2021年08月10日 10:25
【科學快訊】
通過分析古代炊具碎片中的分子和微生物，研究人員還原了古代人的日常食譜。菜單上有燉菜、奶酪和發酵飲料，看來古人吃得並不差。
人類食用乳制品有著悠久的曆史。圖片來源：Pixabay
轉載於 科研圈
來源 Knowable Magazine
原作 Carolyn Wilke ；
翻譯 管榕
編輯 戚譯引
幾千年前的小孩墳墓中的陶瓷奶瓶，放在今天看來也完全可以在托兒所裏使用。有些瓶子的底部有小腳，其中一個瓶子的出水口像動物的尾巴一樣從底部伸出來。這些小巧玲瓏的青銅時代和鐵器時代的容器充滿了奇思妙想。並且，和其他許多用於喂養和准備食物的日常用品一樣，這些容器為科學家提供了古人飲食的新線索。
例如，Julie Dunne 和她的同事在 2019 年報告，通過分析三個來自德國巴伐利亞地區的陶瓷容器，發現了瓶子上的空洞中保存的脂質（一種脂肪分子），證明生活在公元前 1200 年至公元前 450 年之間的母親曾用動物奶作為母乳的替代品為孩子斷奶，或補充孩子的飲食。
Dunne 是英國布裏斯托大學（University of Bristol）的生物分子考古學家，她推測這些瓶子的制造者可能想逗孩子開心。她說：「這些瓶子到現在也依舊讓我們會心一笑。」更重要的是，研究它們可以「讓你和過去產生密切的聯系」。
Dunne 表示，研究關於古代嬰兒喂養的方法並不多。通過分析古代的骨頭，我們已經對嬰兒何時斷奶有了一些見解，但是「我們對母親如何撫養嬰兒這一問題知之甚少」。對於古人的飲食生活，大體上也是如此，許多證據都是間接的。
隨著新的科學技術的出現，加上考古學對「日常活動」的重要性產生了更全面的看法，我們對史前菜單上的食物逐漸產生了更清晰的認識。瓶子、陶瓷罐碎片，甚至青銅時代墓穴裏的遺物中采集到的微生物和分子的殘留物，都給我們提供了大量關於古代飲食的線索。
Dunne 說：「和生活中其他方面一樣，考古學也有把女性邊緣化的傾向。」傳統上，學者們對國王和征服者的生活比對母親的生活更感興趣。
人類學考古學家 Sarah Graff 在 2020 年的《人類學年鑒》（Annual Review of Anthropology）中寫道，這就是與美食和烹飪有關的「無聊」的考古物品在某種程度上被忽視的原因之一。與准備食物相關的文物往往屬於那些缺乏社會權力的階級：婦女、仆人和奴隸。
來自美國亞利桑那州立大學（Arizona State University）的 Graff 說：「早期的考古學多是為了尋找那些美麗的、在博物館有展示價值的東西。」挖掘出的一些破碎的器皿或看起來很平凡的物品，有時會和不需要的泥土被扔到一邊。這是因為早期的考古學家「並不認為與家務勞動有關的東西會與政治、經濟甚至是宗教有任何關系」。
但是，如今研究人員發現了越來越多這樣的聯系，Graff 寫道。強大的分析技術正在幫助科學家們挖掘古代器皿，以了解曾經用它們制作的各種食物，例如蒸煮的燉品、發酵的飲料和奶酪等。
黏糊糊的油脂
陶罐的出現徹底地改變了古代飲食方式，而且不同地區的古代人多次獨立發明了陶罐，Dunne 說。陶瓷器皿幫助改變了他們的食物——比如他們可以煮肉，或者把塊莖煮熟來消滅其中的毒素。
考古遺址中常常能發現散落的陶器碎片。Dunne 在布裏斯托爾大學的同事 Richard Evershed 是分析遺留在古代器皿上的有機殘留物的先驅人物。他說，與今天無處不在的塑料相似，陶器是 「古代的非生物降解聚合物」。Evershed 和他的同事們利用脂肪容易附著在陶器碎片上的特點，揭秘了古人曾燉過什麼東西。
Evershed 說，煮肉的過程中會釋放出融化的脂肪液滴，它很容易滲入鍋壁。大約 30 年前，通過分析英格蘭一個遺址發現的中世紀時期陶器中殘留的食物，他首次成功鑒定了古代陶器中的脂肪或脂質。Dunne 指出，這其中的化學痕跡顯示存在卷心菜的表皮蠟質（一種覆蓋在植物角質層上的物質），證明卷心菜可能是與肉類一起燉的。
