Análisis tecnológico y funcional de 80

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 16270 (2022) Citar este artículo

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Las herramientas de hueso morfológicamente estandarizadas y de forma completa generalmente se consideran indicadores confiables del surgimiento del comportamiento moderno. Reportamos el descubrimiento de 23 herramientas de hueso de doble biselado de capas arqueológicas de ~ 80,000–60,000 años de antigüedad en la cueva de Sibudu en KwaZulu-Natal, Sudáfrica. Analizamos la textura del desgaste por el uso en las herramientas arqueológicas de hueso y en réplicas de herramientas de hueso utilizadas experimentalmente para descortezar árboles, procesar pieles de conejo con y sin un compuesto de ocre, excavar en sedimentos dentro y fuera de una cueva y en artefactos etnográficos. El descortezado de árboles y la excavación en suelos ricos en humus producen patrones de uso y desgaste que se asemejan mucho a los observados en la mayoría de las herramientas Sibudu. Este tipo de herramienta está asociado con tres tradiciones culturales diferentes de la Edad de Piedra Media en Sibudu que abarcan 20.000 años, pero están ausentes en los sitios contemporáneos. Nuestros resultados respaldan un escenario en el que algunos grupos humanos modernos tempranos del sur de África desarrollaron y mantuvieron localmente rasgos culturales específicos y altamente estandarizados mientras compartían otros a una escala subcontinental. Demostramos que los análisis tecnológicos y de textura son medios efectivos para inferir comportamientos pasados ​​y evaluar la importancia de las innovaciones culturales prehistóricas.

Los miembros de nuestro linaje han utilizado huesos para interactuar con su entorno desde hace al menos 2 millones de años (Myr)1,2,3,4,5,6. Estas primeras herramientas de hueso consistían en fragmentos de hueso erosionados sin modificar o con una forma mínima y núcleos de cuerno utilizados como implementos de excavación. Solo hacia 1,8 millones de años se modificaron grandes fragmentos óseos mediante el tallado, la técnica utilizada para producir herramientas de piedra en escamas7,8, y hacia 1,4 millones de años que el tallado se utilizó para dar forma a bifaces óseos similares a sus contrapartes de piedra achelense contemporáneas9,10,11. Las herramientas de hueso sin modificar o modificadas marginalmente siguieron siendo parte del repertorio tecnológico de los homínidos prehistóricos en África y Eurasia hasta hace relativamente poco, por ejemplo, 12,13,14,15,16,17,18,19,20. Se sugirió que a pesar de su bajo grado de modificación, algunas de estas herramientas fueron utilizadas para funciones específicas14,21,22. Una cuestión relacionada y relevante es cuándo surgieron las herramientas de hueso que se trabajaron en su totalidad con técnicas adaptadas a la conformación del material óseo, como el pulido, raspado, ranurado y ranurado. La aplicación de estas técnicas al hueso, asta y marfil permite al fabricante determinar la forma y el tamaño final de la herramienta con un alto grado de precisión. La tecnología ósea sofisticada que condujo a la producción de artefactos óseos de forma completa, a menudo llamados herramientas óseas formales23,24, se consideró hasta principios de este siglo como una innovación de los humanos anatómicamente modernos que colonizaron los territorios europeos hace unos 40 mil años (ka)25,26 ,27. La investigación realizada durante las últimas dos décadas ha revelado instancias de herramientas de hueso formales en el noroeste, centro y sur de África en sitios que datan de MIS5 (~ 120 ka) a MIS2 (~ 20 ka) en la Edad de Piedra Media (MSA) y Early Later Stone Edad (ELSA).

En el noroeste de África, los objetos considerados como las primeras herramientas de hueso formales consisten en fragmentos de costillas modificados interpretados como alisadores, es decir, herramientas utilizadas para procesar pieles. Fueron encontrados en Aterian MSA en El Mnasra, capas 5 y 6 fechadas c. 107 ka28, y Cueva de los Contrebandiers, sector IV capa 2 fechada c. 95 ka22. En la Cueva de los Contrebandiers, los fragmentos modificados, interpretados como herramientas de hueso formales y convenientes, provienen de capas con una antigüedad de hasta 120 ka22. En El Mnasra, capa 5, también se encontraron otros fragmentos de costillas hendidas longitudinalmente y parcialmente adelgazadas por raspado y triturado, interpretadas como implementos de caza29. En Dar es-Soltan 1, la unidad G3-v data de c. 90 ka, una costilla modificada se interpretó como una herramienta "en forma de cuchillo"30.

En África Central, se encontraron preformas y puntas de púas unilaterales en tres sitios MSA a lo largo del río Upper Semliki en Katanda (Kt) 2, 9 y 16. Los sedimentos Kt9 originalmente produjeron edades de luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) de c. 90 ka31,32. Intentos de datación más recientes produjeron resultados consistentes, aunque dispersos, con edades superiores a 60–70 ka, y ciertamente no menores de 50 ka33. Las puntas de púas se hicieron a partir de costillas de mamíferos grandes y diáfisis de huesos largos moldeados mediante trituración, incisión, muescas y raspado34,35.

En el sur de África, se encontraron tres herramientas de hueso en la cueva de Broken Hill (Kabwe), República de Zambia, y se interpretaron como una punta de proyectil y dos "gubias"36. Se estima que el depósito, con base en conjuntos faunísticos y líticos asociados, pertenece al Pleistoceno medio tardío. Las "gubias" fueron modificadas por raspado marginal. Según los autores, la conformación final de la punta única supuso un pulido, lo que resultó en la eliminación de las huellas producidas por las etapas iniciales de fabricación36. Se informa de una posible punta de hueso de una capa de MSA en Mumbwa Cave, también en Zambia37, sin embargo, ver38. En Namibia, se encontraron dos costillas con muescas en las capas de Still Bay (SB) de la cueva del Apolo 1139. Tres piezas con muescas de capas de Howiesons Poort (HP) en el río Klasies, Sudáfrica, se interpretan como herramientas para trabajar pieles o procesar plantas amiláceas40,41. Una punta de hueso alargada, trabajada por raspado, y morfológicamente similar a las encontradas en ELSA y la Edad de Piedra Posterior (LSA), proviene de una capa HP temprana en el río Klasies40,42,43. El fragmento distal de una probable punta de proyectil formada por raspado se atribuyó con seguridad a una capa de SB en Peers Cave, Sudáfrica40,44.

