Technologische und funktionale Analyse von 80

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 16270 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Vollständig geformte, morphologisch standardisierte Knochenwerkzeuge gelten allgemein als zuverlässige Indikatoren für die Entstehung modernen Verhaltens. Wir berichten über die Entdeckung von 23 doppelt abgeschrägten Knochenwerkzeugen aus etwa 80.000–60.000 Jahre alten archäologischen Schichten in der Sibudu-Höhle in KwaZulu-Natal, Südafrika. Wir analysierten die Textur der Gebrauchsspuren an den archäologischen Knochenwerkzeugen und an Nachbildungen von Knochenwerkzeugen, die experimentell zum Entrinden von Bäumen, zur Verarbeitung von Kaninchenfellen mit und ohne Ockermischung, zum Graben in Sedimenten innerhalb und außerhalb einer Höhle sowie an ethnografischen Artefakten verwendet wurden. Das Entrinden von Bäumen und das Graben in humusreichen Böden führen zu Abnutzungsmustern, die denen der meisten Sibudu-Werkzeuge sehr ähnlich sind. Dieser Werkzeugtyp ist mit drei verschiedenen Kulturtraditionen der Mittelsteinzeit in Sibudu verbunden, die sich über 20.000 Jahre erstrecken, an zeitgenössischen Standorten fehlen sie jedoch. Unsere Ergebnisse stützen ein Szenario, in dem einige frühneuzeitliche menschliche Gruppen im südlichen Afrika spezifische, hochstandardisierte kulturelle Merkmale entwickelten und lokal beibehielten, während sie andere auf subkontinentaler Ebene teilten. Wir zeigen, dass Technologie- und Texturanalysen wirksame Mittel sind, um auf vergangene Verhaltensweisen zu schließen und die Bedeutung prähistorischer kultureller Innovationen zu bewerten.

Mitglieder unserer Abstammungslinie nutzen seit mindestens 2 Millionen Jahren (Myr)1,2,3,4,5,6 Knochen, um mit ihrer Umgebung zu interagieren. Diese ersten Knochenwerkzeuge bestanden aus unveränderten oder minimal geformten verwitterten Knochenfragmenten und Hornkernen, die als Grabgeräte verwendet wurden. Erst vor 1,8 Mio. Jahren wurden große Knochenfragmente durch Schlagen verändert, der Technik, die zur Herstellung von Werkzeugen aus Steinsplittern verwendet wird7,8, und vor 1,4 Mio. wurden durch Schlagen Knochenbifaces geformt, die ihren zeitgenössischen Gegenstücken aus Acheuléen-Stein ähnelten9,10,11. Unmodifizierte oder geringfügig modifizierte Knochenwerkzeuge blieben bis vor relativ kurzer Zeit Teil des technologischen Repertoires prähistorischer Menschen in Afrika und Eurasien, z. B. 12,13,14,15,16,17,18,19,20. Es wurde vermutet, dass einige dieser Werkzeuge trotz ihres geringen Modifikationsgrads für bestimmte Funktionen verwendet wurden14,21,22. Eine relevante, damit verbundene Frage ist, wann Knochenwerkzeuge aufkamen, die ausschließlich mit Techniken bearbeitet wurden, die der Formung von Knochenmaterial angepasst waren, wie Schleifen, Schaben, Rillen und Fugenhobeln. Die Anwendung dieser Techniken auf Knochen, Geweih und Elfenbein ermöglicht es dem Hersteller, die endgültige Form und Größe des Werkzeugs mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu bestimmen. Eine hochentwickelte Knochentechnologie, die zur Herstellung vollständig geformter Knochenartefakte führte, die oft als formelle Knochenwerkzeuge bezeichnet werden23,24, galt bis zum Beginn dieses Jahrhunderts als eine Innovation anatomisch moderner Menschen, die vor etwa 40.000 Jahren die europäischen Gebiete kolonisierten (ca)25,26 ,27. In den letzten zwei Jahrzehnten durchgeführte Forschungen haben Fälle formaler Knochenwerkzeuge im Nordwesten, in Zentral- und im südlichen Afrika an Standorten entdeckt, die von MIS5 (~ 120 ka) bis MIS2 (~ 20 ka) in der Mittelsteinzeit (MSA) und im frühen Spätstein datiert sind Alter (ELSA).

In Nordwestafrika gelten Objekte, die als erste formale Knochenwerkzeuge gelten, aus modifizierten Rippenfragmenten, die als Glätteisen, also Werkzeuge zur Verarbeitung von Häuten, interpretiert werden. Sie wurden in der Aterian MSA bei El Mnasra, Schichten 5 und 6 aus dem Jahr ca. gefunden. 107 ka28 und Contrebandiers Cave, Sektor IV, Schicht 2, datiert ca. 95 ka22. In der Contrebandiers-Höhle stammen modifizierte Fragmente, die als formelle und zweckmäßige Knochenwerkzeuge interpretiert werden, aus Schichten, die bis zu 120 ka22 alt sind. Weitere in Längsrichtung gespaltene und teilweise durch Schaben und Schleifen verdünnte Rippenfragmente wurden ebenfalls in El Mnasra, Schicht 5, gefunden und als Jagdgeräte interpretiert29. In Dar es-Soltan 1 wurde die Einheit G3-v auf das Jahr ca. datiert. 90 ka wurde eine modifizierte Rippe als „messerartiges“ Werkzeug interpretiert30.

In Zentralafrika wurden einseitige Stachelspitzen und Vorformen an drei MSA-Standorten entlang des Oberen Semliki-Flusses bei Katanda (Kt) 2, 9 und 16 gefunden. Kt9-Sedimente ergaben ursprünglich optisch stimulierte Lumineszenz (OSL) im Alter von ca. 90 ka31,32. Neuere Datierungsversuche lieferten konsistente, wenn auch verstreute Ergebnisse mit einem Alter von mehr als 60–70 Jahren und sicherlich nicht jünger als 50 Jahren33. Die Stachelspitzen wurden aus großen Säugetierrippen und langen Knochendiaphysen hergestellt, die durch Schleifen, Einschneiden, Einkerben und Schaben geformt wurden34,35.

Im südlichen Afrika wurden drei Knochenwerkzeuge in der Höhle Broken Hill (Kabwe) in der Republik Sambia gefunden und als eine Projektilspitze und zwei „Rillen“ interpretiert36. Die Lagerstätte wird auf der Grundlage der zugehörigen Fauna- und Steinansammlungen schätzungsweise dem späten Mittelpleistozän zuzuordnen. Die „Rillen“ wurden durch geringfügiges Schaben verändert. Den Autoren zufolge erforderte die endgültige Formgebung der einzelnen Spitze ein Polieren, was zur Verwischung von Spuren führte, die in den ersten Herstellungsphasen entstanden waren36. Ein möglicher Knochenpunkt wird aus einer MSA-Schicht in der Mumbwa-Höhle, ebenfalls in Sambia, gemeldet37, siehe jedoch38. In Namibia wurden zwei Kerbrippen in den Still Bay (SB)-Schichten der Apollo 11-Höhle39 gefunden. Drei gekerbte Stücke aus den Schichten von Howiesons Poort (HP) am Klasies River, Südafrika, werden als Werkzeuge zur Bearbeitung von Häuten oder zur Verarbeitung stärkehaltiger Pflanzen interpretiert40,41. Eine längliche Knochenspitze, die durch Schaben bearbeitet wurde und morphologisch denen ähnelt, die in der ELSA und der späteren Steinzeit (LSA) gefunden wurden, stammt aus einer frühen HP-Schicht am Klasies River40,42,43. Das distale Fragment einer wahrscheinlich durch Schaben geformten Projektilspitze wurde sicher einer SB-Schicht in Peers Cave, Südafrika, zugeordnet40,44.

