Spuren für Nutzung von Feuer vor 800.000 Jahren

Mithilfe fortschrittlicher KI-Techniken entdecken die Forscher einen der frühesten Belege für den Einsatz von Feuer.

Man sagt, wo Rauch ist, ist auch Feuer, und Forscher des Weizmann Institute of Science arbeiten hart daran, diese Behauptung zu überprüfen oder zumindest zu klären, was „Rauch“ ist. In einem kürzlich in PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) veröffentlichten Artikel stellen die Wissenschaftler eine fortschrittliche, innovative Methode vor, die sie entwickelt und eingesetzt haben, um nicht-visuelle Spuren von Feuer zu entdecken, die mindestens 800.000 Jahre zurückreichen – einer der frühesten bekannten Beweise für die Verwendung von Feuer. Die neu entwickelte Technik könnte einen Anstoß zu einer wissenschaftlicheren, datengesteuerten Art der Archäologie geben, aber – was vielleicht noch wichtiger ist – sie könnte uns helfen, die Ursprünge der menschlichen Geschichte, unsere grundlegenden Traditionen und unsere experimentelle und innovative Natur besser zu verstehen.

Die Zähmung des Feuers als entscheidender Sprung

Die kontrollierte Nutzung des Feuers durch die alten Homininen – eine Gruppe, zu der der Mensch und einige seiner ausgestorbenen Verwandten gehören – lässt sich vermutlich auf mindestens eine Million Jahre zurückdatieren, etwa zu der Zeit, als die Archäologen glauben, dass der Homo habilis seinen Übergang zum Homo erectus begann. Das ist kein Zufall, denn die Arbeitstheorie, die so genannte „Kochhypothese“, besagt, dass die Nutzung des Feuers für unsere Evolution von entscheidender Bedeutung war, und zwar nicht nur, um sich warm zu halten, fortschrittliche Werkzeuge herzustellen und Raubtiere abzuwehren, sondern auch, um die Fähigkeit zum Kochen zu erlangen. Das Kochen von Fleisch beseitigt nicht nur Krankheitserreger, sondern erhöht auch die Effizienz der Eiweißverdauung und den Nährwert und ebnet den Weg für das Wachstum des Gehirns. Das einzige Problem bei dieser Hypothese ist der Mangel an Daten: Da die Suche nach archäologischen Beweisen für Pyrotechnik in erster Linie auf der visuellen Identifizierung von Veränderungen beruht, die sich aus der Verbrennung von Gegenständen ergeben (vor allem eine Farbveränderung), ist es mit traditionellen Methoden gelungen, weit verbreitete Beweise für die Verwendung von Feuer zu finden, die nicht älter als 200 000 Jahre sind. Zwar gibt es einige Belege für Feuer, die bis vor 500 000 Jahren zurückreichen, doch sind diese spärlich, und nur fünf archäologische Stätten auf der ganzen Welt liefern zuverlässige Beweise hierfür.

„Wir haben vielleicht gerade die sechste Stätte gefunden“, sagt Dr. Filipe Natalio vom Weizmann Department für Pflanzen- und Umweltwissenschaften, dessen frühere Zusammenarbeit mit Dr. Ido Azuri vom Weizmann Life Core Facilities Department und Kollegen die Grundlage für dieses Projekt bildete. Gemeinsam leisteten sie Pionierarbeit bei der Anwendung von KI und Spektroskopie in der Archäologie, um Hinweise auf das kontrollierte Brennen von Steinwerkzeugen zu finden, die vor 200 000 bis 420 000 Jahren in Israel hergestellt wurden. Jetzt sind sie wieder da, zusammen mit der Doktorandin Zane Stepka, Dr. Liora Kolska Horwitz von der Hebräischen Universität Jerusalem und Prof. Michael Chazan von der Universität Toronto, Kanada. Das Team hat den Einsatz erhöht, indem es eine „Angel-Expedition“ unternommen und die sprichwörtliche Angel weit ins Wasser hinausgeworfen, um zu sehen, was sie wieder einholen konnten. „Als wir mit diesem Projekt begannen“, sagt Natalio, „sagten uns die Archäologen, die die Funde aus dem Evron-Steinbruch analysierten, wir würden nichts finden. Wir hätten eine Wette abschließen sollen.“

Ein Steinbruch in Galiläa birgt uralte Geheimnisse

Der Steinbruch Evron im westlichen Galiläa ist eine archäologische Freiluftanlage, die Mitte der 1970er Jahre entdeckt wurde. Bei einer Reihe von Ausgrabungen, die damals unter der Leitung von Prof. Avraham Ronen stattfanden, gruben die Archäologen 14 Meter tief und legten eine Vielzahl von Tierfossilien und paläolithischen Werkzeugen frei, die auf die Zeit vor 800 000 bis 1 Million Jahren datiert werden können, was die Stätte zu einer der ältesten in Israel macht. Keines der Fundstücke oder der Boden, in dem sie gefunden wurden, wies sichtbare Anzeichen von Hitze auf: Asche und Holzkohle zersetzen sich im Laufe der Zeit, so dass es unmöglich ist, sichtbare Anzeichen einer Verbrennung zu finden. Wenn die Weizmann-Wissenschaftler also Beweise für Feuer finden wollten, mussten sie weiter weg suchen.

