Mówią, że tam, gdzie jest dym, jest ogień, a naukowcy z Instytutu Nauki Weizmanna ciężko pracują, aby zbadać to twierdzenie lub przynajmniej wyjaśnić, co stanowi „dym”. W artykule opublikowanym dzisiaj w PNAS naukowcy ujawniają zaawansowaną, innowacyjną metodę, którą opracowali i wykorzystali do wykrywania niewizualnych śladów ognia sprzed co najmniej 800 000 lat – jeden z najwcześniejszych znanych dowodów na użycie ognia. Nowo opracowana technika może stanowić impuls w kierunku bardziej naukowego, opartego na danych rodzaju archeologii, ale – co być może ważniejsze – może pomóc nam lepiej zrozumieć początki ludzkiej historii, nasze najbardziej podstawowe tradycje oraz nasze eksperymentalne i innowacyjne Natura.
Przypuszcza się, że kontrolowane użycie ognia przez starożytnych hominidów – grupę obejmującą ludzi i niektórych z wymarłych członków naszej rodziny – sięga co najmniej miliona lat, czyli mniej więcej w czasie, kiedy archeolodzy uważają, że Homo habilis rozpoczął swoją przemianę w Homo erectus . To nie przypadek, ponieważ teoria robocza, zwana „hipotezą gotowania”, głosi, że użycie ognia odegrało kluczową rolę w naszej ewolucji, nie tylko w celu umożliwienia homininom utrzymania ciepła, tworzenia zaawansowanych narzędzi i odstraszania drapieżników, ale także w celu zdobycia umiejętność gotowania. Gotowanie mięsa nie tylko eliminuje patogeny, ale zwiększa efektywne trawienie białka i wartość odżywczą, torując drogę do wzrostu mózgu. Jedyny problem z tą hipotezą to brak danych: ponieważ poszukiwanie archeologicznych dowodów pirotechnologii polega przede wszystkim na wizualnej identyfikacji modyfikacji powstałych w wyniku spalania przedmiotów (głównie zmiany koloru), tradycyjnymi metodami udało się znaleźć powszechne dowody użycia ognia nie starszy niż 200 000 lat. Chociaż istnieją dowody na pożary sprzed 500 000 lat, pozostają one nieliczne, a tylko pięć stanowisk archeologicznych na całym świecie dostarcza wiarygodnych dowodów starożytnego pożaru.
„Być może właśnie znaleźliśmy szóste miejsce”, mówi dr Filipe Natalio z Wydziału Nauk o Roślinach i Środowisku Weizmanna, którego wcześniejsza współpraca z dr Ido Azuri z Wydziału Life Core Facilities Weizmanna i współpracownikami stanowiła podstawę dla tego projektu. Wspólnie zapoczątkowali zastosowanie sztucznej inteligencji i spektroskopii w archeologii, aby znaleźć oznaki kontrolowanego spalania narzędzi kamiennych sprzed 200 000 do 420 000 lat w Izraelu. Teraz do nich dołączyli doktorant Zane Stepka, dr Liora Kolska Horwitz z Hebrajskiego Uniwersytetu w Jerozolimie i prof. Michael Chazan z Uniwersytetu w Toronto w Kanadzie. Zespół podniósł stawkę, biorąc udział w „wyprawie na ryby” — zarzucając się daleko w wodę i sprawdzając, co można z powrotem wciągnąć. „Kiedy zaczynaliśmy ten projekt”, mówi Natalio, „archeolodzy, którzy analizowali znaleziska z Evron Quarry powiedział nam, że niczego nie znajdziemy. Powinniśmy byli się założyć”.