Drei Stätten in Südafrika, nämlich Border Cave, Blombos Cave und Sibudu Cave, zeichnen sich durch den Reichtum und die Vielfalt ihrer Knochenwerkzeugsammlungen aus. In der Border Cave in KwaZulu-Natal stammen gekerbte Knochen und Ahlen aus gespaltenen, durch Schaben und Schleifen bearbeiteten Suid-Stoßzähnen aus Schichten, die zwischen 60 und 45 ka liegen. Jagdwaffenspitzen aus Knochen, eine Speerspitze aus Suid-Stoßzähnen, Ahlen und eine gekerbte Pavianfibel, die als Zählgerät gedeutet wird45, stammen aus Schichten aus der Zeit 44–40 ka46. In der Blombos-Höhle haben SB-Schichten, die auf 75–70 ka datiert sind, durch Schaben und Polieren geformte Knochenspeerspitzen, durch Schaben hergestellte Zackenspitzen und dünne Ahlen aus Säugetier- und Vogelknochen hervorgebracht, die durch Schaben und Schleifen umgewandelt wurden40,47. Eine einzelne robuste Spitze, teilweise durch Schleifen eines verwitterten Knochens geformt, stammt aus der DUN-Schicht, die über den SB-Schichten40 liegt und auf 67,8 ka48 datiert ist.

Die Sibudu-Höhle ist die einzige afrikanische Stätte, die in einer stratigraphischen Abfolge aus dem Jahr ca. 400 v. Chr. Knochenwerkzeuge hervorgebracht hat. 80–38 ka, einschließlich Pre-Still Bay (PSB: ~ 80–72 ka), SB (~ 70 ka), HP (65–61 ka), Post-HP (PHP: 59–57 ka) und Final MSA ( FMSA: 49–38 ka) Schichten49,50. Aus den PSB- und HP-Schichten wurden zwei durch Schaben geformte keilförmige Werkzeuge geborgen. Ahlen und ein einzelner Punkt sind auf die HP-Ebenen beschränkt. Aus HP- und PHP-Schichten stammen Pièces esquillées (durch Schaben geringfügig veränderte und durch Schleifen umgeformte Knochenfragmente, die als Spaltwerkzeuge verwendet werden), Knochensplitter mit Gebrauchsspuren, Glätteisen und Druckflocken (längliche Knochenfragmente, die zum Retuschieren von Steinwerkzeugen durch Druck verwendet werden). . Im HP- bzw. FMSA-Kontext wurden zwei Pins gefunden. Einige gekerbte Teile finden sich in PSB-, HP- und PHP-Schichten44,46,51. Es wurde vermutet, dass die Größe der Knochenspitze aus einer HP-Schicht in Sibudu mit ihrer Verwendung als Pfeilspitze übereinstimmt44, eine Hypothese, die durch Mikrofokus-Computertomographie (µCT)-Analyse dieses Objekts und ähnlicher experimentell hergestellter und verwendeter Knochen gestützt wird Pfeilspitzen52. Die histologische Analyse von Sibudu-Knochenwerkzeugen und Schaftfragmenten mittels µCT-Scans legt nahe, dass bei ihrer Herstellung Perissodactyl-, Artiodactyl- und in geringerem Maße Gliedmaßenknochen von Primaten und Fleischfressern verwendet wurden53.

Hier präsentieren wir die Ergebnisse technologischer und funktioneller Analysen, die an einer umfangreichen Sammlung doppelt abgeschrägter Knochenwerkzeuge durchgeführt wurden, die in PSB-, SB- und HP-Schichten der Sibudu-Höhle gefunden wurden (Abb. 1). Ihre Anzahl ermöglicht eine detaillierte Dokumentation ihres Herstellungsprozesses und ihrer morphologischen Variabilität sowie die Untersuchung ihrer Funktion(en). Mit Ausnahme der Stachelspitzen aus Katanda, deren Alter noch unklar ist, und der modifizierten Rippen aus Nordwestafrika stellen diese Objekte eines der frühesten gut datierten Beispiele hochstandardisierter Knochenwerkzeuge dar, die im Gegensatz zu den anderen kurzlebigen Vorkommen repräsentieren eine regionale Technologietradition, die mindestens 20.000 Jahre andauerte.

Standort und Stratigraphie. Lage (Stern auf der Karte) und Stratigraphie der Sibudu-Höhlenstätte. Die hier gemeldeten Knochenwerkzeuge stammen aus Schichten, die den Technokomplexen vor Still Bay (PSB), Still Bay (SB) und Howiesons Poort (HP) zugeschrieben werden (siehe Tabelle 1). Karteneinfügung erstellt von LD unter Verwendung von QGIS v. 2.14.3-Essen (Free Software Foundation, Inc., Boston – https://download.qgis.org/downloads/) unter Verwendung kostenloser Vektoren und Raster von Natural Earth (naturalearthdata.com) .

Archäologen haben traditionell die Funktion von Knochenwerkzeugen durch vergleichende mikroskopische Analyse der Gebrauchsspuren an archäologischen Artefakten und experimentell verwendeten Werkzeugen abgeleitet54,55,56,57,58. Erst kürzlich wurden Versuche unternommen, aus der quantitativen Texturanalyse genutzter Knochenoberflächen Rückschlüsse auf die Funktion zu ziehen59,60,61. Experimentelle Arbeiten zeigen, dass dieser Ansatz signifikante Unterschiede zwischen Knochenoberflächen identifizieren kann, die unterschiedlichen Verschleißprozessen ausgesetzt sind61. Die Anwendung dieses Ansatzes auf zweckmäßige Knochenwerkzeuge, die von späten Neandertalern verwendet wurden, zeigte seine Relevanz für die Unterscheidung zwischen natürlichem und anthropogenem Gebrauchsverschleiß62. Andere Forschungsarbeiten haben die Anwendung von Rauheitsparametern zur Unterscheidung von Verwitterungsstadien untersucht, die an Rippen von Säugetieren, Fischen und Straußenvögeln aufgezeichnet wurden63. Die vorliegende Studie stellt den ersten Versuch dar, die Funktion einiger der frühesten formalen Knochenwerkzeuge durch die Anwendung der Texturanalyse auf archäologische Exemplare, Repliken der archäologischen Werkzeuge, die experimentell für verschiedene Aufgaben verwendet wurden, und ethnografische Artefakte abzuleiten. Unsere Ergebnisse stützen ein Szenario, in dem bereits vor 80.000 Jahren moderne menschliche Bevölkerungsgruppen, die mit bestimmten Regionen verbunden waren, hochgradig normative technische Innovationen für die Herstellung und Verwendung formaler Knochenwerkzeuge entwickelten und lokal pflegten.

Die 23 abgeschrägten Artefakte stammen aus 15 archäologischen Schichten, die drei der fünf wichtigsten MSA-Kulturhorizonte zugeordnet werden, die in der Sibudu-Höhle identifiziert wurden (Abb. 2; Tabelle 1). Sechzehn stammen aus PSB-Schichten, vier aus SB-Schichten und drei aus HP-Schichten. Dieses Beispiel umfasst vier von Backwell et al.44 und d'Errico et al.46 beschriebene Werkzeuge, die jedoch zuvor keiner Texturanalyse unterzogen wurden.

Doppelt abgeschrägte Knochenwerkzeuge von Sibudu. Die Werkzeuge wurden in den Schichten Howiesons Poort (a–c), Still Bay (d–g) und vor Still Bay (h–w) gefunden. Siehe Tabelle 1 für kontextbezogene Informationen, Tabelle S1–S4 für zooarchäologische, morphometrische, taphonomische, technologische, Gebrauchsverschleiß- und Spitzenmorphometriedaten. Maßstab = 1 cm. Fotografien von Fd'E.

