Mänskliga förfäder visste inte bara hur man använder eld, de utvecklade också sofistikerad teknik för att tillverka verktyg. Forskare vid Weizmann Institute of Science använde nyligen sin egen banbrytande teknologi för att ta en ny titt på en samling stenverktyg. Deras resultat tyder på att de tidiga människorna som gjorde dem kan ha haft en god förståelse för effekterna av att värma upp stenen innan den flagnade till blad, och de kan till och med ha använt olika temperaturer för att skapa olika typer av verktyg. Resultaten av denna forskning dök upp idag i Naturen Mänskligt beteende .

Qesem Cave, en plats i centrala Israel, grävdes ut av Prof. Avi Gopher och kollegor vid Tel-Aviv University. Fynden i grottan dateras till mellan 420, 000 och 200, 000 år sedan, eller nedre paleolitikum, och det är tilldelat det unika Acheulo-Yabrudian Cultural Complex. De gamla homininerna (en grupp som inkluderar oss och de utdöda medlemmarna av vårt släktträd), som bodde i Qesem Cave, lämnade efter sig tiotusentals stenredskap. Dessa verktyg är huvudsakligen gjorda av flinta, ett material som är lättillgängligt över hela landet, och de tillverkades i en process som kallas knappning – det vill säga, använda en annan sten eller ett verktyg för att flisa bort bitar, finslipa en skarp kant. Någonstans mellan 300, 000-400, 000 år sedan, det huvudsakliga bytet som dessa homininer jagade hade förändrats – från elefanter, till dovhjortar – vilket kräver en växling i den använda verktygslådan, mot finare artefakter. Frågan som ställdes av Weizmann-forskargruppen var om de gamla invånarna i området kan ha använt eld för att härda flintan innan de knäppte den. Mycket senare grupper – mindre än 100, 000 år sedan, hade lämnat bevis för att ha skjutit sin flinta, vilket gör stenen lättare att forma. Dock, på webbplatser i denna ålder, Det finns i allmänhet nästan inget kvarvarande organiskt material som för närvarande kan ge forskare avgörande bevis för brandanvändning.

Den första utmaningen i att försöka förstå om flinta har genomgått någon strukturell förändring, som eld kan producera, förklarar Dr Filipe Natalio från institutets enhet för vetenskaplig arkeologi, är att strukturen på rå flinta kan variera från plats till plats och från bit till bit, beroende på de geologiska förhållandena under vilka den bildades. Och spåren av tidigare uppvärmning i fast berg skulle mestadels vara mikroskopiska eller mindre - i princip osynliga. För att närma sig detta hinder, han och postdoktor Dr. Aviad Agam, som är specialiserad på förhistorisk arkeologi, vände sig till Dr Iddo Pinkas, som är expert på en teknik som kallas Raman-spektroskopi vid institutets avdelning för kemisk forskning.

Gruppen samlade först flinta från områden nära Qesem-grottan samt andra platser runt om i landet. Efter att ha värmt upp flintbitarna till olika temperaturer och kylt dem igen, forskarna undersökte dem med verktygen i Pinkas spektroskopilabb, som avslöjade sammansättningen av dessa stenar ner till deras kemiska och molekylära struktur.

Men experimentet gav stora mängder data - för stora för att analysera med vanliga metoder. Så gruppen vände sig till Dr. Ido Azuri, som är i institutets bioinformatikenhet, i Life Sciences Core Facilities Department. Azuri är expert på maskininlärning och artificiell intelligens, så trots avvikelsen från hans normala biologiska forskning, att hitta mönster i stora datamängder var mitt i hans gränd. Verkligen, han var glad över att finna att spektroskopidata inte bara kunde analyseras genom maskininlärningsmetoder för att reda ut de förändringar som orsakades av bakning av stenarna, denna metod kunde hitta det temperaturintervall inom vilket var och en hade värmts upp.

Nästa, gruppen tillämpade spektroskopin och AI-analysen på slumpmässigt utvalda prover från de tusentals bitar av gammal knäppt flinta som grävts ut från Qesem-grottan av arkeologen Prof. Avi Gopher vid Tel Avivs universitet. Azuri tog sedan dessa nya data och utvärderade temperaturerna till vilka de tidiga människorna värmde de gamla knäppta flintorna enligt den modell han ursprungligen hade skapat.

"I början, säger Natalio, "datan verkade finnas överallt, och vi visste inte om vi kunde säga något om dessa verktyg. Men sedan skapade Azuri sin modell, och saker föll bara på plats."

En destillerad version av fynden jämförde tre olika typer av flintartefakter, och det avslöjade tre unika temperaturintervall ett för varje slag. Den första typen, som forskarna kallar grytlock, var små, hackade och flisade skärvor, och analysen visade att de hade utsatts för eld som var tillräckligt varm för att få delar av flintan att flyga av sig själva. Det sa till teamet att deras analys var på rätt väg, eftersom mycket hög värme – upp till 600 grader Celsius – hade föreslagits, i andra studier, för att skapa hack och marker. Den andra typen av bitar är kända som flingor; och det tredje är bladen – större, knivliknande verktyg med en lång vass egg och en yta, tjockare kant där de kan hållas. Flingor, väsentligt mindre skärverktyg än bladen, hade behandlats vid ett relativt stort temperaturintervall medan bladen hade värmts upp till lägre temperaturer (ungefär 200-300 grader – låga till medelstora ugnsinställningar) och temperaturområdet de hade genomgått var mycket mindre. Med andra ord, det verkade som om grottans invånare avsiktligt hade använt olika värmebehandlingar för att skapa olika verktyg.

"Vi kan inte veta hur de lärde andra färdigheten att tillverka verktyg, vilken erfarenhet fick dem att värma den råa flintan till olika temperaturer, eller hur de lyckades kontrollera processen, men det faktum att de längre bladen konsekvent värms upp på ett annat sätt än de andra delarna pekar på en avsikt, säger Natalio.

"Och det, " tillägger Pinkas, "är teknik, lika säkert som våra mobiltelefoner och datorer är teknik. Det gjorde det möjligt för våra förfäder att överleva och frodas."