Tres sitios de Sudáfrica, a saber, Border Cave, Blombos Cave y Sibudu Cave, se destacan por la riqueza y diversidad de sus conjuntos de herramientas de hueso. En Border Cave, KwaZulu-Natal, los huesos con muescas y los punzones hechos de colmillos de suido partido, trabajados raspando y triturando, provienen de capas que datan de entre 60 y 45 ka. Las puntas de armas de caza hechas de hueso, una punta de lanza de colmillo suido, punzones y un peroné de babuino con muescas, interpretado como un dispositivo de conteo45, derivan de capas fechadas en 44–40 ka46. En la cueva de Blombos, las capas de SB fechadas entre 75 y 70 ka han producido puntas de lanza de hueso formadas por raspado y pulido, puntas espigadas producidas por raspado y punzones delgados hechos de huesos de mamíferos y aves, transformados por raspado y pulido40,47. Un solo punto robusto, formado parcialmente por la molienda de un hueso desgastado, proviene de la capa DUN que se superpone a las capas SB40 datada en 67,8 ka48.

La cueva de Sibudu es el único sitio africano que ha producido herramientas de hueso a lo largo de una secuencia estratigráfica que data de c. 80–38 ka, incluyendo pre-Still Bay (PSB: ~ 80–72 ka), SB (~ 70 ka), HP (65–61 ka), post-HP (PHP: 59–57 ka) y MSA final ( FMSA: 49–38 ka) capas49,50. De las capas PSB y HP se recuperaron dos herramientas en forma de cuña formadas por raspado. Los punzones y un solo punto están restringidos a las capas HP. Pièces esquillées (fragmentos óseos marginalmente modificados por raspado y remodelados por molienda y utilizados como herramientas para dividir), astillas óseas con rastros de uso, alisadores y escamas a presión (fragmentos óseos alargados utilizados para retocar herramientas de piedra por presión) provienen de capas HP y PHP . Se encontraron dos pines en contextos HP y FMSA respectivamente. Algunas piezas con muescas se encuentran en las capas de PSB, HP y PHP44,46,51. Se ha sugerido que el tamaño de la punta de hueso de una capa HP en Sibudu es consistente con su uso como punta de flecha44, una hipótesis respaldada por el análisis de tomografía computarizada (µCT) de microfoco de este objeto y huesos similares producidos y utilizados experimentalmente. puntas de flecha 52. El análisis histológico de las herramientas óseas de Sibudu y los fragmentos del eje por medio de escáneres µCT sugiere que en su fabricación se utilizaron huesos de miembros de perisodáctilo, artiodáctilo y, en menor medida, de primates y carnívoros53.

Aquí presentamos los hallazgos de los análisis tecnológicos y funcionales realizados en una extensa colección de herramientas de hueso de doble biselado que se encuentran en las capas PSB, SB y HP en la cueva de Sibudu (Fig. 1). Su número permite la documentación detallada de su proceso de fabricación y variabilidad morfológica, así como la investigación de su(s) función(es). Con la excepción de las puntas de púas de Katanda, cuya edad aún no es concluyente, y las costillas modificadas del noroeste de África, estos objetos representan uno de los primeros ejemplos bien fechados de herramientas de hueso altamente estandarizadas que, a diferencia de otras ocurrencias de corta duración, representan una tradición tecnológica regional que se prolongó durante al menos 20.000 años.

Ubicación del sitio y estratigrafía. Ubicación (estrella en el mapa) y estratigrafía del sitio de la cueva de Sibudu. Las herramientas de hueso reportadas aquí provienen de capas atribuidas a los tecnocomplejos anteriores a Still Bay (PSB), Still Bay (SB) y Howiesons Poort (HP) (ver Tabla 1). Inserto de mapa hecho por LD usando QGIS v. 2.14.3-Essen (Free Software Foundation, Inc., Boston – https://download.qgis.org/downloads/) usando vectores y ráster gratuitos de Natural Earth (naturalearthdata.com) .

Tradicionalmente, los arqueólogos han inferido la función de las herramientas de hueso a través del análisis microscópico comparativo del uso y desgaste de los artefactos arqueológicos y las herramientas utilizadas experimentalmente54,55,56,57,58. Solo recientemente se han realizado intentos para inferir la función a partir del análisis cuantitativo de la textura de las superficies óseas utilizadas59,60,61. El trabajo experimental demuestra que este enfoque puede identificar diferencias significativas entre las superficies óseas sujetas a distintos procesos de desgaste61. La aplicación de este enfoque a las útiles herramientas de hueso utilizadas por los neandertales tardíos demostró su pertinencia para distinguir el uso natural del antropogénico62. Otra investigación ha explorado la aplicación de parámetros de rugosidad para distinguir las etapas de meteorización registradas en costillas de mamíferos, peces y avestruz63. El presente estudio representa el primer intento de inferir la función de algunas de las herramientas de hueso formales más antiguas a través de la aplicación del análisis de textura a especímenes arqueológicos, réplicas de las herramientas arqueológicas utilizadas experimentalmente en una variedad de tareas y artefactos etnográficos. Nuestros resultados respaldan un escenario en el que, ya hace 80.000 años, las poblaciones humanas modernas vinculadas a regiones específicas desarrollaron y mantuvieron localmente innovaciones técnicas altamente normativas para la producción y el uso de herramientas de hueso formales.

Los veintitrés artefactos biselados provienen de 15 capas arqueológicas atribuidas a tres de los cinco horizontes culturales principales de MSA identificados en la cueva de Sibudu (Fig. 2; Tabla 1). Dieciséis provienen de capas PSB, cuatro de capas SB y tres de capas HP. Esta muestra incluye cuatro herramientas descritas por Backwell et al.44 y d'Errico et al.46 pero que no fueron previamente sometidas a análisis de textura.

Herramientas de hueso de doble biselado de Sibudu. Las herramientas se encontraron en Howiesons Poort (a–c), Still Bay (d–g) y capas anteriores a Still Bay (h–w). Consulte la Tabla 1 para obtener información contextual, la Tabla S1–S4 para obtener datos zooarqueológicos, morfométricos, tafonómicos, tecnológicos, de uso y morfometría de la punta. Escala = 1 cm. Fotografías de Fd'E.