Alle Artefakte sind zerbrochen und fragmentiert, keines von ihnen behält seinen proximalen Teil und die meisten weisen Längsfrakturen auf (Abb. 2; Ergänzungstabelle S1). Bei 18 Exemplaren ist jedoch ein Teil oder die gesamte Originalfase erhalten, und fünf werden aufgrund ihrer allgemeinen Form und Herstellungsspuren dieser Werkzeugkategorie zugeordnet. Ein Drittel der Objekte weisen Hinweise auf Erhitzung auf, wahrscheinlich aufgrund ihrer zufälligen Nähe zu Feuerstellen oder ihrer Einbeziehung in Feuerstellen. Auf der Hälfte der Proben sind dünne Schichten von Mangan- und Calcitablagerungen zu erkennen. Zwei Werkzeuge weisen Hinweise darauf auf, dass sie von Insekten, möglicherweise Termiten, angenagt wurden64,65. Die Oberflächen, die nicht von Brüchen und nichtmenschlichen Veränderungen betroffen sind, sind außergewöhnlich gut erhalten und ermöglichen die Untersuchung und Dokumentation anthropogener Veränderungen.

Abgesehen von einem einzigen Exemplar, das aus dem Unterkiefer eines sehr großen Säugetiers hergestellt wurde (Abb. 2C), wurden die doppelt abgeschrägten Werkzeuge aus Sibudu alle aus Stücken von Gliedmaßenknochen hergestellt. Für keines der Knochenwerkzeuge konnte das Taxon bestimmt werden. Archäozoologische Analysen, die Bewertung der kompakten Knochendicke und die Untersuchung anthropogener Veränderungen deuten jedoch darauf hin, dass die länglichen robusten Schaftfragmente (kompakte Knochendicke im Durchschnitt 8,44 mm, SD: 2,58 mm) hauptsächlich von mittelgroßen, großen und sehr großen Säugetieren stammen (Ergänzungstabelle). S2) und wurden durch Schaben geformt, um ihre Seitenkanten zu begradigen und abzuflachen (Abb. 3A – B; Ergänzungstabelle S3). An den flachen und seitlichen Seiten einiger Objekte sind Spuren heftigen Einstechens zu erkennen (Abb. 2d, i, j, v, 3c–e). Ein Ende wurde durch Schleifen oder Schaben so geformt, dass eine doppelt abgeschrägte, abgerundete Kante entstand (Abb. 3f), die im seitlichen Abschnitt spitzbogig war (Abb. 4). Im Durchschnitt treffen die sich verjüngenden Flächen in einem Winkel von 55,2° aufeinander (SD: 9,9°; Ergänzungstabelle S4). Mit Ausnahme von drei Exemplaren, die makellose Herstellungsspuren und kaum oder gar keine Gebrauchsspuren an den Abschrägungen oder der breiten Kante aufwiesen (Abb. 2d, p, u), wurden durch die Verwendung des abgeschrägten Endes Herstellungsspuren geglättet und bei den meisten Exemplaren vollständig gelöscht Dadurch entsteht eine hochglanzpolierte, streifenfreie Oberfläche, die sich oft über die gesamten beiden flachen Flächen erstreckt (Abb. 3g–h). Stark abgenutzte, abgeschrägte Kanten an sieben Objekten weisen Mikroentfernungsnarben auf, die durch Abnutzung poliert wurden (Abb. 3i), was auf Schäden hinweist, die während des Gebrauchs entstanden sind. Die morphometrische Variation bei vollständig doppelt abgeschrägten Werkzeugen zeigt Werte zwischen 7 und 24 mm Breite und zwischen 5 und 11 mm Dicke, wobei einige gebrochene Werkzeuge ursprünglich eine Dicke von bis zu 14 mm aufwiesen (Ergänzungstabelle S2). Dies zeigt, dass die Einwohner von Sibudu robuste Knochenschaftfragmente von Gliedmaßen auswählten, um Werkzeuge unterschiedlicher Größe, aber mit einer sehr einheitlichen Morphologie herzustellen (Abb. 4).

Herstellungs- und Gebrauchsspuren. Die Herstellung der doppelt abgeschrägten Knochenwerkzeuge aus Sibudu erforderte das Schaben der Seitenkanten (a–b), das kräftige Ausstechen der flachen und seitlichen Seiten des Objekts (c–e) und das Formen der Spitze durch Schaben (f–g). Der Verschleiß tritt in Form von Politur auf, die sich über die flache Fläche der Abschrägung erstreckt (g–h), sowie in Form von Mikroentfernungsnarben mit polierten Kanten (i). Skalen: (b) = 1 mm; (a,c–d,f–i) = 5 mm; (e) = 1 cm. Fotografien von Fd'E.

Rekonstruktion der Planar- und Seitenprofile der am besten erhaltenen doppelt abgeschrägten Knochenwerkzeuge aus Sibudu. Die Profilrekonstruktion (dicker schwarzer Umriss) basiert auf vollständigen oder nahezu vollständigen Exemplaren, die in den Schichten Howiesons Poort (a–c), Still Bay (e–f) und vor Still Bay (i,l,p,u) gefunden wurden. Grau schattierte Bereiche zeigen den erhaltenen Teil der Werkzeuge an. Die Buchstaben entsprechen denen in Abb. 2, wo Fotos der archäologischen Objekte dargestellt sind. Maßstab: = 1 cm.

Die Auswertung der gewonnenen Daten aus den sechs zur Analyse der Oberflächentextur verwendeten Parametern zeigt erhebliche Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen experimentellen, ethnografischen sowie getragenen und ungetragenen archäologischen Werkzeugen (Abb. 5). Drei Parameter, Ymax, Sq und AsFc, bewerten die Textur als Ganzes, während Spc, Smr1 und Sal sich auf Aspekte der Oberflächentextur wie Spitzen konzentrieren (Abb. 6; ergänzende Abb. S1). Ersteres, das in einfachen Worten die gesamte Oberflächenkomplexität (Ymax), die Oberflächenhomogenität um die mittlere Höhe (Sq) und die Oberflächenhomogenität auf verschiedenen Skalen (AsFc) berücksichtigt, zeigt ähnliche Trends. Erstens weisen abgenutzte und ungetragene archäologische Exemplare deutlich unterschiedliche Bereiche auf, die mit mikroskopischen Beobachtungen übereinstimmen, was darauf hindeutet, dass niedrigere Werte auf die Glättung der Herstellungsspuren während der Werkzeugnutzung zurückzuführen sind. Zweitens weisen unbenutzte experimentelle Werkzeuge vergleichbare Rauheitswerte für Ymax, Sq und AsFc auf, was darauf hindeutet, dass die Anfangszustände der Arbeitskanten unabhängig von der Struktur des Gliedmaßenknochens gleich waren. Drittens weisen alle experimentell verwendeten Werkzeuge höhere Rauheitswerte auf als im unbenutzten Zustand. Viertens erzeugen Werkzeuge, die zum Entrinden von Bäumen und zum Bearbeiten eines Kaninchenfells ohne ein abrasives Produkt wie Ocker verwendet werden, die geringste strukturelle Komplexität. Ein höheres Maß an Variabilität ist bei den Abnutzungsmustern zu beobachten, die durch die Verarbeitung eines mit einer Mischung aus Ockerpulver und Fett gegerbten Kaninchenfells entstehen, sowie bei ethnografischen Knochenwerkzeugen, die zum Entrinden von Bäumen verwendet werden. Werkzeuge zum Graben im Sediment weisen unter allen experimentellen und ethnografischen Werkzeugen die höchsten Werte auf. Die mit dem Gerät zum Graben in trockenem Sediment am Schutthang der Border Cave aufgezeichneten Werte sind durchweg höher als die mit dem Gerät zum Graben in humusreichem Boden abseits der Höhle aufgezeichneten Werte. Der Variationsbereich der auf archäologischen Werkzeugen aufgezeichneten Textur ist größer als der, der für alle experimentellen und ethnografischen Aktivitäten berechnet wurde. Es ist keine Überschneidung zwischen der Abnutzung von archäologischen Werkzeugen und der von experimentellen Werkzeugen zu beobachten, die zur Entrindung von Bäumen und zur Verarbeitung von Kaninchenhaut ohne ockerfarbenes Schleifpulver verwendet werden. Zwischen einem und drei archäologischen Werkzeugen aus sieben Ausstellungsvarianten sind mit der Gebrauchsspur kompatibel, die beim experimentellen Ausheben von humusreichem Boden oder bei der Verarbeitung von Kaninchenhaut mit der Ocker- und Fettverbindung sowie beim Entrinden von Bäumen entsteht, wie ethnographisch erfasst. Für jeden Parameter liegen zwei bis drei archäologische Abnutzungsmuster außerhalb des für bekannte Aktivitäten aufgezeichneten Bereichs.