Die „Angel“-Expedition begann mit der Entwicklung eines fortschrittlicheren KI-Modells als dem, das sie bisher verwendet hatten. „Wir testeten eine Reihe von Methoden, darunter traditionelle Datenanalysemethoden, maschinelle Lernmodelle und fortgeschrittene Deep-Learning-Modelle“, sagt Azuri, der die Entwicklung der Modelle leitete. „Die Deep-Learning-Modelle, die sich durchsetzten, verfügten über eine spezifische Architektur, die die anderen übertraf und uns das nötige Vertrauen gab, um dieses Werkzeug in einem archäologischen Kontext ohne sichtbare Anzeichen von Feuereinsatz weiter einzusetzen.“ Der Vorteil der künstlichen Intelligenz besteht darin, dass sie verborgene Muster in einer Vielzahl von Maßstäben finden kann. Indem die chemische Zusammensetzung von Materialien bis auf die molekulare Ebene genau bestimmt wird, können die Ergebnisse des Modells die Temperatur abschätzen, auf die die Steinwerkzeuge erhitzt wurden, und letztlich Informationen über das Verhalten der Menschen in der Vergangenheit liefern.

„Als wir mit diesem Projekt begannen, sagten uns die Archäologen, die die Funde aus dem Evron-Steinbruch analysierten, dass wir nichts finden würden. Wir hätten eine Wette abschließen sollen.“

Dr. Filipe Natalio vom Weizmann Department für Pflanzen- und Umweltwissenschaften

Mit einer genauen KI-Methode in der Hand konnte das Team damit beginnen, nach molekularen Signalen der Steinwerkzeuge zu fischen, die von den Bewohnern des Evron-Steinbruchs vor fast einer Million Jahren benutzt wurden. Zu diesem Zweck untersuchte das Team die Hitzeeinwirkung von 26 Feuersteinwerkzeugen, die vor fast einem halben Jahrhundert an der Fundstelle gefunden wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Werkzeuge auf eine große Bandbreite von Temperaturen erhitzt worden waren – einige von ihnen auf über 600 °C. Darüber hinaus analysierten sie mit einer anderen spektroskopischen Technik 87 Überreste von Tieren und entdeckten, dass der Stoßzahn eines ausgestorbenen Elefanten ebenfalls strukturelle Veränderungen infolge der Erhitzung aufwies. Auch wenn sie mit ihren Behauptungen vorsichtig sind, lässt das Vorhandensein von versteckter Hitze darauf schließen, dass unsere Vorfahren, nicht anders als die Wissenschaftler selbst, Experimentierer waren.

Nach Ansicht des Forscherteams können wir durch die Betrachtung der Archäologie aus einem anderen Blickwinkel und unter Verwendung neuer Werkzeuge viel mehr finden, als wir ursprünglich dachten. Die Methoden, die sie entwickelt haben, könnten zum Beispiel an anderen Orten des Jungpaläolithikums angewandt werden, um nicht sichtbare Beweise für die Verwendung von Feuer zu finden. Darüber hinaus könnte diese Methode vielleicht eine neue raum-zeitliche Perspektive auf die Ursprünge und die kontrollierte Nutzung des Feuers bieten und uns helfen, besser zu verstehen, wie sich das pyrotechnische Verhalten der Homininen entwickelt und andere Verhaltensweisen beeinflusst hat. „Besonders im Fall des frühen Feuers“, sagt Stepka, „könnten wir mit dieser Methode an archäologischen Stätten, die eine oder zwei Millionen Jahre alt sind, etwas Neues lernen.“

Nach allem, was man hört, war die Fangexpedition ein durchschlagender Erfolg. „Es war nicht nur eine Demonstration der Erforschung und der Belohnung durch die gewonnenen Erkenntnisse“, sagt Natalio, „sondern auch des Potenzials, das in der Kombination verschiedener Disziplinen liegt: Ido hat einen Hintergrund in Quantenchemie, Zane ist ein wissenschaftlicher Archäologe und Liora und Michael sind Prähistoriker. Durch die Zusammenarbeit haben wir voneinander gelernt. Für mich ist das ein Beispiel dafür, wie wissenschaftliche Forschung zwischen Geistes- und Naturwissenschaften funktionieren sollte.“

Nach einer Pressemitteilung des Weizmann Institute of Science.

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