Todos los artefactos están rotos y fragmentados, ninguno de ellos conserva su porción proximal y la mayoría presenta fracturas longitudinales (Fig. 2; Tabla Suplementaria S1). Sin embargo, 18 conservan una parte o la totalidad del bisel original, y cinco se atribuyen a esta categoría de herramientas en función de su forma general y rastros de fabricación. Un tercio de los objetos muestra evidencia de calentamiento, probablemente debido a su proximidad fortuita o inclusión en hogares. En la mitad de los especímenes se registran finas capas de depósitos de manganeso y calcita. Dos herramientas muestran evidencia de haber sido roídas por insectos, quizás termitas64,65. Las superficies no afectadas por fracturas y formas de modificación no humanas están excepcionalmente bien conservadas, lo que permite el estudio y documentación de modificaciones antropogénicas.

Aparte de un único espécimen fabricado a partir de una mandíbula de mamífero muy grande (Fig. 2C), las herramientas de doble biselado de Sibudu se fabricaron todas con piezas de huesos de extremidades. No se pudo determinar el taxón para ninguna de las herramientas de hueso. Sin embargo, el análisis arqueozoológico, la evaluación del grosor del hueso compacto y el estudio de las modificaciones antropogénicas indican que los fragmentos de eje robustos y alargados (grosor del hueso compacto con un promedio de 8,44 mm, DE: 2,58 mm) derivan principalmente de mamíferos medianos, grandes y muy grandes (Tabla complementaria S2), y se moldearon raspando para enderezar y aplanar sus bordes laterales (Fig. 3A-B; Tabla complementaria S3). En los lados planos y laterales de algunos de los objetos se registran huellas de vigorosas hendiduras (Figs. 2d,i,j,v, 3c–e). Un extremo fue modelado por esmerilado o raspado para producir un borde redondeado de doble bisel (Fig. 3f), ojival en la sección lateral (Fig. 4). En promedio, las caras cónicas se encuentran en un ángulo de 55,2° (SD: 9,9°; Tabla complementaria S4). Con la excepción de tres especímenes que muestran rastros de fabricación prístinos y poco o ningún desgaste por uso en sus biseles o borde ancho (Fig. 2d, p, u), la utilización del extremo biselado ha suavizado los rastros de fabricación y los ha borrado por completo de la mayoría de los especímenes. , dejando una superficie muy pulida y sin estrías, que a menudo se extiende por la totalidad de ambas caras planas (Fig. 3g-h). Los bordes biselados muy desgastados de siete objetos muestran microcicatrices pulidas por el desgaste (Fig. 3i), indicativas de daños que se produjeron durante el uso. La variación morfométrica en herramientas completas de doble biselado muestra valores que oscilan entre 7 y 24 mm de ancho y entre 5 y 11 mm de espesor, con algunas herramientas rotas que originalmente muestran un espesor de hasta 14 mm (Tabla complementaria S2). Esto muestra que los habitantes de Sibudu seleccionaron fragmentos robustos de ejes de huesos de extremidades para fabricar herramientas de diferentes tamaños, pero con una morfología muy uniforme (Fig. 4).

Huellas de fabricación y uso-desgaste. La fabricación de las herramientas de hueso de doble biselado de Sibudu implicó raspar los bordes laterales (a–b), perforar vigorosamente los lados planos y laterales del objeto (c–e) y dar forma a la punta raspando (f–g). El desgaste por uso toma la forma de pulido que se extiende sobre la cara plana del bisel (g–h), así como cicatrices de microeliminación con bordes pulidos (i). Escalas: (b) = 1 mm; (a,c–d,f–i) = 5 mm; (e) = 1 cm. Fotografías de Fd'E.

Reconstrucción de perfiles planos y laterales de las herramientas de hueso de doble bisel mejor conservadas de Sibudu. La reconstrucción del perfil (contorno negro grueso) se basa en especímenes completos o casi completos encontrados en las capas de Howiesons Poort (a–c), Still Bay (e–f) y pre-Still Bay (i,l,p,u). Las áreas sombreadas en gris indican la parte conservada de las herramientas. Las letras coinciden con las de la Fig. 2 donde se presentan fotografías de los objetos arqueológicos. Escala: = 1 cm.

La evaluación de los datos adquiridos de los seis parámetros utilizados para analizar la textura de la superficie muestra similitudes y diferencias sustanciales entre las herramientas arqueológicas experimentales, etnográficas y desgastadas y no desgastadas (Fig. 5). Tres parámetros, Ymax, Sq y AsFc, evalúan la textura como un todo, mientras que Spc, Smr1 y Sal se enfocan en aspectos de la textura superficial como los picos (Fig. 6; Fig. S1 complementaria). El primero, que en términos simples explica la complejidad de toda la superficie (Ymax), la homogeneidad de la superficie alrededor de la altura media (Sq) y la homogeneidad de la superficie a diferentes escalas (AsFc), revela tendencias similares. En primer lugar, los especímenes arqueológicos desgastados y no desgastados muestran rangos claramente diferenciados consistentes con las observaciones microscópicas, lo que indica que los valores más bajos resultan del suavizado de las huellas de fabricación durante el uso de la herramienta. En segundo lugar, las herramientas experimentales no utilizadas presentan valores de rugosidad comparables para Ymax, Sq y AsFc, lo que indica que los estados iniciales de los bordes de trabajo eran los mismos independientemente de la estructura del hueso de la extremidad. En tercer lugar, todas las herramientas utilizadas experimentalmente muestran valores de rugosidad superiores a los registrados en su estado no utilizado. En cuarto lugar, las herramientas utilizadas para descortezar árboles y procesar una piel de conejo sin un producto abrasivo como el ocre producen la complejidad de textura más baja. Se observa un mayor grado de variabilidad entre los patrones de desgaste producidos al procesar una piel de conejo curtida con una mezcla de polvo ocre y grasa, y en las herramientas etnográficas de hueso utilizadas para descortezar árboles. Las herramientas utilizadas para excavar en sedimentos muestran los valores más altos entre todas las herramientas experimentales y etnográficas. Los valores registrados en la herramienta utilizada para excavar en sedimento seco en el talud de la Cueva Fronteriza son consistentemente más altos que los registrados en la herramienta utilizada para excavar en suelo rico en humus lejos de la cueva. El rango de variación en la textura registrado en las herramientas arqueológicas es más amplio que el calculado para cualquiera de las actividades experimentales y etnográficas. No se observa superposición entre el desgaste de las herramientas arqueológicas y el de las herramientas experimentales utilizadas para descortezar árboles y procesar piel de conejo sin un abrasivo en polvo ocre. Entre una y tres herramientas arqueológicas de siete muestran una variación compatible con el uso-desgaste producido al excavar experimentalmente suelo rico en humus o procesar piel de conejo con el compuesto de ocre y grasa, y descortezar árboles según lo registrado etnográficamente. Para cada parámetro, dos o tres patrones de desgaste arqueológico quedan fuera del rango registrado para actividades conocidas.