3D-Renderings ausgewählter Bereiche, analysiert mittels Texturanalyse. Vergleich von 3D-Renderings von ungenutzten (a) und gebrauchten (b–i) Werkzeugen, wobei Unterschiede in der Abnutzungsentwicklung und -intensität hervorgehoben werden, die sich aus der Verwendung von Knochenwerkzeugen bei verschiedenen Aktivitäten ergeben, z. B. Graben in trockenem Sediment (b) im Vergleich zu humusreichem Boden 20 Min. (c), Kaninchenhaut ohne (d) und mit (e) Ocker für 20 Min. verarbeiten und Eichen (f) über einen längeren Zeitraum entrinden. Experimentelle (b–e), ethnografische (f) und archäologische Exemplare, die in den Schichten BS9 und BS14 vor Still Bay (siehe Abb. 2s, w) (g,i) und in der Howiesons-Poort-Schicht PGS3 (siehe Abb. 2c) gefunden wurden ) (H).

Texturanalyse. Boxplots, die die Variabilität der Texturparameter Ymax (a), Sq (b), AsFc (c), Spc (d), Smr1 (e) und Sal (f) bei experimentellen, doppelt abgeschrägten Werkzeugen veranschaulichen, von links nach rechts, bei der Entrindung südafrikanischer Bäume, beim Graben in trockenen Sedimenten und humusreichen Böden und bei der Verarbeitung von Kaninchenhaut mit/ohne Ocker sowie an ethnografischen Entrindungsgeräten sowie an ungetragenen und abgenutzten archäologischen Exemplaren, die am Standort Sibudu gefunden wurden. Vertikale gestrichelte Linien trennen die Werkzeuge, die für verschiedene Baumarten, Sedimentarten und das Vorhandensein/Fehlen einer Ockermischung zur Verarbeitung von Kaninchenfell verwendet werden. Die Zahlen auf experimentellen Werkzeugen geben die Nutzungsdauer in Minuten an. Horizontale Farbbänder verdeutlichen den Variabilitätsbereich bei 1σ für jede experimentelle Funktion (Entrindung in Gelb, Graben im Sediment in Grau, Verarbeitung von Fell in Rot) nach 20-minütiger Verwendung. Gemischte Farben weisen auf Überschneidungen zwischen Bereichen hin. BC = Grenzhöhle.

Die Parameter, die für die Schärfe der Peaks, Spc, und den Anteil des über der Kernoberfläche vorhandenen Peakmaterials, Smr1, verantwortlich sind (Abb. 6; ergänzende Abb. S1), zeigen einen deutlichen Unterschied zwischen dem an archäologischen Proben vorhandenen und dem erzeugten Verschleiß durch Abkratzen der mit einer Ockermischung bedeckten Haut. Sie zeigen eine Übereinstimmung zwischen einigen archäologischen Abnutzungsmustern und denen, die experimentell beim Graben von humusreichem Boden erzeugt werden, sowie denen, die bei ethnografischen Entrindungsmaschinen beobachtet werden. Smr1 identifiziert ein archäologisches Werkzeug mit einem Abnutzungsmuster, das außerhalb der experimentellen und ethnografischen Bereiche liegt. Der letzte Parameter, Sal, misst den horizontalen Abstand in der Richtung, in der die Autokorrelation zwischen Steigung und Abstand am schnellsten abnimmt. Dieser Parameter verdeutlicht erhebliche Überschneidungen zwischen archäologischen, ethnografischen und experimentellen Abnutzungsmustern.

Eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) basierend auf den sechs Strukturparametern (Abb. 7) zeigt, dass sich die meisten archäologischen Gebrauchs- und Abnutzungsmuster mit denen überschneiden, die an den ethnografischen Entrindungsmaschinen und an den experimentellen Werkzeugen zur Verarbeitung von Haut mit einer Ockermischung gemessen wurden. und diejenigen, die zum Graben in humusreichem Boden verwendet wurden. Die experimentell erzeugten Abnutzungsmuster beim Entrinden von Bäumen, beim Behandeln der Haut ohne Ocker oder beim Graben in trockener Erde liegen außerhalb der konvexen Hülle, die die archäologische Variabilität umfasst. Einige archäologische Messungen liegen außerhalb des Variationsbereichs aller experimentellen und ethnografischen Instrumente.

Hauptkomponentenanalyse basierend auf sechs Texturparametern. Gruppenvergleich des Variationsbereichs der Strukturparameterwerte der ersten beiden Hauptkomponenten (PC1: 53,44 %; PC2: 19,89 %). Die an archäologischen Proben gemessenen Werte überschneiden sich weitgehend mit denen, die an ethnografischen Entrindungsgeräten gemessen wurden, experimentellen Werkzeugen, die zur Verarbeitung von Kaninchenhaut mit einer Ockermischung und zum Graben in humusreichem Boden verwendet werden. BC = Grenzhöhle.

Wenn experimentelle und ethnografische Texturdaten einer flexiblen Diskriminanzanalyse (FDA) unterzogen werden, ordnet das im Trainingsmodus erstellte Modell die Funktion, für die die Werkzeuge verwendet wurden, im Durchschnitt über 100 Iterationen genau zu 88,9 % zu; Im Validierungsmodus beträgt die Genauigkeit 79,8 %. Wenn die 25 besten Modelle aus 100 Iterationen berücksichtigt werden, steigt die Validierungsgenauigkeit auf 84,3 %. Dieses Ergebnis impliziert, dass, wenn die archäologischen Werkzeuge für eine der dokumentierten Funktionen verwendet würden, die 25 besten Modelle in der Lage wären, die Funktion, für die sie verwendet wurden, 17 von 20 Mal korrekt zu unterscheiden (Ergänzungstabelle S5). Die Anwendung der beiden Vorhersageansätze auf archäologische Gebrauchsspuren führt zu ähnlichen Ergebnissen: Sie identifizieren das Entrinden, wie es auf ethnografischen Werkzeugen dargestellt wird, als die wahrscheinlichste Funktion für die Sibudu-Werkzeuge mit doppelter Abschrägung (Ergänzungstabelle S6). In vier Fällen wurden möglicherweise Werkzeuge zum Graben in humusreichem Boden oder für beide Tätigkeiten verwendet. Diese vorhergesagten Funktionen scheinen in den drei Kulturhorizonten (PSB, SB, HP), in denen die archäologischen Knochenwerkzeuge gefunden wurden, trotz ihrer unterschiedlichen Größe ähnlich umgesetzt worden zu sein.