Dunne 說，在針對同一地點進行的其他研究中，科學家們發現了可追溯到 950 年至 1450 年的大量陶罐，其中有乳制品脂肪的痕跡（可能是制作奶酪留下的）。而在一個已經消失的烘烤室附近出土的其他鍋中沒有檢測到脂肪，這些鍋被認為是用來烘烤面包的。大口吃燉菜、奶酪、黃油和面包，「中世紀的農民過得還不差，」 Dunne 說。
在 20 世紀 50 年代，氣相色譜法（一種分解分子混合物的方法）出現之前，我們無法分析脂質的殘留物。但是，將其與後來出現的質譜法（根據分子的質量來識別分子的方法）相結合，研究人員能夠檢測和識別年代久遠的食物殘渣。到了 20 世紀 70 年代，研究人員首次將這種「組合拳」方法應用於考古文物。
這些技術不斷改進，變得越來靈敏，現在已經能直接檢測出少量的化學物質痕跡。最近，Evershed 和他的同事報告了使用放射性碳測年法，測定了遠在 7300 年前的手工藝品中殘留脂質的年齡。在以前，考古學家並不能對烹飪殘留物使用放射性碳測年法，只能通過對遺址的其他證據（如骨骼）來推斷其年齡。
這些信息還可以幫助研究人員確認正在分析的材料是來自古代，而不是什麼汙染物。「處理被埋在地下幾千年的東西的時候」，就必須考慮到這種可能性，Evershed 說。看起來像是來自食物的分子實際上可能是來自文物周圍的土壤，也可能是由不上心的挖掘者在處理陶器時沒有戴手套或儲存不當而引入的。Evershed 回憶起一個存放在奶酪盒中的碎片，對於一個正在分析食物殘渣的物品來說，那並不是理想的保存場所。
被撞死的鹿和玉米面
除了分析古代的殘羹剩飯，Evershed 和合作者還解決了將環境汙染因素從食物特征分離出來的難題。比如，幾十年前，Evershed 的團隊曾在仿制的鍋中將卷心菜煮熟後，觀察卷心菜的蠟質如何滲入鍋壁，這項研究提供了與真實樣本的對比。研究人員還將陶器碎片放在裝有堆肥的燒瓶中，以觀察微生物如何改變牛奶或橄欖油中的脂肪。
為了更好地了解過去的烹飪方法與現代的科學數據的關系，其他科學家還深入研究了這種實驗性考古學。從 2014 年開始，研究人員每周都在商店購買的無釉陶罐中烹飪各種食譜。在一年的時間裏，他們用同一口鍋做了 50 次同樣的菜譜，然後在最後一到四頓飯裏換成了新的菜譜。這些簡單的菜肴只包括一到兩種成分，如玉米面或小麥糊，或被汽車撞死的鹿身上的肉。（顯然，沒有人嘗過它。）
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來自新西蘭奧塔哥大學（University of Otago）的考古學家 Melanie Miller 參與了這項烹飪實驗，她說，盡管這些食物並不可口，但「重建一個煮進陶罐的簡陋食譜有可能解開人們很多關於過去經曆的信息」。一年後，鍋中薄薄的銅鏽層保留了所有食譜的痕跡，但傾向顯示最後烹飪的飯菜。而鍋的孔隙中的脂質是在多次燉煮的過程中形成的，很少顯示出有關最近一次烹飪活動的證據。她的團隊在 2020 年發表於《科學報告》（Scientific Reports）的論文中報告了這些結論。
這項工作旨在揭示古代膳食如何被保存，以及哪些成分會因時間而流失。項目的負責人之一，美國加州大學伯克利分校（University of California，Berkeley）的 Christine Hastorf 在 20 世紀 80 年代幫助開創了這一研究領域，Miller介紹，他研究了如何從被保存起來的燒焦碎片中的化學成分解密古代的烹飪手法。Miller 說，為了揭示從古代烹飪器皿中提取分子的技術的可能性和局限性，「我們肯定還需要更多這樣的工作」。
雖然 Miller 並不確定這個團隊的成員是否會熱衷於重複這個過程，但其中還有很多可以研究。比如她完全可以想象，作為這個主題上的延伸，研究人員還可以用更多的成分或調味料來模仿更真實的飯菜。在一次實驗中，研究人員完成烹飪任務之後，便把鍋打碎，將其埋在了 Hastorf 的後院中。其中有些碎片在地下待了六個月，其他碎片則被埋了一年或五年。現在，研究小組已經挖出了最後一個碎片，檢查其中脂質混合物的變化。
蛋白質的力量