Representaciones 3D de áreas seleccionadas analizadas mediante análisis de textura. Comparación de representaciones en 3D de herramientas sin usar (a) y usadas (b–i) que destacan las variaciones en el desarrollo y la intensidad del desgaste resultantes del uso de herramientas de hueso en distintas actividades, es decir, excavación en sedimento seco (b) versus suelo rico en humus para 20 min (c), procesamiento de piel de conejo sin (d) y con (e) ocre durante 20 min, y descortezado de robles (f) durante un período de tiempo prolongado. Especímenes experimentales (b-e), etnográficos (f) y arqueológicos encontrados en las capas BS9 y BS14 anteriores a Still Bay (ver Fig. 2s, w) (g, i) y en la capa PGS3 de Howiesons Poort (ver Fig. 2c ) (h).

Análisis de textura. Diagramas de caja que ilustran la variabilidad en los parámetros de textura Ymax (a), Sq (b), AsFc (c), Spc (d), Smr1 (e) y Sal (f) en herramientas experimentales de doble biselado utilizadas, de izquierda a derecha, en el descortezado de árboles del sur de África, la excavación en sedimentos secos y suelo rico en humus, y el procesamiento de piel de conejo con o sin ocre, y en descortezadores etnográficos, así como en especímenes arqueológicos sin usar y desgastados encontrados en el sitio de Sibudu. Las líneas discontinuas verticales separan las herramientas utilizadas en diferentes especies de árboles, tipos de sedimentos y presencia/ausencia de mezcla ocre para procesar piel de conejo. Los números en las herramientas experimentales indican la duración del uso en minutos. Las bandas de colores horizontales resaltan el rango de variabilidad en 1σ para cada función experimental (descortezar en amarillo, excavar en sedimentos en gris, procesar pieles en rojo) después de 20 minutos de uso. Los colores mezclados indican superposición entre rangos. BC = Cueva Fronteriza.

Los parámetros que explican la nitidez de los picos, Spc, y la proporción de material de pico presente sobre la superficie del núcleo, Smr1 (Fig. 6; Fig. S1 complementaria), revelan una clara diferencia entre el desgaste presente en los especímenes arqueológicos y el generado. raspando la piel cubierta con una mezcla de ocre. Muestran una concordancia entre algunos patrones de desgaste arqueológicos y los producidos experimentalmente al excavar suelos ricos en humus, así como los observados en descortezadores etnográficos. Smr1 identifica una herramienta arqueológica que presenta un patrón de desgaste que se encuentra fuera de los rangos experimentales y etnográficos. El último parámetro, Sal, mide la distancia horizontal en la dirección en la que la autocorrelación entre pendiente y distancia disminuye más rápido. Este parámetro destaca una superposición significativa entre los patrones de desgaste arqueológico, etnográfico y experimental.

Un Análisis de Componentes Principales (PCA) basado en los seis parámetros texturales (Fig. 7) revela que la mayoría de los patrones arqueológicos de uso-desgaste se superponen con los medidos en las descortezadoras etnográficas, en las herramientas experimentales utilizadas para procesar la piel con una mezcla de ocre, y los que se utilizan para cavar en suelos ricos en humus. Los patrones de desgaste producidos experimentalmente al descortezar árboles, tratar la piel sin ocre o excavar en suelo seco quedan fuera del casco convexo que engloba la variabilidad arqueológica. Algunas medidas arqueológicas quedan fuera del rango de variación registrado en todas las herramientas experimentales y etnográficas.

Análisis de Componentes Principales basado en seis parámetros texturales. Comparación entre grupos del rango de variación en los valores de los parámetros texturales en los dos primeros componentes principales (PC1: 53,44 %; PC2: 19,89 %). Los valores registrados en especímenes arqueológicos se superponen en gran medida con los medidos en descortezadores etnográficos, herramientas experimentales utilizadas para procesar piel de conejo con una mezcla de ocre y excavar en suelo rico en humus. BC = Cueva Fronteriza.

Al someter los datos texturales experimentales y etnográficos a un Análisis Discriminante Flexible (FDA), el modelo producido en modo de entrenamiento atribuye con precisión la función para la que se utilizaron las herramientas en un 88,9 % en promedio durante 100 iteraciones; en el modo de validación, la precisión es del 79,8%. Cuando se consideran los 25 mejores modelos de 100 iteraciones, la precisión de la validación aumenta al 84,3 %. Este resultado implica que si las herramientas arqueológicas se usaron para una de las funciones documentadas, los 25 mejores modelos podrían discriminar correctamente la función para la que se usaron 17 veces de 20 (Tabla complementaria S5). La aplicación de los dos enfoques predictivos al uso arqueológico produce resultados similares: identifican el descortezado del tipo representado en las herramientas etnográficas como la función más probable para las herramientas de doble biselado de Sibudu (Tabla complementaria S6). En cuatro casos, las herramientas pueden haber sido utilizadas para excavar en suelo rico en humus o para ambas actividades. Estas funciones previstas parecen haber sido implementadas de manera similar en los tres horizontes culturales (PSB, SB, HP) en los que se encontraron las herramientas arqueológicas de hueso, a pesar de su variación en tamaño.