Kamieniołom Evron, położony w zachodniej Galilei, to stanowisko archeologiczne na świeżym powietrzu, które po raz pierwszy odkryto w połowie lat 70. XX wieku. Podczas serii wykopalisk, które miały miejsce w tamtym czasie i były prowadzone przez prof. najstarszych miejsc w Izraelu. Żadne ze znalezisk z miejsca lub gleby, w której zostały znalezione, nie miało żadnych wizualnych oznak ciepła: popiół i węgiel drzewny ulegają z czasem degradacji, eliminując szanse na znalezienie wizualnych dowodów spalania. Tak więc, jeśli naukowcy Weizmanna chcieli znaleźć dowody na ogień, musieli szukać dalej.
Wyprawa „na ryby” rozpoczęła się od opracowania bardziej zaawansowanego modelu AI niż wcześniej. „Przetestowaliśmy różne metody, w tym tradycyjne metody analizy danych, modelowanie uczenia maszynowego i bardziej zaawansowane modele uczenia głębokiego” — mówi Azuri, który kierował opracowywaniem modeli. „Modele głębokiego uczenia, które dominowały, miały specyficzną architekturę, która przewyższała inne i skutecznie dała nam pewność, której potrzebowaliśmy, aby dalej korzystać z tego narzędzia w kontekście archeologicznym bez wizualnych oznak użycia ognia”. Zaletą sztucznej inteligencji jest to, że może znajdować ukryte wzorce w wielu skalach. Określając skład chemiczny materiałów aż do poziomu molekularnego, dane wyjściowe modelu mogą oszacować temperaturę, do której nagrzano kamienne narzędzia, co ostatecznie dostarczy informacji o dawnych zachowaniach ludzi.
Dysponując dokładną metodą sztucznej inteligencji, zespół mógłby rozpocząć poszukiwania sygnałów molekularnych z narzędzi kamiennych używanych przez mieszkańców kamieniołomu Evron prawie milion lat temu. W tym celu zespół ocenił narażenie na ciepło 26 narzędzi krzemiennych znalezionych w tym miejscu prawie pół wieku temu. Wyniki ujawniły, że narzędzia zostały nagrzane do szerokiego zakresu temperatur – niektóre przekraczające 600°C. Ponadto, stosując inną technikę spektroskopową, przeanalizowali 87 szczątków fauny i odkryli, że kieł wymarłego słonia również wykazywał zmiany strukturalne wynikające z ogrzewania. Choć ostrożni w swoich twierdzeniach, obecność ukrytego ciepła sugeruje, że nasi starożytni przodkowie, podobnie jak sami naukowcy, byli eksperymentatorami.
Zdaniem zespołu badawczego, patrząc na archeologię z innej perspektywy, posługując się nowymi narzędziami, możemy odkryć znacznie więcej niż początkowo sądziliśmy. Opracowane przez nich metody można by zastosować, na przykład, w innych miejscach dolnego paleolitu do identyfikacji niewizualnych dowodów użycia ognia. Co więcej, ta metoda może zaoferować odnowioną perspektywę czasoprzestrzenną pochodzenia i kontrolowanego użycia ognia, pomagając nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób zachowania związane z pirotechnologią homininów ewoluowały i napędzały inne zachowania. „Szczególnie w przypadku wczesnego pożaru”, mówi Stepka, „jeśli zastosujemy tę metodę na stanowiskach archeologicznych, które mają milion lub dwa miliony lat, możemy nauczyć się czegoś nowego”.
Według wszystkich relacji wyprawa na ryby zakończyła się spektakularnym sukcesem. „To była nie tylko demonstracja eksploracji i nagradzania zdobytą wiedzą”, mówi Natalio, „ale potencjału, który tkwi w łączeniu różnych dyscyplin: Ido ma doświadczenie w chemii kwantowej, Zane jest naukowym archeologiem i Liora i Michael to prehistorycy. Pracując razem, uczyliśmy się od siebie nawzajem. Dla mnie jest to demonstracja tego, jak powinny działać badania naukowe w humanistyce i nauce”.
Badania dr Natalio są wspierane przez Centrum Badań Podstawowych Yeda-Sela.