Arkeologer är lite som kriminaltekniska utredare:de söker igenom resterna av tidigare samhällen, letar efter ledtrådar i keramik, verktyg och ben om hur människor levde, och hur de dog.

Och precis som detektiver kan återskapa scenen för ett brott, Arkeologer från University of Washington har återskapat de vapen som användes av jägare-samlare i Arktis efter istiden omkring 14, 000 år sedan. Letar efter ledtrådar om hur dessa tidiga människor avancerade sin egen teknik, forskare övervägde också vad det kan säga oss om mänsklig migration, forntida klimat och vissa djurarters öde.

I en artikel publicerad 31 januari i Journal of Archaeological Science , Janice Wood, nyutexaminerad UW antropologi, och Ben Fitzhugh, en UW professor i antropologi, visa hur de rekonstruerade förhistoriska projektiler och punkter från forntida platser i det som nu är Alaska och studerade de egenskaper som skulle utgöra ett dödligt jaktvapen.

UW-teamet valde att studera jaktvapen från tiden för det tidigaste arkeologiska rekordet i Alaska (cirka 10, 000 till 14, 000 år sedan), en tid som är mindre förstådd arkeologiskt, och när olika typer av projektilpunkter användes. Teammedlemmar designade ett par experiment för att testa effektiviteten hos de olika punkttyperna. Genom att undersöka och testa olika punkter på detta sätt, teamet har kommit till en ny förståelse om de tekniska val som människor gjorde i antiken.

"Jägare-samlare av 12, 000 år sedan var mer sofistikerade än vi ger dem kredit för, ", sa Fitzhugh. "Vi har inte tänkt på att jägare och samlare i Pleistocen har den typen av sofistikering, men de gjorde helt klart för de saker som de var tvungna att hantera i sina dagliga liv, som att jaga vilt. De hade en mycket omfattande förståelse för olika verktyg, och de bästa verktygen för olika bytes- och skottförhållanden."

Tidigare forskning har fokuserat på flygballistiken för jaktvapnen i allmänhet, och ingen tidigare studie har tittat specifikt på ballistiken för verktyg som används i Sibirien och de arktiska områdena i Nordamerika strax efter istiden. Förutom att söka efter växter och bär (när det finns), nomadgrupper jagade caribou, renar och andra djur för mat, vanligtvis med spjut eller pilar (kastade från atlatl-brädor). Utan bevarande av träschakten, dessa verktyg är huvudsakligen differentierade i det arkeologiska arkivet genom deras sten- och benpunkter. Men det var inte känt hur effektiva olika typer av punkter var för att orsaka dödlig skada på byten.

Inte heller är det känt, definitivt, om olika typer av punkter var associerade med endast vissa grupper av människor, eller om med samma grupper använt vissa punkttyper för att specialisera sig på speciella typer av vilt eller jaktmetoder. Det är allmänt accepterat att olika punkttyper utvecklades i Afrika och Eurasien och fördes till Alaska innan istidens slut. Dessa inkluderade rudimentära spetsar gjorda av skärpt ben, horn eller elfenben; mer invecklad, flagnade stenspetsar populärt bekanta som "pilspetsar"; och en sammansatt spets gjord av ben eller horn med rakbladsliknande stenmikroblad inbäddade runt kanterna.

De tre uppfanns troligen vid olika tidpunkter men förblev i användning under samma period eftersom var och en förmodligen hade sina egna fördelar, Sa Wood. Att lära sig hur de fungerade informerar vad vi vet om förhistoriska jägare och återverkningarna av deras metoder.

Så Wood reste till området runt Fairbanks, Alaska, och skapade 30 projektilpunkter, 10 st av varje slag. Hon försökte vara så trogen de ursprungliga materialen och tillverkningsprocesserna som möjligt, använda poppelprojektiler, och björktjära som ett lim för att fästa spetsarna på projektilernas spetsar. Medan forntida Alaskabor använde atlatls (ett slags kastbräda), Wood använde en recurve-båge av lönn för att skjuta pilarna för större kontroll och precision.

• För benspetsen, modellerad på en 12, 000 år gammal elfenbensspets från en arkeologisk plats i Alaska, Wood använde ett multifunktionsverktyg för att slipa ett kommersiellt köpt koben;
• För stenspetsen, hon använde en hammarsten för att slå obsidian till flingor, formade dem sedan till punkter modellerade efter de som hittades på en annan plats i Alaska från 13, 000 år sedan;
• Och för den sammansatta mikrobladsspetsen – modellerade mikrobladsteknologier som setts i Alaska sedan minst 13, 000 år sedan och en sällsynt, bevarad räfflad hornspets från en nyare plats i Alaska använde mer än 8, För 000 år sedan - Wood använde en såg och sandpapper för att slipa ett caribouhorn till en punkt. Hon använde sedan multifunktionsverktyget för att håla ut ett spår runt dess omkrets, där hon förde in obsidian mikroblad.

Wood testade sedan hur väl varje punkt kunde penetrera och skada två olika mål:block av ballistiskt gelatin (ett klart syntetiskt gelatin avsett att efterlikna djurmuskelvävnad) och en färsk renkadaver, köpt från en lokal gård. Wood genomförde sina försök under sju timmar en decemberdag, med en genomsnittlig utomhustemperatur på minus 17 grader Fahrenheit.

I Woods fältförsök, de sammansatta mikrobladspunkterna var mer effektiva än enkel sten eller ben på mindre byten, som visar den största mångsidigheten och förmågan att orsaka invalidiserande skador oavsett var de träffade djurets kropp. Men sten- och benpunkterna hade sina egna styrkor:benpunkterna trängde djupt men skapade smalare sår, föreslår deras potential för att punktera och bedöva större byten (som bison eller mammut); stenpunkterna kunde ha skurit bredare sår, speciellt på stora byten (älg eller bison), vilket resulterar i en snabbare död.

Wood sa att fynden visar att jägare under denna period var sofistikerade nog att känna igen den bästa punkten att använda, och när. Jägare arbetade i grupper; de behövde genomföra framgångsrika jakter, på minsta möjliga tid, och undvika risker för sig själva.

"Vi har visat hur varje poäng har sina egna prestationsstyrkor, " sa hon. Benpunkter punkterade effektivt, flagad sten skapade ett större snitt, och mikrobladet var bäst för skärsår. "Det har att göra med själva djuret; djur reagerar olika på olika sår. Och det skulle ha varit viktigt för dessa nomadjägare att få ner djuret effektivt. De jagade efter mat."

Vapenanvändning kan kasta ljus över människors och djurs rörelser när människor sprids över hela världen och hur ekosystemen förändrades tidigare, under och efter istiderna.

"The findings of our paper have relevance to the understanding of ballistic properties affecting hunting success anywhere in the world people lived during the 99 percent of human history that falls between the invention of stone tools more than 3 million years ago in Africa and the origins of agriculture, " Fitzhugh said.

It could also inform debates on whether human hunting practices directly led to the extinction of some species. The team's findings and other research show that our ancestors were thinking about effectiveness and efficiency, Wood sa, which may have influenced which animals they targeted. An animal that was easier to kill may have been targeted more often, which could, along with changing climates, explain why animals such as the horse disappeared from the Arctic. A shot to the lung was lethal for early equines, Wood sa, but a caribou could keep going.

"I see this line of research as looking at the capacity of the human brain to come up with innovations that ultimately changed the course of human history, " she said. "This reveals the human capacity to invent in extreme circumstances, to figure out a need and a way to meet that need that made it easier to eat and minimized the risk."

Upon completion of the experiment, the bones were sterilized for future study of projectile impact marks.