Las herramientas de hueso de doble bisel descubiertas en Sibudu en capas fechadas entre ~ 80-60 ka se encuentran entre las primeras herramientas de hueso formales conocidas. Los análisis texturales y discriminantes indican que la mayoría de las herramientas probablemente se usaron en actividades de descortezado que produjeron un desgaste comparable al de nuestra muestra etnográfica, y posiblemente para excavar en suelos ricos en humus, probablemente para extraer raíces, juncias u órganos de almacenamiento subterráneo. Curiosamente, la función de las herramientas de doble biselado de Sibudu no está vinculada a las actividades de caza o procesamiento de pieles, con las que tradicionalmente se ha asociado la producción de las primeras herramientas formales de hueso documentadas, por ejemplo, puntas de proyectil, puntas de púas, alisadores, etc. , sino estrategias de subsistencia domésticas dedicadas a la explotación de los recursos vegetales. La extracción de recursos vegetales subterráneos, que implica el contacto de la herramienta con el suelo y la materia vegetal, puede ser la fuente de patrones de uso y desgaste con rangos de valores superpuestos para los parámetros de textura registrados. La corteza de 174 especies de árboles se usa actualmente con fines medicinales en KwaZulu-Natal66. Muchas de estas especies han sido identificadas entre el carbón de Sibudu67,68 por lo que también pueden haber sido utilizadas como leña. Un popular taxón medicinal, Cryptocarya woodii, se encontró en las camas de juncos de Sibudu, presumiblemente utilizado como repelente de insectos69, y la corteza y la madera venenosas de Spirostachys africana70 pueden haber sido quemadas en Sibudu para crear humo insecticida68. Los cazadores-recolectores san usan la corteza de varias especies para hacer fibra que a su vez se usa para la construcción, atar herramientas o hacer trampas. Algunas raíces son excavadas y raspadas o cortadas para hacer pegamentos y adhesivos tradicionales71. La extracción y el trabajo de las raíces de esta manera podría producir rastros de raspado de tierra y rastros que emulan la eliminación de la corteza. Las diferencias entre los valores de rugosidad registrados para el desgaste por uso en descortezadoras experimentales y etnográficas podrían deberse a diferencias en el tiempo de utilización de las herramientas o a diferencias en la estructura fibrosa de la corteza y la albura sobre las que se utilizaron las herramientas.

Si bien el análisis discriminante descarta una serie de funciones, por ejemplo, el procesamiento de la piel con o sin ocre, la excavación en sedimentos secos y el descortezado de algunas especies de árboles, el PCA sugiere que algunas cuñas de Sibudu se usaron en actividades para las que aún no contamos con datos etnográficos. o correlatos experimentales. Esto es consistente con el diminuto tamaño de una o dos herramientas que parecen demasiado pequeñas para actividades de descortezado o excavación. Se debe realizar una caracterización adicional de los parámetros de textura en las herramientas de hueso experimentales y etnográficas para identificar las funciones para las cuales se usaron algunas de estas herramientas. Es necesaria la extensión de esta estrategia de investigación a otros útiles óseos identificados en la MSA y el Paleolítico Medio Europeo, y para los que se ha propuesto una función p. ej.,21,22,30, para reforzar interpretaciones previas o identificar alternativas o funciones complementarias.

Estos resultados implican que, aunque aparentemente muchas de estas herramientas servían para el mismo fin, también se buscaba un extremo de doble biselado para funciones que por el momento no podemos identificar. También implica, a la luz de la distribución estratigráfica de los artefactos estudiados, que esta tradición normativa de herramientas óseas se transmitió y mantuvo durante al menos 20 milenios y se asoció con tres tradiciones tecnológicas líticas diferentes de MSA, a saber, PSB, SB y HP. Aparte de dos herramientas morfológicamente similares de edad incierta encontradas en Broken Hill, Zambia, e interpretadas como 'gubias'36, ninguno de los numerosos sitios MSA de Sudáfrica con capas PSB, SB y HP, incluidos aquellos en los que se conservan conjuntos de fauna bien conservados. y herramientas de hueso, ha producido herramientas de hueso de doble bisel similares a las analizadas en este estudio. En las últimas tres décadas, numerosos sitios MSA del sur de África han sido excavados con métodos modernos, lo que implica la recuperación de objetos pequeños. La mayoría de las secuencias en cuevas y refugios que registran una excelente conservación de material orgánico y ensamblajes óseos de excavaciones nuevas y antiguas en sitios MSA del sur de África han sido cuidadosamente reexaminadas por especialistas en busca de herramientas óseas formales y convenientes36,37,38,39,40, 41,43,44,45,46,47,51,52,53. Aunque los métodos antiguos de excavación y las prácticas curatoriales pueden haber afectado la recuperación de herramientas de hueso fragmentadas, ahora tenemos una idea clara de qué tipos podrían estar presentes y qué secuencias arqueológicas probablemente hayan producido tales artefactos. A la luz de este patrón emergente, las herramientas de hueso de doble biselado de Sibudu sugieren que detrás de las claras similitudes en la tecnología lítica y los tipos de herramientas que definen cada tecnocomplejo del MSA del sur de África72, existen diferencias y tendencias de continuidad a escala regional en otros aspectos de la adaptación cultural. Este patrón respalda, en línea con investigaciones recientes46,72,73,74,75,76,77,78,79, un escenario en el que poblaciones humanas regionalmente distintas de MSA desarrollaron y mantuvieron innovaciones técnicas localizadas y duraderas junto con rasgos culturales más efímeros. Finalmente, nuestros resultados demuestran que los análisis tecnológicos y texturales de las herramientas óseas son medios efectivos para inferir el comportamiento humano a partir de estos artefactos. Además, contribuyen a nuestra comprensión de dónde, cuándo y con qué propósito surgieron y se establecieron en la historia humana innovaciones como las herramientas de hueso.