Die in Sibudu in Schichten aus der Zeit zwischen ca. 80 und 60.000 Jahren entdeckten doppelt abgeschrägten Knochenwerkzeuge gehören zu den frühesten bekannten formalen Knochenwerkzeugen. Textur- und Diskriminanzanalysen deuten darauf hin, dass die meisten Werkzeuge wahrscheinlich bei Entrindungsaktivitäten verwendet wurden, die zu Gebrauchsspuren führten, die mit unserer ethnografischen Stichprobe vergleichbar sind, und möglicherweise zum Graben in humusreichem Boden, wahrscheinlich zum Extrahieren von Wurzeln, Seggen oder unterirdischen Speicherorganen. Interessanterweise ist die Funktion der doppelt abgeschrägten Sibudu-Werkzeuge nicht mit Jagd- oder Fellverarbeitungsaktivitäten verbunden, mit denen traditionell die Herstellung der ersten dokumentierten formalen Knochenwerkzeuge, z. B. Projektilspitzen, Widerhakenspitzen, Glätteisen usw., in Verbindung gebracht wurde , sondern eher häusliche Subsistenzstrategien, die sich der Ausbeutung pflanzlicher Ressourcen widmen. Die Gewinnung unterirdischer Pflanzenressourcen, bei der das Werkzeug sowohl mit dem Boden als auch mit Pflanzenmaterial in Berührung kommt, kann die Ursache für Nutzungs- und Abnutzungsmuster mit überlappenden Wertebereichen für die aufgezeichneten Strukturparameter sein. Rinde von 174 Baumarten wird derzeit in KwaZulu-Natal medizinisch verwendet66. Viele dieser Arten wurden in der Sibudu-Holzkohle67,68 identifiziert, so dass sie möglicherweise auch als Brennholz verwendet wurden. Ein beliebtes medizinisches Taxon, Cryptocarya woodii, wurde auf Sibudu-Seggenbetten gefunden, die vermutlich als Insektenschutzmittel verwendet wurden69, und die giftige Rinde und das Holz der Spirostachys africana70 wurden möglicherweise in Sibudu verbrannt, um insektiziden Rauch zu erzeugen68. San-Jäger und -Sammler verwenden Rinde verschiedener Arten zur Herstellung von Fasern, die wiederum für Bauarbeiten, zum Binden von Werkzeugen oder zur Herstellung von Schlingen verwendet werden. Einige Wurzeln werden ausgegraben und abgekratzt oder geschnitten, um traditionelle Leime und Klebstoffe herzustellen71. Das Herausziehen und Bearbeiten von Wurzeln auf diese Weise könnte erdabkratzende Spuren und Spuren erzeugen, die das Entfernen von Rinde nachahmen. Die Unterschiede zwischen den Rauheitswerten, die für den Gebrauchsverschleiß bei experimentellen und ethnografischen Entrindungsmaschinen aufgezeichnet wurden, könnten entweder auf Unterschiede in der Nutzungsdauer der Werkzeuge oder auf Unterschiede in der Faserstruktur der Rinde und des Splintholzes zurückzuführen sein, auf denen die Werkzeuge verwendet wurden.

Während die Diskriminanzanalyse eine Reihe von Funktionen ausschließt, z. B. die Hautverarbeitung mit oder ohne Ocker, das Graben in trockenem Sediment und die Entrindung einiger Baumarten, legt die PCA nahe, dass einige Sibudu-Keile für Aktivitäten verwendet wurden, für die wir noch keine ethnografischen Daten haben oder experimentelle Korrelate. Dies steht im Einklang mit der geringen Größe von ein oder zwei Werkzeugen, die für Entrindungs- oder Grabarbeiten zu klein erscheinen. Eine zusätzliche Charakterisierung der Texturparameter experimenteller und ethnografischer Knochenwerkzeuge muss durchgeführt werden, um die Funktionen zu identifizieren, für die einige dieser Werkzeuge verwendet wurden. Die Ausweitung dieser Forschungsstrategie auf andere Knochenwerkzeuge, die im MSA und im europäischen Mittelpaläolithikum identifiziert wurden und für die eine Funktion vorgeschlagen wurde, z. B. 21, 22, 30, ist notwendig, um frühere Interpretationen zu stärken oder Alternativen oder ergänzende Funktionen zu identifizieren.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass, obwohl viele dieser Werkzeuge offenbar für denselben Zweck verwendet wurden, ein doppelt abgeschrägtes Ende auch für Funktionen gesucht wurde, die wir derzeit nicht identifizieren können. Angesichts der stratigraphischen Verteilung der untersuchten Artefakte impliziert dies auch, dass diese normative Knochenwerkzeugtradition mindestens 20 Jahrtausende lang weitergegeben und aufrechterhalten wurde und mit drei verschiedenen MSA-lithischen Technologietraditionen verbunden war, nämlich PSB, SB und HP. Abgesehen von zwei morphologisch ähnlichen Werkzeugen ungewissen Alters, die in Broken Hill, Sambia, gefunden und als „Rillungen“36 interpretiert wurden, weist keine der zahlreichen MSA-Standorte in Südafrika PSB-, SB- und HP-Schichten auf, einschließlich derjenigen, in denen gut erhaltene Faunaansammlungen vorkommen und Knochenwerkzeuge gefunden wurden, hat doppelt abgeschrägte Knochenwerkzeuge hervorgebracht, die den in dieser Studie analysierten ähneln. In den letzten drei Jahrzehnten wurden zahlreiche MSA-Standorte im südlichen Afrika mit modernen Methoden ausgegraben, was die Bergung kleinerer Gegenstände implizierte. Die meisten Sequenzen in Höhlen und Schutzräumen, die eine hervorragende Erhaltung von organischem Material und Knochenansammlungen aus neuen und alten Ausgrabungen an MSA-Standorten im südlichen Afrika belegen, wurden von Spezialisten auf der Suche nach formalen und zweckmäßigen Knochenwerkzeugen sorgfältig erneut untersucht36,37,38,39,40, 41,43,44,45,46,47,51,52,53. Obwohl alte Ausgrabungsmethoden und kuratorische Praktiken die Bergung fragmentarischer Knochenwerkzeuge beeinflusst haben könnten, haben wir jetzt eine klare Vorstellung davon, welche Arten vorhanden sein könnten und welche archäologischen Sequenzen solche Artefakte wahrscheinlich hervorgebracht haben. Angesichts dieses sich abzeichnenden Musters deuten die doppelt abgeschrägten Knochenwerkzeuge von Sibudu darauf hin, dass hinter klaren Ähnlichkeiten in der Steintechnologie und den Werkzeugtypen, die jeden südafrikanischen MSA-Technokomplex72 definieren, Unterschiede und Kontinuitätstendenzen auf regionaler Ebene in anderen Aspekten der kulturellen Anpassung bestehen. Dieses Muster unterstützt im Einklang mit neueren Forschungsergebnissen46,72,73,74,75,76,77,78,79 ein Szenario, in dem regional unterschiedliche MSA-Menschenpopulationen neben kurzlebigeren kulturellen Merkmalen lokalisierte, dauerhafte technische Innovationen entwickelten und aufrechterhielten. Schließlich zeigen unsere Ergebnisse, dass technologische und strukturelle Analysen von Knochenwerkzeugen wirksame Mittel sind, um aus diesen Artefakten auf menschliches Verhalten zu schließen. Darüber hinaus tragen sie zu unserem Verständnis darüber bei, wo, wann und zu welchem ​​Zweck Innovationen wie die Knochenwerkzeuge entstanden und sich in der Menschheitsgeschichte etablierten.

