常薄,然後整個脊幹也會隨之變形。不過,也因此這些現象只有在觀察骨骼或照X光、進行電腦掃描時,才會顯現出來。

人骨與獸骨的異同

人與其他哺乳類動物的牙齒與骨骼在各方面都非常相似。例如,二者的牙齒都有門齒、犬齒、前臼齒與臼齒,差別主要在於數目與形狀。以人與新世界猴的牙齒為例,成人有28~32顆牙(差別在每個人的智齒數不同),而新世界猴有36顆牙。在形態上,人與獼猴類似而與象科的脊齒型、牛與鹿的月齒型、豬的丘齒型、犬與貓的裂齒型等不同。

人與其他哺乳類的骨骼有數量上的差異,以尾椎為例,人的尾椎少(3~5截)而小(退化非常嚴重),貓狗或牛豬羊都有長而明顯但不同長度的尾巴。在形態上,以薦椎為例,二者都有薦椎,人因二足行走,腸骨變得較寬、較短且較厚,而蜘蛛猴一類的新世界猴,因是四足行走,骨盆腔依舊維持寬、長,而骨骼扁窄的特色。

人與其他脊椎動物在骨骼上的真正差異,或是說個別物種在骨骼上的特色,就在於骨壁的粗細。以鳥類和兩棲類與嚙齒類、人類、牛豬鹿等動物為例,鳥類等動物的骨壁非常纖細而易斷,且斷裂面非常尖銳,豬骨則骨壁非常厚重,其間的海綿質也非常緻密如排骨湯中的骨頭。人骨則介於二者之間,但又因年齡或性別而有所不同,如小孩的骨骼較大人的細薄,女性的骨骼也較男性的纖細。

人骨與獸骨的研究方向是相當一致的,舉凡形態比較、組織學、病理學、遺傳學或同位素分析都是骨學的研究課題,且又以前三者的關係較密切。

例如,一個骨幹中上端較正常狀況粗厚的肱骨,可能造成的原因是骨折、骨髓炎或長期使用肱骨而使這個區域特別發達。當然,骨折與骨髓炎並不一定百分之百會造成骨骼變形,多是未經妥善治療或大範圍感染而導致的。這一研究分析的過程就包括了形態學與病理學,而若欲了解更深入的問題,如病因與其破壞情形,就必須引入組織學與遺傳學的技術。至於醫療狀況,則可做為當時群眾生活水準的衡量標準之一。

骨骼的科學研究

如上所述,骨頭可以提供的訊息很多,可供研究的範圍很廣。基本上,從已存骨骼標本或考古遺址中出土的任何一塊骨頭,都需法醫或體質人類學家的鑑定,屬於無名階段的骨頭,首需了解的就是其所屬部位,甚而所屬物種。其次,依其部位與尺寸大小,進一步判定可能的性別、年齡與病理現象。最後,依骨骼的完整性及重要性決定是否進行古代DNA或同位素分析,保存狀況較差或可能受到汙染的骨骼不適合進行古代DNA的研究。

然而,因古代DNA或同位素分析都屬於破壞性分析,都需把骨骼磨成粉,所以分析前需仔細考慮,要分析的部位是否可以提供其他形態學等重要訊息。

早期對骨骼的研究,一般偏重於形態學的比較研究。例如,1980年代以前的化石研究,就以比較牙齒與骨骼形狀的不同,決定其物種及該物種的原始或演化程度。像以骨骼形態的差異,我們得以知道亞洲出現的北京人或山頂洞人比歐洲出現的尼安德塔人或克羅馬儂人早而原始。

晚近以來,因為科學技術的長足發展,愈來愈重視遺傳學與同位素分析。以古代DNA的研究為例,最有名的應屬尼安德塔人的研究。目前運用尼安德塔人的DNA,已知尼安德塔人的粒線體與現代人雖不盡相同,但他們可能曾與現代人通婚;他們可能已有與現代人相似的說話能力;他們的黑色素基因可能已失去正常功能,因此他們的外形就像歐洲人,而有著白皮膚與紅頭髮。

在同位素分析方面,碳、氮、氧、鍶等同位素都可以告訴我們不同的故事。例如,在不同環境下,人骨中的鍶同位素和氧同位素會有所不同,鍶的比例會透過食物反映,氧則經由水吸收。換言之,食用不同的食物可以反映出不同的鍶同位素數值,我們從環境中飲用的水則透過氧同位素來反映。

其次,牙齒的琺瑯質可以透露一個人兒童時期的生長地點,因為它在人的一生中只會形成一次。而骨骼和象牙質可以顯示個體最近的居住地,因為它們在人的一生中不斷生長。以科潘(Copan)的Yax K'uk Mo為例,象牙質與骨骼中鍶同位素的比例顯示,其生前最後住在科潘,但琺瑯質中的鍶同位素比例卻顯示特奧蒂瓦坎(Teorihuacan)不是他的家鄉,應是來自馬雅中部的一個城市,如蒂卡爾(Tikal)或卡拉肯(Calakm)。

古代DNA研究或同位素分析也可運用在動物上。基於部分動物的移動性低,透過各遺址出現的動物骨骼,利用古代DNA的分析,就可以知道各種動物可能的起源及其遷移情形。同位素分析則可以了解這個出土動物是否為人所飼養,進而了解人類的飼養史,如最早的家畜飼養時間。

骨頭的研究在體質人類學與考古學中都是很重要的,例如,法醫人類學、古人類學、生物考古學或動物考古學都是以骨骼的形態研究為主,分子人類學、靈長類研究或墓葬分析也都必須假借骨頭。骨頭本身雖然很重要,但是陪葬品或棺槨等器物卻可以做為當時工藝技術與發展階段的指標。

骨頭的自然與文化色彩

此外,骨頭也蘊涵了濃濃的自然與文化色彩。在任何一個遺址中,文化層或灰坑中都容易見到一塊塊屬於不同部位的各物種的骨頭,說明了那個年代中的動物有哪些。而藉由這個動物相的表現,不難了解當時的整個生態環境。

從同一物種的獸骨年齡比例,可以推測當時人群是否以狩獵為生,或是已開始飼養野生動物做為生活中肉食的主要來源。

骨頭的特殊埋葬方式,如人骨的葬姿與方向,甚至火葬,可看出當時人群的習俗。少部分墓葬呈現的特殊現象,如五間厝遺址的無頭人骨,或三抱竹遺址的人骨在胸腔中穿插一個大鏃頭,則說明了個人衝擊或小型戰爭的存在。

南關里、烏山頭等遺址完整狗骨的出現,或許可以推測當時人與狗已有密切的合作關係。配合民族誌資料,得以確認拔牙(側門齒或犬齒)一類的習俗也存在於古代社會。最後,骨器的利用可以使我們了解當時人群使用哪些工具,並做為認識史前人們生業型態的一個指標。換句話說,我們能以小看大,從骨頭的出現看到一個社會的人口組成、健康狀況、族群關係、風俗習慣、社會認知與生活環境。

一般人可能對人骨有很大的忌諱,對食用的家畜或家禽都不會花太多的心思,其實,骨骼本身可以告訴我們許多故事。
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