去年九月，在南非斯瓦特山脈的陡峭懸崖上，猶他大學的古氣候學家泰勒·費思終於找到了他希望能夠解開人類學中最棘手謎團之一的東西。他的目標看起來像是從砂岩懸崖中滲出並硬化成一英尺厚的黑色琥珀的粘稠物。費思戴上防毒面具，開始工作，鋸掉了一塊70磅重的碎片；從他的鏈鋸上飛出的灰塵迅速使空氣中充滿了金黃色的霧霾。
“它會滲入你的毛孔，”費思說。“當你跳進淋浴，那東西最終重新水合時，感覺就像：想象一下人們一直在小便的最臭的巷子。太棒了。但是，是的。我現在所有的裝備都聞起來像尿液。”
這種物質是無數代類似土撥鼠的生物——蹄兔——的化石尿液，它可以作為古代氣候的絕佳記錄。蹄兔尿液像糖蜜一樣粘稠，在空氣中迅速硬化。它捕獲花粉粒和木炭，告訴科學家特定植物何時生長以及野火何時肆虐。它還儲存了指示降水和溫度的化學同位素。尿液堆或“糞便堆積層”整齊地分層，這些糞便堆積層形成於動物習慣性排洩的地方，可以被精確地進行放射性碳測年。
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費思和他的同事們正在使用這些線索來研究古代氣候變化與從中石器時代到晚期石器時代之間發生的劇烈技術飛躍之間備受爭議的聯絡，這段時期為 66,000 年到 25,000 年前：那時，我們的早期祖先開發了新的工具和文化策略，現代狩獵採集者至今仍在使用。研究人員正在使用蹄兔糞便堆積層來構建南非高解析度的區域氣候歷史，來自非洲大陸各地的學生和科學家團隊也在重新挖掘 Boomplaas 洞穴——這是極少數擁有人類向晚期石器時代過渡的豐富考古記錄的地點之一。
紐約大學和約翰內斯堡大學的考古學家、該團隊的挖掘負責人賈斯汀·帕吉特說：“就複雜的社會和技術行為而言，這確實是一個燈火通明的時期。” “跨越這一轉變的行為創新非常成功。它們導致我們的物種真正開始主宰他們所居住的生態系統。”
密歇根大學人類學家布賴恩·斯圖爾特說，晚期石器時代的人們似乎開始優先考慮“節約某些東西”，他沒有參與這項研究。無論是受到原材料、時間還是工具包重量的限制，這個時期的人們開始製作更小、更模組化的石器工具，其“刀片”可以像今天可更換的鑽頭一樣更換。象徵主義和社會組織也得到了發展：帕吉特指出，晚期石器時代的遺址中充滿了珠子，這些珠子可以用來表示歸屬感和身份，以及赭石，一種用於繪製身體並將識別符號新增到物體上的粘土顏料。
晚期石器時代開始於最後一個冰河時代高峰期之前，許多研究人員認為，該時期的氣候可能促成了人類技術和行為的改變。一些人認為，日益動盪的氣候可能迫使我們的祖先在有效利用資源方面變得更具創造力。但這很難嚴格證明，尤其是在非洲大部分地區，這種轉變開始於放射性碳測年法的極限之外——這種方法對於超過 50,000 年的樣本效果不佳。如果沒有準確年代的考古材料，就不可能在氣候事件和技術之間劃清界限。
布賴恩·蔡斯在南非科迪爾斯里維爾山谷採集蹄兔糞便堆積層樣本。圖片來源：泰勒·費思
Boomplaas 洞穴提供了一種繞過這個問題的方法。從中石器時代過渡到晚期石器時代的時間較晚，因此洞穴的文物在準確的放射性碳測年法的範圍內。Boomplaas 是地球上為數不多的擁有跨越這一過渡的連續記錄的考古遺址之一。但這裡的研究人員面臨著另一個挑戰：南非稀疏的氣候歷史。
納爾遜·曼德拉大學的古生態學家、研究團隊的花粉專家琳恩·奎克說：“我們沒有像冰芯或[洞穴沉積物]和湖泊記錄這樣的傳統檔案。” “因此，在蹄兔糞便堆積層出現之前，我們的記錄非常有限且不連續。”
大多數將氣候變化與晚期石器時代過渡聯絡起來的嘗試都集中在來自極地冰芯和深海沉積物的測量結果。但這些材料主要揭示了一般的全球氣候趨勢。正如今天人為造成的氣候變化一樣，古代氣候變化以不同的方式影響著不同的地區。費思說，南非的古氣候仍然鮮為人知，目前尚不清楚該地區在最後一個冰河時代高峰期是乾旱嚴酷還是溼潤蔥鬱。
法國蒙彼利埃大學的古氣候學家、團隊成員布賴恩·蔡斯在蹄兔糞便堆積層中看到了解決這個謎題的可能方案，這些小哺乳動物——看起來像齧齒動物，但與大象的親緣關係更近——世世代代忠實地返回那裡進行排洩。蔡斯畢生致力於解鎖這些被忽視的資料寶藏，並從南部非洲收集了數百個樣本。“就我個人而言，我認為它們是地球上最好的古環境檔案，”蔡斯說。“這是一種非常豐富的資源。”
斯圖爾特說，這些糞便堆積層是“美麗的”檔案，因為它們可以與附近的晚期石器時代過渡文物一起進行放射性碳測年。“這些是連續的記錄，擁有一切真是太棒了——就像冰芯一樣，但它們就在您的遺址旁邊。”
他補充說：“這是我們真正向前邁進的方式，” “而不是對全球氣候變化做出這種含糊不清的宣告。”
費思、蔡斯和奎克去年 9 月在 Boomplaas 洞穴附近採集了糞便堆積層樣本，並在今年早些時候收到了這些樣本的第一批放射性碳年代測定結果。研究人員表示，將持續的 Boomplaas 挖掘工作與他們非常規的氣候記錄相結合，為最終解開晚期石器時代及以後氣候與技術變革之間存在爭議的聯絡提供了真正的機會。
費思說：“透過擁有那些巨大的尿液塊來玩耍，我們將能夠進入另一個全新的問題領域。” “我們希望它對很多人都有用。”
編者注（2023 年 3 月 21 日）：本文在釋出後進行了編輯，以更正賈斯汀·帕吉特名字的拼寫。