Der Standort Sibudu liegt auf einer Klippe über dem Fluss uThongathi in KwaZulu-Natal, Südafrika, etwa 15 km landeinwärts vom Indischen Ozean (Abb. 1). Die Ausgrabungen vor Ort wurden von 1998 bis 2011 von einem von uns (LW) durchgeführt. Seit 2011 werden laufende Ausgrabungen unter der Leitung von Nicholas Conard, Universität Tübingen, durchgeführt. Der Standort weist eine lange und komplexe stratigraphische Abfolge auf, die mehr als 50 MSA-Horizonte umfasst, die direkt von eisenzeitlichen Besetzungen überlagert sind; Am Standort sind keine LSA-Berufe vertreten. Von 1998 bis 2011 wurde eine Fläche von 21 m2 bis zu einer Tiefe von ~ 3 m ausgehoben. Die während dieser Ausgrabungen dokumentierte kulturelle Abfolge umfasst Technokomplexe vor Still Bay, Still Bay, Howiesons Poort, Post-Howiesons Poort, spätes MSA, letztes MSA und eisenzeitliche Technokomplexe80. Obwohl komplex, ist die Stratigraphie von Sibudu klar und gut erhalten. Geoarchäologische Analysen deuten auf eine außergewöhnliche stratigraphische Integrität mit minimaler vertikaler Vermischung zwischen den anthropogen gebildeten Schichten hin69,81. Diese Integrität lässt sich an der Erhaltung laminierter, gegliederter Phytolithen und zentimeterdicker Schichten ungestörter, karbonisierter Bettung erkennen, die sich manchmal über mehrere Meter seitlich erstrecken69. Störungen durch das jüngste Ausheben von Gruben, Tiergräben und Steinschlag konnten bei den Ausgrabungen leicht erkannt und klar abgegrenzt werden.

Sibudu zeichnet sich durch eine hervorragende organische Erhaltung aus, wobei in der gesamten Sequenz Knochen, Holzkohle, verkohlte Samen und andere Pflanzenreste zu finden sind80,82,83. Die Fauna der PSB-Schichten wird von Suids dominiert. Zu den ältesten PSB-Lagerstätten gehört auch eine Vielfalt an Kleinwild84. SB- und HP-Lagen zeigen eine hohe Häufigkeit von Blauducken (Philantomba monticola) zusammen mit Suids und kleinen bis mittelgroßen Rindern84,85. Es wird interpretiert, dass die PHP-Fauna eine offenere Umgebung mit einem Rückgang kleiner Beutetiere und einem Vorherrschen großer und sehr großer Rinder85 widerspiegelt. Rohstoffe wie Dolerit und Hornfels dominieren die lithischen Ansammlungen, obwohl Quarz und Quarzit auch zur Herstellung von Steinwerkzeugen verwendet wurden, insbesondere während der HP 80,86. Die lithischen Ansammlungen wurden detaillierten Analysen unterzogen, die diachrone Veränderungen in der Steinwerkzeugtechnologie87,88,89 und die Verwendung von Knochendruckplatten zur Formung von Steinwerkzeugen im HP und SB identifizierten46,86,88. Eine kürzlich durchgeführte chemische Charakterisierung von Rückständen auf Schleifsteinen in PSB- und SB-Schichten lässt darauf schließen, dass diese zum Mahlen von Ocker verwendet wurden90. Von 1998 bis 2011 wurden mehr als 9.200 Ockerstücke aus den MSA-Schichten geborgen91,92.

Das in der vorliegenden Studie analysierte archäologische Material wird am Evolutionary Studies Institute der University of the Witwatersrand in Johannesburg, Südafrika, kuratiert und stammt aus den Ausgrabungen, die von einem von uns (LW) in Sibudu durchgeführt wurden (Amafa-Ausgrabungsgenehmigung 007/09). . Das Faunamaterial dieser Ausgrabungen wurde systematisch auf die Suche nach Stücken analysiert, die Spuren von Veränderungen aufweisen. Dies führte zur Identifizierung einer Vielzahl von Knochenwerkzeugen aus verschiedenen archäologischen Schichten, die an anderer Stelle beschrieben wurden44,46, sowie zu unserer Stichprobe, die 23 vollständige und gebrochene Knochenwerkzeuge mit einem doppelt abgeschrägten Ende und modifizierten angrenzenden Kanten umfasste, von denen vier bereits zuvor beschrieben wurden Veröffentlichungen44,46. Unsere Probe wurde zwischen 2004 und 2011 aus PSB-, SB- und HP-Schichten gewonnen (Tabelle 1). Bei sieben Werkzeugen wurde ein ausgewählter Teil des abgenutzten Bereichs mit ausgezeichnetem Erhaltungszustand mit Coltène President Light Body Dental Elastomer (Coltène, Schweiz) geformt. Formen wurden auch in der Nähe der aktiven Kante von drei Zusatzwerkzeugen entnommen und weisen gut erhaltene Kratzspuren und kaum oder gar keine Gebrauchsspuren auf.

Dabei wurden die ethnografischen Knochenwerkzeuge untersucht, die in dieser Studie analysiert wurden, die im Musée des Civilizations de l'Europe et de la Méditerranée (MuCEM), bis 2005 als Musée National des Arts et Traditions Populaires (MNATP) in Marseille, Frankreich, kuratiert wurde Museum im März 2019. Sie bestehen aus sieben Baumrindenentfernern, die auf Pferderadien hergestellt wurden (siehe ergänzende Abbildung S2). Die Herstellung dieser Knochenwerkzeuge erforderte das Abrunden der hervorstehenden Bereiche der distalen Epiphyse, um einen ausreichenden Halt beim Arbeiten zu gewährleisten, und das Sägen der Diaphyse in einem schrägen Winkel in zwei Hälften, um eine Abschrägung zu erzeugen. In einigen Fällen wurde die Knochenhärtung durch langsames Erhitzen der Werkzeuge in warmer Asche erreicht. Bei manchen Werkzeugen wurde in der Nähe der Epiphyse eine Eisenklinge eingesetzt93. Nachdem die Rinde mit der Eisenklinge oder einem Schneidwerkzeug in Längsrichtung und dann an den beiden Enden des Längsschnitts um den Stamm herum eingeschnitten wurde, wurde der Entrinder zwischen Rinde und Splintholz – häufig bei Eichen – eingeführt, um die Rinde durch Drücken abzulösen und Keilbewegungen. Bei dieser Tätigkeit entwickelte sich eine charakteristische Politur an der abgeschrägten Stelle des Knochens, die mit der Rinde und dem Splintholz in Kontakt kam. Die in unserer Stichprobe enthaltenen Entrindungsmaschinen wurden aufgrund des hervorragenden Erhaltungszustands ihrer aktiven Fläche und der invasiven Gebrauchsspuren, die Spuren der Herstellung verwischt haben, ausgewählt. Bei vier Werkzeugen wurde der abgenutzte Bereich mit Coltène President Light Body Dental Elastomer (Coltène, Schweiz) geformt. Diese Werkzeuge wurden im 18. und 19. Jahrhundert in Umbrien, Italien und verschiedenen Regionen Frankreichs, insbesondere in der Vendée und Loir-et-Cher, verwendet und zwischen 1940 und 1950 von Jean Servais, Louis Frenet und Guy Moinet dem Museum gespendet. Die Verwendung dieses Werkzeugs in Frankreich geht jedoch auf das 8. bis 20. Jahrhundert zurück, als es durch ähnlich geformte Metallwerkzeuge ersetzt wurde93,94.