El sitio de Sibudu está ubicado en un acantilado sobre el río uThongathi en KwaZulu-Natal, Sudáfrica, a unos 15 km tierra adentro desde el Océano Índico (Fig. 1). Las excavaciones en el sitio fueron realizadas por uno de nosotros (LW) desde 1998 hasta 2011. Desde 2011, las excavaciones en curso se han llevado a cabo bajo la dirección de Nicholas Conard, Universidad de Tübingen. El sitio presenta una secuencia estratigráfica larga y compleja que comprende más de 50 horizontes MSA directamente cubiertos por ocupaciones de la Edad del Hierro; ninguna ocupación LSA está representada en el sitio. De 1998 a 2011 se excavó un área de 21 m2 a una profundidad de ~ 3 m. La secuencia cultural documentada durante estas excavaciones incluye pre-Still Bay, Still Bay, Howiesons Poort, post-Howiesons Poort, MSA tardío, MSA final y tecnocomplejos de la Edad del Hierro80. Aunque compleja, la estratigrafía de Sibudu es clara y está bien conservada. El análisis geoarqueológico sugiere una integridad estratigráfica excepcional con una mezcla vertical mínima entre las capas formadas antropogénicamente69,81. Tal integridad se puede apreciar a partir de la preservación de fitolitos laminados y articulados y capas de un centímetro de espesor de lecho carbonizado intacto, que a veces se extienden lateralmente por metros69. La perturbación causada por la excavación reciente de pozos, madrigueras de animales y desprendimiento de rocas se reconoció fácilmente y se delimitó claramente durante las excavaciones.

Sibudu presenta una excelente conservación orgánica, con huesos, carbón, semillas carbonizadas y otros restos de plantas encontrados a lo largo de la secuencia80,82,83. El conjunto de fauna de las capas de PSB está dominado por suidos. Los depósitos de PSB más antiguos también incluyen diversidad de caza menor84. Las ponedoras SB y HP muestran una alta frecuencia de duiker azul (Philantomba monticola) junto con suidos y bóvidos de tamaño pequeño-mediano84,85. Se interpreta que el conjunto faunístico de PHP refleja un ambiente más abierto con una disminución de presas pequeñas y un predominio de bóvidos grandes y muy grandes85. Las materias primas como la dolerita y el hornfels dominan los conjuntos líticos, aunque también se utilizaron cuarzos y cuarcitas para la fabricación de útiles de piedra, especialmente durante la HP 80,86. Los conjuntos líticos se sometieron a análisis detallados que identificaron cambios diacrónicos en la tecnología de herramientas de piedra87,88,89 y el uso en el HP y SB de lascas de presión ósea para dar forma a las herramientas de piedra46,86,88. Una caracterización química reciente de los residuos presentes en las muelas encontradas en las capas de PSB y SB sugiere que se utilizaron para moler ocre90. De 1998 a 2011 se recuperaron más de 9.200 piezas de ocre de las capas de MSA91,92.

El material arqueológico analizado en el presente estudio está conservado en el Instituto de Estudios Evolutivos de la Universidad de Witwatersrand en Johannesburgo, Sudáfrica, y proviene de las excavaciones realizadas por uno de nosotros (LW) en Sibudu (permiso de excavación Amafa 007/09) . El material faunístico de estas excavaciones ha sido analizado sistemáticamente en busca de piezas que presenten rastros de modificación. Esto condujo a la identificación de una variedad de herramientas de hueso de diferentes capas arqueológicas descritas en otros lugares44,46, así como a nuestra muestra que comprende 23 herramientas de hueso completas y rotas con un extremo de doble biselado y bordes adyacentes modificados, cuatro de las cuales se describieron en anteriores publicaciones44,46. Nuestra muestra fue recuperada entre 2004 y 2011 de capas PSB, SB y HP (Cuadro 1). En siete herramientas, se moldeó una porción seleccionada del área desgastada que presentaba un excelente estado de conservación con elastómero dental de cuerpo ligero Coltène President (Coltène, Suiza). También se tomaron moldes cerca del borde activo de tres herramientas suplementarias con rastros de raspado bien conservados y poco o ningún desgaste por uso.

Las herramientas etnográficas de hueso analizadas en este estudio, conservadas en el Musée des Civilizations de l'Europe et de la Méditerranée (MuCEM), conocido hasta 2005 como Musée National des Arts et Traditions Populaires (MNATP) en Marsella, Francia, fueron examinadas en este museo en marzo de 2019. Consisten en siete removedores de corteza de árbol hechos en radios de caballo (ver la Fig. S2 complementaria). La fabricación de estas herramientas para huesos implicaba redondear las áreas prominentes de la epífisis distal para asegurar un agarre adecuado mientras se trabajaba, y cortar la diáfisis por la mitad en un ángulo oblicuo para crear un bisel. El endurecimiento del hueso se logró en algunos casos calentando lentamente las herramientas en ceniza caliente. Se insertó una hoja de hierro en algunas herramientas cerca de la epífisis93. Después de hacer una incisión en la corteza longitudinalmente con la hoja de hierro o una herramienta de corte, y luego alrededor del tronco en los dos extremos de la incisión longitudinal, se insertó la descortezadora entre la corteza y la albura, a menudo de robles, para separar la corteza empujando y movimientos de acuñamiento. Esta actividad desarrolló un pulido característico en el área biselada del hueso en contacto con la corteza y la albura. Las descortezadoras incluidas en nuestra muestra fueron seleccionadas por el excelente estado de conservación de su zona activa y el desgaste invasivo que ha borrado las huellas de fabricación. En cuatro herramientas se moldeó el área desgastada con elastómero dental de cuerpo ligero Coltène President (Coltène, Suiza). Estas herramientas se utilizaron en Umbria, Italia y varias regiones de Francia, en particular Vendée y Loir-et-Cher durante los siglos XVIII y XIX, y fueron donadas al Museo por Jean Servais, Louis Frenet y Guy Moinet entre 1940 y 1950. Sin embargo, el uso de esta herramienta en Francia data del siglo VIII al siglo XX, cuando fue reemplazada por herramientas metálicas de forma similar93,94.

Cada artefacto óseo se examinó con un microscopio estereoscópico Leica Wild M3C equipado con una cámara digital Nikon CoolPix 900 con aumentos de 4 a 40× y se fotografió con una Canon PowerShot G7 X Mark II. Hemos registrado modificaciones naturales y antropogénicas en base a criterios establecidos en la literatura2,7,57,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110. Cuando fue posible, registramos la clase de tamaño de los mamíferos y el origen anatómico del blanco, las técnicas de extracción y modelado del blanco, y los rastros de uso y reafilado. Se registró la ubicación y extensión de las áreas trabajadas y la cronología de las acciones técnicas para cada artefacto óseo. La identificación de técnicas de modelado en especímenes arqueológicos se basa en datos experimentales y arqueológicos4,7,14,57,111,112,113,114,115,116. Los datos morfométricos se recolectaron con calibradores digitales e incluyeron, cuando fue posible, la longitud, el ancho y el grosor máximos, el grosor cortical y el ancho y grosor del área biselada a 5, 10, 15 y 20 mm del extremo distal (Tabla Suplementaria S4).