來自丹麥哥本哈根大學（University of Copenhagen）和英國劍橋大學（University of Cambridge）的考古學家 Matthew Collins 說，盡管關於脂質的工作做得「真的很好」，但來自脂質的信息「遠比從蛋白質中得到的信息要模糊得多」。他表示，就像脂質一樣，分析古代蛋白質的進展「完全取決於技術」。蛋白質研究也獲得了質譜技術進步的益處，讓科學家從令人意想不到的地方得到線索。
2014 年，研究人員報告了從大約 5000 年前的牙垢中保存下來的牛奶蛋白。牙垢「是一種變得很硬的牙菌斑」， 就像洗牙時從牙齒上刮掉的堆積物一樣，英國約克大學（University of York）的考古學家 Jessica Hendy 說。礦物質可以存留在骨骼中，並且它可能保存了一個人吃的部分食物的記錄。
此前，在土耳其加泰土丘（Çatalhöyük，已知人類最古老的定居點之一）遺址工作的考古學家找到 Hendy 的團隊，希望分析在那裏發掘的陶器時。Hendy 意識到，陶片上的白色痕跡很可能保存了蛋白質的信息，如同牙垢那樣。從 10 個富含礦物質的痕跡樣本中，研究小組確定了一些來自動物和植物的蛋白質。Hendy 說：「這是一份令人驚喜的材料，有助於了解早期的農民在鍋中烹飪了什麼。」
這些碎片中出現了來自大麥、小麥、豌豆，以及一些動物肉和牛奶的蛋白質的痕跡。雖然加泰土丘中的動物骨骼表明，這個原始城市中曾擁有綿羊和山羊，但這些蛋白質展示了人們是如何食用它們的。研究發現，古人們使用這些動物的奶，並將其與其他食物混合在一起，Hendy 說：「能發現這種程度的細節，真的非常、非常令人興奮。」
Collins 當時是該研究小組的成員的成員之一，他表示，來自加泰土丘的壺是一個實例，但從其他遺址中搜尋規模樣本也很有可能發現有關古代飲食的信息。這些白色痕跡還可能揭示出物品烹調方式的差異，因為食物是被煮沸過還是簡單地被晾幹在容器裏，蛋白質的變化是不同的。「我們認為，通過描述蛋白質的特征，可以從中了解它作為食品的曆史。」
食物技術史
科學家已經從史前的蛋白質中提取到這類信息。在中國新疆，來自青銅時代的小河墓地，考古學家發現了一些戴著項鏈的木乃伊，項鏈上串著一種有機材料的團塊。對這些塊狀物中的蛋白質的分析表明它們是奶酪：有些是牛奶奶酪，有些是用不同動物的奶混合制成的。德國馬克斯·普朗克學會分子細胞生物學與遺傳學研究所（Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics）的生物化學家 Anna Shevchenko 說，由於這些塊狀物所含的酪蛋白遠遠多於乳清，科學家們認為，這些奶酪可能被壓制過，以便將固體和液體分開。在這一過程中，液體會帶走可溶性乳清蛋白。
通過更深入地研究這些大約有 3500 年曆史的蛋白質，Shevchenko 和她的同事了解了古代奶酪的制作過程。奶酪可以通過使用凝乳酶（一種在反芻動物的胃中發現的能使牛奶凝固的物質）或添加酸來制作。當用凝乳酶制作奶酪時，酶會在構成蛋白質的「模塊」——氨基酸之間進行切割。然而研究小組並沒有發現這種切割，這表明奶酪是用酸制成的，而酸可以由某些細菌和植物產生。
Shevchenko 幸運地發現，奶酪中的其他蛋白質與數據庫中的一種細菌相匹配，這正是用於制作一種叫做克菲爾（kefir）的發酵乳飲料的細菌。這表明是這些微生物將牛奶轉化為奶酪。
Shevchenko 說，沒有人能想到那麼久以前的人們使用了這種發酵技術。蛋白質隨時間發生的變化讓她確信，木乃伊的奶酪確實是來自遙遠的過去。
Collins 和他的同事們也正嘗試利用這種變化進行研究。隨著時間的推移，構成蛋白質的氨基酸會被損壞。他說，這種損傷的模式可以用來確定蛋白質的年齡，還可以排除現代汙染的因素。Collins 說，這種測定是必要的，因為「最悲哀的事情之一。。。。。。莫過於牛奶是生物化學實驗室中最常見的一種蛋白質」。Collins 自稱是這一領域的「祖師爺」，已經與古代蛋白質打交道 30 年了。他指出，牛奶蛋白被用作許多技術的載體蛋白，這意味著我們難以擺脫樣品被汙染的可能性。這可能會破壞研究結果，這種事情已經發生在那些想要檢測古代動物奶的殘留物的研究人員身上。