Jedes Knochenartefakt wurde mit einem Leica Wild M3C-Stereomikroskop, das mit einer Nikon CoolPix 900-Digitalkamera ausgestattet war, bei 4- bis 40-facher Vergrößerung untersucht und mit einer Canon PowerShot G7 X Mark II fotografiert. Wir haben natürliche und anthropogene Veränderungen auf der Grundlage der in der Literatur festgelegten Kriterien2,7,57,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110 erfasst. Wenn möglich, haben wir die Größenklasse der Säugetiere und den anatomischen Ursprung des Rohlings, Techniken zur Rohlingsgewinnung und -formung sowie Gebrauchs- und Nachschärfungsspuren erfasst. Für jedes Knochenartefakt wurden die Lage und das Ausmaß der bearbeiteten Bereiche sowie die Chronologie der technischen Maßnahmen erfasst. Die Identifizierung von Formgebungstechniken an archäologischen Exemplaren basiert auf experimentellen und archäologischen Daten4,7,14,57,111,112,113,114,115,116. Morphometrische Daten wurden mit digitalen Messschiebern erfasst und umfassten, wenn möglich, die maximale Länge, Breite und Dicke, die kortikale Dicke sowie die Breite und Dicke des abgeschrägten Bereichs 5, 10, 15 und 20 mm vom distalen Ende entfernt (Ergänzungstabelle). S4).

Sieben verlängerte Gliedmaßenknochenfragmente eines erwachsenen großen Rinders wurden in keilförmige Werkzeuge umgewandelt (ergänzende Abbildung S3), indem ihre Enden durch Abrieb mit einer ESCIL 300 GTL-Läpp- und Poliermaschine unter Verwendung von 800er-Papier geformt wurden. Die in den Experimenten verwendeten Knochen wurden von einem teilweise disartikulierten Elenantilopenskelett (Taurotragus oryx) auf der Farm Spion Kop 932 (28°28′03″S 27°49′05″E) in der Nähe der Stadt Senekal im Osten Frees gesammelt Staatsprovinz von Südafrika. Die Landschaft hier ist geprägt von flachen Bergen der Karoo Supergroup. Kolluviale Fächer bedecken die Ausläufer der Berge. Das Wirtsgestein der Sedimentfächer ist Schluffstein und Sandstein der Elliot-Formation. Viele der Fächer werden von Schluchten zerschnitten, und das Skelett wurde in einer dieser Schluchten in einem trockenen Flussbett gefunden. Die Knochen zeigten Verwitterungsstadium 1110 mit nur trockenem Gewebe an den Wirbeln und an den Enden der Röhrenknochen, was auf eine etwa einjährige Exposition hindeutet. Die Knochenfragmente der Gliedmaßen wurden so ausgewählt, dass sie der Dicke der meisten archäologischen Knochenwerkzeuge entsprechen. Die Stücke waren trocken, als sie geformt wurden. Die Abschrägung wurde mit einem selbstklebenden Flockpoliertuch (ESCIL, Chassieu, Frankreich) poliert, das mit einer feinen Diamantlösung bedeckt war. Die so hergestellten Oberflächen wurden mit einem optischen Mikroskop im Auflicht untersucht und das Polieren wiederholt, bis bei 40-facher Vergrößerung kaum noch Mikrostreifen erkennbar waren, also Streifen mit einer Breite von weniger als 1 µm. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Unterschiede in der ursprünglichen Oberflächentextur von Knochen die Entwicklung von Verschleiß beeinflussen61. Darüber hinaus ist die Messung der Entwicklung eines Gebrauchs-Verschleiß-Musters an experimentell verwendeten Knochenwerkzeugen, die mit prähistorischen Techniken geformt wurden, eine Herausforderung, da es schwierig ist, Messungen an exakt derselben Stelle vor und nach dem Gebrauch durchzuführen. Um diese Probleme zu lösen, zielte unser Versuchsdesign darauf ab, homogene, vergleichbare Oberflächen zu erzeugen, auf denen Modifikationen, die sich während des experimentellen Einsatzes entwickelten, präzise lokalisiert und gemessen werden konnten (ergänzende Abbildung S4). Die Texturanalyse der ungenutzten aktiven Bereiche bestätigt, dass sie durch nahezu identische Rauheitswerte gekennzeichnet waren (Abb. 6; Zusatzdaten S2). Dies zeigt, dass weder die experimentelle Formgebung noch die ursprüngliche Knochenstruktur die Rauheitsparameter vor den Experimenten beeinflussten.

Drei experimentelle abgeschrägte Werkzeuge wurden verwendet, um Rindenabschnitte von drei lebenden, endemischen südafrikanischen Bäumen zu entfernen, nämlich Harpephyllum caffrum, Lannea antiscorbutica und Mystroxylon aethiopicum. H. caffrum-Samen wurden in Sibudu in späten MSA-Schichten und M. aethiopicum-Samen und Holzkohle in der gesamten Sequenz gefunden67,82. L. antiskorbutica wird traditionell als Heilpflanze verwendet66,117,118,119,120,121. Als Grabwerkzeuge wurden zwei abgeschrägte Werkzeuge verwendet; eine im Boden am Schutthang der Grenzhöhle (KwaZulu-Natal) und die andere außerhalb der Höhle. Der Schutthangboden besteht aus feinen, sortierten, abrasiven Sedimentpartikeln122, während der Boden außen ein humusreicher Oberboden mit spärlichem Kies ist, der das Graswachstum unterstützt. Zwei weitere abgeschrägte Werkzeuge wurden verwendet, um Fett und Bindegewebe von zwei Kaninchenfellen zu entfernen. Nach der Häutung der Tiere wurden die Felle 48 Stunden lang getrocknet. Einer von ihnen wurde dann mit einem der abgeschrägten Werkzeuge abgekratzt und gereinigt. Der andere wurde mit einer Mischung aus Ockerpulver und nassem Schmalz bedeckt und weitere 24 Stunden trocknen gelassen, bevor er mit dem zweiten abgeschrägten Werkzeug abgeschabt wurde. Alle experimentellen Werkzeugspitzen wurden vor der Verwendung sowie nach 10 und 20 Minuten Verwendung mit Coltène President Light Body Dental Elastomer (Coltène, Schweiz) geformt.

Bei Bedarf wurden die Elastomerformen der abgeschrägten Oberflächen mit einem Skalpell geschnitten, um die abgenutzten Bereiche freizulegen. Die resultierenden Proben wurden mit einem konfokalen Sensofar S Neox-Mikroskop analysiert, das mit einem 50-fachen Fernobjektiv (numerische Apertur = 0,80) ausgestattet war und eine laterale Auflösung von 0,26 µm und eine vertikale Genauigkeit von 3 nm ermöglichte. Dreidimensionale Oberflächenaufnahmen wurden auf beiden abgeschrägten Oberflächen auf einer Fläche von 0,98 × 0,74 mm durchgeführt, die nahe der Arbeitskante des Werkzeugs lag, also zwischen 2 und 3 mm. Bereiche mit anatomischen Merkmalen wie Kapillaren und Postablagerungsschäden an den archäologischen Exemplaren wurden so weit wie möglich vermieden. Die Scanqualität wurde nach jeder Erfassung überprüft. Scans mit 95 % oder mehr der gemessenen Oberfläche wurden zur weiteren Analyse aufbewahrt. Weniger genaue Erfassungen wurden durch Verbesserung der Licht- und Belichtungsparameter erneut gemessen, bis 95 % der Zieloberfläche erfasst wurden.