Siete fragmentos de huesos de extremidades alargadas de un bóvido grande adulto se transformaron en herramientas en forma de cuña (Fig. S3 complementaria) dando forma a sus extremos mediante abrasión con una máquina de lapeado y pulido ESCIL 300 GTL con papel de grano 800. Los huesos utilizados en los experimentos se recolectaron de un esqueleto de eland (Taurotragus oryx) parcialmente desarticulado en la granja Spion Kop 932 (28°28′03″S 27°49′05″E), cerca de la ciudad de Senekal en el este de Free Provincia Estatal de Sudáfrica. El paisaje aquí se caracteriza por las montañas de cima plana del Karoo Supergroup. Los abanicos coluviales cubren las faldas de las montañas. La roca huésped de los abanicos sedimentarios es limolita y arenisca de la Formación Elliot. Muchos de los abanicos están disecados por barrancos, y el esqueleto fue encontrado en uno de estos barrancos en el lecho seco de un río. Los huesos mostraron una etapa de meteorización 1110 con solo tejido seco en las vértebras y al final de los huesos largos, lo que sugiere aproximadamente un año de exposición. Los fragmentos de huesos de las extremidades se seleccionaron para que coincidieran con el grosor de la mayoría de las herramientas arqueológicas de huesos. Las piezas estaban secas cuando se les dio forma. El bisel se pulió con un paño de pulido flocado autoadhesivo (ESCIL, Chassieu, Francia) cubierto con una solución de diamante fino. Las superficies así producidas se examinaron con un microscopio óptico en luz reflejada, y se repitió el pulido hasta que las microestrías eran apenas detectables a un aumento de 40x, es decir, las estrías medían menos de 1 µm de ancho. Investigaciones anteriores han demostrado que las diferencias en la textura superficial original de los huesos influyen en el desarrollo del desgaste61. Además, medir el desarrollo de un patrón de uso y desgaste en herramientas de hueso utilizadas experimentalmente moldeadas con técnicas prehistóricas es un desafío porque es difícil adquirir medidas exactamente en el mismo lugar antes y después del uso. Para superar estos problemas, nuestro diseño experimental tenía como objetivo producir superficies homogéneas y comparables en las que las modificaciones que se desarrollaron durante el uso experimental pudieran ubicarse y medirse con precisión (Figura complementaria S4). El análisis textural de las áreas activas no utilizadas confirma que se caracterizaron por valores de rugosidad casi idénticos (Fig. 6; Datos complementarios S2). Esto demuestra que ni la forma experimental ni la estructura ósea original influyeron en los parámetros de rugosidad antes de los experimentos.

Se utilizaron tres herramientas biseladas experimentales para quitar secciones de corteza de tres árboles sudafricanos endémicos vivos, a saber, Harpephyllum caffrum, Lannea antiscorbutica y Mystroxylon aethiopicum. Se encontraron semillas de H. caffrum en Sibudu en capas tardías de MSA y semillas de M. aethiopicum y carbón a lo largo de la secuencia67,82. L. antiscorbutica se utiliza tradicionalmente como planta medicinal66,117,118,119,120,121. Se utilizaron dos herramientas biseladas como herramientas de excavación; uno en el suelo en la pendiente del talud de Border Cave (KwaZulu-Natal) y el otro fuera de la cueva. El suelo del talud del talud consta de partículas sedimentarias abrasivas finas y clasificadas122, mientras que el suelo exterior es una capa superficial rica en humus con grava escasa que sustenta el crecimiento de la hierba. Se utilizaron dos herramientas biseladas más para eliminar la grasa y el tejido conectivo de dos pieles de conejo. Después de desollar los animales, las pieles se secaron durante 48 h. A continuación, uno de ellos fue raspado y limpiado con una de las herramientas biseladas. El otro se cubrió con una mezcla de polvo de ocre y manteca de cerdo fundida en húmedo y se dejó secar durante 24 h más antes de rasparlo con la segunda herramienta biselada. Todas las puntas de herramientas experimentales se moldearon con elastómero dental de cuerpo ligero Coltène President (Coltène, Suiza) antes de su uso y después de 10 min y 20 min de uso.

Cuando fue necesario, los moldes de elastómero de las superficies biseladas se cortaron con un bisturí para exponer las áreas desgastadas. Las muestras resultantes se analizaron con un microscopio confocal Sensofar S Neox equipado con una lente de 50x de larga distancia (apertura numérica = 0,80), que permite una resolución lateral de 0,26 µm y una precisión vertical de 3 nm. Se realizaron adquisiciones superficiales tridimensionales en ambas superficies biseladas en un área de 0,98 × 0,74 mm ubicada cerca del borde de trabajo de la herramienta, es decir, entre 2 y 3 mm. Se evitaron en la medida de lo posible las áreas que mostraban características anatómicas, como capilares, y daños posteriores a la deposición en los especímenes arqueológicos. La calidad del escaneo se revisó después de cada adquisición. Los escaneos con el 95 % o más de la superficie medida se conservaron para su posterior análisis. Las adquisiciones menos precisas se volvieron a medir mejorando los parámetros de luz y exposición hasta que se adquirió el 95 % del área de superficie objetivo.

El tratamiento superficial posterior a la adquisición siguió un procedimiento similar al descrito por Martisius et al.61 y se realizó con el software Sensomap Mountains 7.4. Mediante el uso de operadores incorporados, implica nivelar la superficie con el método de mínimos cuadrados, reflejar los ejes y y z para obtener la superficie original de los moldes, eliminar los valores atípicos aislados y los que se encuentran alrededor de los bordes, rellenar los puntos no medidos interpolando desde vecinos, y finalmente quitando forma usando un polinomio de tercer orden. Las concavidades debidas a la presencia de capilares y daño posdeposicional se excluyeron manualmente del área analizada. Se aplicó un filtro gaussiano de 80 µm como punto de corte para eliminar la ondulación de la microtopografía. La adquisición resultante se subdividió en cuatro cuadrantes idénticos. Se calcularon los siguientes parámetros de rugosidad (ISO 25178): altura cuadrática media raíz [Sq], longitud de autocorrelación [Sal], curvatura pico media aritmética [Spc] y relación de material superior [Smr1].