當然，任何一種蛋白質，或者單憑蛋白質的信息都不能全面地反映古人的飲食狀況。此外，一些蛋白質比其他蛋白質更容易被保存，這會進一步扭曲了事實。出於某種未知原因，牛奶蛋白似乎更容易被保存下來。Hendy 說：「很明顯這其中存在某種偏向性」，要麼是由於檢測技術，要麼是由於牛奶（而不是其他食物）被困在斑塊中的方式。
不過，由於蛋白質可以提供很多信息，我們還是可以從中了解很多關於古代飲食的相關內容。Collins 說：「蛋白質無處不在」，而且它們可以幫助回答一些很重要的問題。比如，一個生物體的哪些組織（一個植物的根或種球）被使用過？它們又是如何被加工的？他說，了解這些問題的最好方法是通過研究脂質和蛋白質，以及 DNA 等其他互補的信息來源。
古老的飲料
幾十年來，研究人員一直在從古老的鍋中尋找脂質和蛋白質。但就在過去的幾年裏，科學家們開始在另一種物質中尋找烹飪的線索：微生物。它們在釀制啤酒、葡萄酒和奶酪等發酵食品方面發揮著關鍵作用。
來自以色列耶路撒冷希伯來大學（Hebrew University of Jerusalem）的微生物學家 Ronen Hazan 曾對他的釀酒師朋友提出的一個問題進行了研究，並且很高興能有借口在實驗室裏放滿一冰箱的啤酒。這個問題是，如果將酵母存放在一個密封的玻璃瓶中，並在黑暗中放置兩年，它能存活嗎？答案是可以。
當 Hazan 和他的同事們思考如何從曆史書中學習釀造啤酒時，他們回憶起那些酵母，好奇酵母是否可以存活 3000 年那麼久。Hazan 回憶道：「我們當時可能喝得很醉，因為我們說，‘酵母肯定可以活那麼久’。」
酒醒後再回到這個想法，科學家們請求以色列文物局提供曾經可能被用於釀酒的陶器碎片。他們收到了來自以色列周圍幾個遺址的泥土陶器碎片，其中包括公元前 3100 年的埃及陶器，公元前 850 年的腓力士丁（Philistine）陶器，以及公元前 500 年的波斯陶器。總的來說，研究小組從 21 個古代器皿中分離並培育出了 6 種酵母菌株。
使用現代配方，該團隊用他們提取的菌種制作了啤酒。以色列巴伊蘭大學（Bar-Ilan University）的考古學家 Aren Maeir 說：「味道嘗起來還不錯。我當時告訴大家，‘（這酒）要麼沒毒，要麼我們在半分鐘內都會死。’而我們都能活著講述這個故事。」
提取到的六種酵母中，有四種能夠制造酒精飲料，並產生使其變得美味的芳香化合物。酵母菌的 DNA 顯示了它們與其他已知的釀酒微生物的關系。研究小組推斷，從容器中提取的酵母菌是數千年前釀造啤酒時播種的酵母菌後代。
但 Hazan 說，最難的問題是究竟這些酵母菌是來自器皿還是來自其埋葬環境。研究小組檢查了來自同一地點的 27 個器皿，這些器皿並非用於裝古代的酒精飲料，而是用於烹飪或飲食，或者作為燈具。他們從這些器皿中提取到三種酵母菌，包括兩種已知存活在橄欖表面的酵母菌。橄欖可能被用於制造燈油，這些酵母是在燈上被發現的。
Hazan 認為，釀酒微生物只在用於制造酒精飲料的容器中出現，這不能用巧合來解釋。他說，起初，研究人員對制造啤酒的酵母菌的真實性持懷疑態度，但現在他們被說服了，盡管不是百分之百。「人們總是會有一些顧慮。」
以色列團隊 2019 年的研究首次嘗試了利用古代文物中的微生物制作實際的食物或飲料。這一思路可以擴展到其他由微生物協助制作的食物，如奶酪、葡萄酒和面包等。研究人員現在正在分析一個滿是洞的罐子，它可能被用來制作奶酪。Maeir 說，鮮活的生命體將重現古代食物這一工作提升到一個新的高度：「在通常情況下，你可以看到遺跡，你可以感覺到遺跡。。。。。。但在這裏，我們可以品嘗遺跡。」
從搜尋古代食品的痕跡到重現古代菜譜，這些科學家正在揭開人類的一類共同經曆：烹飪。對於 Miller 和她的同事來說，這種深刻的聯系促使他們繼續烹飪平淡的飯菜。烹飪是「人類跨越時間和空間的最一致的活動之一」，她說。食物和烹飪手法體現了文化、政治、地位、身份、教養等等。雖然人們做飯時通常不會想那麼多，但其實食物揭示了很多東西。「它是一種日常活動。。。。。。（並且）通常體現了關於我們在這個世界的地位等所有更龐大的問題。」