Die Oberflächenbehandlung nach der Aufnahme erfolgte nach einem ähnlichen Verfahren wie das von Martisius et al.61 beschriebene Verfahren und wurde mit der Software Sensomap Mountains 7.4 durchgeführt. Unter Verwendung integrierter Operatoren umfasst es das Nivellieren der Oberfläche mit der Methode der kleinsten Quadrate, das Spiegeln der y- und z-Achsen, um die ursprüngliche Oberfläche aus Formen zu erhalten, das Entfernen isolierter Ausreißer und solcher um Kanten herum sowie das Auffüllen nicht gemessener Punkte durch Interpolation Nachbarn und schließlich das Entfernen der Form mithilfe eines Polynoms dritter Ordnung. Konkavitäten aufgrund des Vorhandenseins von Kapillaren und Postablagerungsschäden wurden manuell aus dem analysierten Bereich ausgeschlossen. Als Cut-off wurde ein Gaußfilter von 80 µm eingesetzt, um Welligkeit aus der Mikrotopographie zu entfernen. Die resultierende Akquisition wurde in vier identische Quadranten unterteilt. Die folgenden Rauheitsparameter (ISO 25178) wurden berechnet: quadratische Mittelwerthöhe [Sq], Autokorrelationslänge [Sal], arithmetische mittlere Spitzenkrümmung [Spc] und Obermaterialverhältnis [Smr1].

Die Fraktalanalyse bietet eine Alternative zum Maß der Rauheit. Es ermöglicht die Dokumentation und Quantifizierung unregelmäßiger Formen in mehreren Maßstäben. In der Archäologie wurde dieser Ansatz erfolgreich zur Dokumentation abgenutzter Oberflächen von Knochen- und Steinwerkzeugen sowie Zähnen eingesetzt60,123,124,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134. Die Sensomap Mountains 7.4-Software analysiert direkt die Oberfläche und quantifiziert die fraktalen Parameter [AsFc] und [Ymax], die jeweils der fraktalen Komplexität im Flächenmaßstab und dem entwickelten Grenzflächenverhältnis entsprechen, d. h. einem Parameter, der [Sdr] entspricht auf Flächen mit fehlenden Werten gemessen werden. Die fraktale Analyse erfordert keine vorherige Anwendung eines Gauß-Filters zur Entfernung von Welligkeit.

Variationen in jedem Strukturparameter wurden dokumentiert und für experimentelle, ethnografische und archäologische Exemplare verglichen. Zeitliche Trends in der Entwicklung dieser Variante wurden auch für experimentelle Knochenwerkzeuge ausgewertet.

Texturdaten (Supplementary Data S1) wurden mit den Paketen stats, mda, plyr und permute in R-CRAN135 verarbeitet. Die Hauptkomponentenanalyse wurde mit dem Statistikpaket durchgeführt. Das mda-Paket ermöglicht die Durchführung verschiedener Arten der Diskriminanzanalyse. Es wurde eine flexible Diskriminanzanalyse (FDA) durchgeführt. Diese Erweiterung der linearen Diskriminanzanalyse verwendet nichtlineare Kombinationen von Prädiktoren, z. B. Splines, und ist nützlich, um multivariate nichtnormale oder nichtlineare Beziehungen zwischen Variablen innerhalb jeder Gruppe zu modellieren136. Jeder aus den ethnografischen Objekten und den 20 Minuten lang verwendeten Versuchsproben gesammelte Texturparameter wurde in die Analyse einbezogen. Um der geringen Stichprobengröße einiger Gruppen Rechnung zu tragen, haben wir die FDA in drei Schritten durchgeführt. Zunächst wurde jede Gruppe in zwei zufällig ausgewählte Teilstichproben aufgeteilt, eine Hälfte zum Trainieren des Modells und die andere Hälfte zur Validierung des Modells. Zweitens wurden Verwirrungsmatrizen erstellt, mit denen wir die Genauigkeit des Modells sowohl für die Trainings- als auch für die Validierungsstichprobe berechnen konnten. Schließlich wurde das Modell verwendet, um vorherzusagen, zu welcher Gruppe die archäologischen Daten am wahrscheinlichsten gehören würden. Mit Plyr und Permute wurde die dreistufige FDA 100 Mal wiederholt. Anschließend wurden die Vorhersagen der 25 Modelle, die sowohl im Trainings- als auch im Validierungsmodus die höchsten Genauigkeitswerte lieferten, verglichen, um die wahrscheinlichste Funktion der archäologischen Proben zu ermitteln.

Alle Daten sind im Haupttext oder den ergänzenden Materialien verfügbar.

Die ursprüngliche Online-Version dieses Artikels wurde überarbeitet: In der Originalversion dieses Artikels wurde eine Zusatzinformationsdatei 2 weggelassen. Die Zusatzinformationsdatei 2 liegt nun dem Originalartikel bei.

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Referenzen herunterladen

Wir danken Joseba Goikolea und Morgan Collard für die Bereitstellung experimenteller Materialien. Wir danken Narjys El Alaoui, Edouard de Laubrie, Sabrina Paumier und Jean-Fabien Philippy für ihre Hilfe beim Zugang zu den ethnografischen Ausschiffern. Wir danken auch Paloma de la Peña für ihre Teilnahme an den Entrindungsexperimenten. Diese Forschung wurde von den folgenden Agenturen finanziert: NRF African Origins Platform Grant # 98824 (LB); Stipendium des DSI/NRF Centre of Excellence in Palaeosciences # UID 86073 (LB); Initiative d'Excellence IdEx, Universität Bordeaux, Talentprogramm-Stipendium Nr. 191022-001 (Fd'E, LD); Französische Regierung im Rahmen des IdEx-Programms „Investments for the Future“ / GPR „Human Past“ der Universität Bordeaux (Fd'E, AQ, WEB, LD); Forschungsrat von Norwegen, Centres of Excellence (SFF), Centre for Early Sapiens Behaviour, SapienCE-Stipendium Nr. 262618 (Fd'E); Labex LaScArBx-ANR # ANR-10-LABX-52 (Fd'E, LG, AQ, WEB, LD).

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Francesco d'Errico und Luc Doyon.

Universität Bordeaux, CNRS, MCC, PACEA, UMR5199, Gebäude B2, Allée Geoffroy Saint Hilaire, CS 50023, 33600, Pessac, Frankreich

Lila Geis, Alain Queffelec, William E. Banks und Luc Doyon

Zentrum für frühes Sapiens-Verhalten (SapienCE), Abteilung für Archäologie, Geschichte, Kulturwissenschaften und Religion, Universität Bergen, Bergen, Norwegen

Francis d'Errico

Höheres Institut für Sozialstudien (ISES-CONICET), Córdoba 191, San Miguel de Tucumán (CP4000), Tucumán, Argentinien

Lucinda R. Backwell

Zentrum für Erforschung der tiefen menschlichen Reise, Universität Witwatersrand, Private Bag 3, Wits, Johannesburg, 2050, Südafrika

Lucinda R. Backwell

Evolutionary Studies Institute, University of the Witwatersrand, Private Bag 3, Wits, Johannesburg, 2050, Südafrika

Lucinda R. Backwell und Lyn Wadley

Biodiversity Institute, University of Kansas, 1345 Jayhawk Boulevard, Lawrence, KS, 66045, USA

William E. Banks

Institut für Kulturerbe, Shandong-Universität, Jimo-Binhai Highway 72, Qingdao, 266237, China

Luc Doyon

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Ausgrabung: LW; Konzeptualisierung: F.d'E., LRB, LD; Methodik: F.d'E., AQ, LD; Untersuchung: F.d'E., LRB, LW, LG, WEB; Visualisierung: F.d'E., LG, LW, LD; Aufsicht: F.d'E., AQ, LW; Schreiben – Originalentwurf: Fd'E, LD; Schreiben – Rezension und Bearbeitung: F.d'E., LRB, LW, LG, AQ, WEB, LD

Korrespondenz mit Francesco d'Errico.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

d'Errico, F., Backwell, LR, Wadley, L. et al. Technologische und funktionelle Analyse von 80–60 ka Knochenkeile aus Sibudu (KwaZulu-Natal, Südafrika). Sci Rep 12, 16270 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20680-z

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Eingegangen: 08. Juli 2022

Angenommen: 16. September 2022

Veröffentlicht: 29. September 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20680-z

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