El análisis fractal proporciona una alternativa a la medida de la rugosidad. Permite documentar y cuantificar formas irregulares en múltiples escalas. En arqueología, este enfoque se aplicó con éxito para documentar superficies desgastadas de huesos y herramientas de piedra, así como dientes60,123,124,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134. El software Sensomap Mountains 7.4 analiza directamente la superficie y cuantifica los parámetros fractales [AsFc] e [Ymax], que corresponden respectivamente a la complejidad fractal a escala de área y al índice de área interfacial desarrollado, es decir, un parámetro equivalente a [Sdr] que puede medirse en superficies con valores faltantes. El análisis fractal no requiere la aplicación previa de un filtro gaussiano para eliminar la ondulación.

La variación en cada parámetro textural fue documentada y comparada para especímenes experimentales, etnográficos y arqueológicos. También se evaluaron las tendencias a lo largo del tiempo en la evolución de esta variación para herramientas de hueso experimentales.

Los datos de textura (datos complementarios S1) se procesaron con los paquetes stats, mda, plyr y permute en R-CRAN135. El análisis de componentes principales se realizó con el paquete stats. El paquete mda permite realizar diferentes tipos de análisis discriminante. Se realizó un Análisis Discriminante Flexible (FDA). Esta extensión del análisis discriminante lineal utiliza combinaciones no lineales de predictores, por ejemplo, splines, y es útil para modelar relaciones multivariadas no normales o no lineales entre variables dentro de cada grupo136. Todos los parámetros de textura recopilados de los objetos etnográficos y los especímenes experimentales utilizados durante 20 minutos se incluyeron en el análisis. Para tener en cuenta el pequeño tamaño de la muestra de algunos grupos, realizamos la FDA en tres pasos. En primer lugar, cada grupo se dividió en dos submuestras seleccionadas aleatoriamente, la mitad para entrenar el modelo y la otra mitad para validarlo. En segundo lugar, se produjeron matrices de confusión que nos permitieron calcular la precisión del modelo tanto para las muestras de entrenamiento como para las de validación. Finalmente, el modelo se usó para predecir a qué grupo era más probable que pertenecieran los datos arqueológicos. Con plyr y permute, la FDA de tres pasos se replicó 100 veces. Luego se compararon las predicciones de los 25 modelos que arrojaron los valores de precisión más altos tanto en los modos de entrenamiento como de validación para evaluar la función más probable de los especímenes arqueológicos.

Todos los datos están disponibles en el texto principal o en los materiales complementarios.

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Agradecemos a Joseba Goikolea y Morgan Collard por proporcionar materiales experimentales. Agradecemos a Narjys El Alaoui, Edouard de Laubrie, Sabrina Paumier y Jean-Fabien Philippy por su ayuda para acceder a los descortezadores etnográficos. También agradecemos a Paloma de la Peña por participar en los experimentos de descortezado. Esta investigación fue financiada por las siguientes agencias: NRF African Origins Platform grant # 98824 (LB); Subvención del Centro de Excelencia en Paleociencias DSI/NRF # UID 86073 (LB); Iniciativa d'Excellence IdEx, Universidad de Burdeos, Subvención del programa Talento # 191022-001 (Fd'E, LD); Gobierno francés en el marco del programa IdEx "Inversiones para el futuro" de la Universidad de Burdeos / GPR "Pasado humano" (Fd'E, AQ, WEB, LD); Consejo de Investigación de Noruega, Centros de Excelencia (SFF), Centro para el Comportamiento Sapiens Temprano, subvención SapienCE # 262618 (Fd'E); Labex LaScArBx-ANR # ANR-10-LABX-52 (Fd'E, LG, AQ, WEB, LD).

Estos autores contribuyeron por igual: Francesco d'Errico y Luc Doyon.

Universidad de Burdeos, CNRS, MCC, PACEA, UMR5199, Edificio B2, Allée Geoffroy Saint Hilaire, CS 50023, 33600, Pessac, Francia

Lila Geis, Alain Queffelec, William E. Banks y Luc Doyon

Center for Early Sapiens Behavior (SapienCE), Departamento de Arqueología, Historia, Estudios Culturales y Religión, Universidad de Bergen, Bergen, Noruega

Francisco de Errico

Instituto Superior de Estudios Sociales (ISES-CONICET), Córdoba 191, San Miguel de Tucumán (CP4000), Tucumán, Argentina

Lucinda R. Backwell

Centro de Exploración para el Viaje Humano Profundo, Universidad de Witwatersrand, Private Bag 3, Wits, Johannesburgo, 2050, Sudáfrica

Lucinda R. Backwell

Instituto de Estudios Evolutivos, Universidad de Witwatersrand, Private Bag 3, Wits, Johannesburgo, 2050, Sudáfrica

Lucinda R. Backwell y Lyn Wadley

Instituto de Biodiversidad, Universidad de Kansas, 1345 Jayhawk Boulevard, Lawrence, KS, 66045, EE. UU.

William E. Bancos

Instituto de Patrimonio Cultural, Universidad de Shandong, Jimo-Binhai Highway 72, Qingdao, 266237, China

lucas doyon

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Excavación: LW; Conceptualización: F.d'E., LRB, LD; Metodología: F.d'E., AQ, LD; Investigación: F.d'E., LRB, LW, LG, WEB; Visualización: F.d'E., LG, LW, LD; Supervisión: F.d'E., AQ, LW; Redacción—borrador original: Fd'E, LD; Redacción—revisión y edición: F.d'E., LRB, LW, LG, AQ, WEB, LD

Correspondencia a Francesco d'Errico.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

d'Errico, F., Backwell, LR, Wadley, L. et al. Análisis tecnológico y funcional de cuñas óseas de 80–60 ka de Sibudu (KwaZulu-Natal, Sudáfrica). Informe científico 12, 16270 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20680-z

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Recibido: 08 julio 2022

Aceptado: 16 de septiembre de 2022

Publicado: 29 de septiembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20680-z

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