Caracterización funcional de herramientas musterienses del Cáucaso mediante un uso integral

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 17421 (2022) Citar este artículo

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Los autores discuten la caracterización funcional de las herramientas musterienses sobre la base de su uso-desgaste y análisis de residuos de cinco herramientas líticas de la cueva Mezmaiskaya y la gruta Saradj-Chuko en el norte del Cáucaso. Los resultados representan el primer análisis exhaustivo de uso, desgaste y residuos realizado en artefactos de piedra musterienses en el Cáucaso. Este estudio confirma inequívocamente el uso de betún para manejar herramientas de piedra en dos contextos culturales diferentes del Paleolítico Medio definidos en el Cáucaso, el Micoquiano Oriental y el Musteriense de Zagros.

El desarrollo de tecnología compuesta utilizando materiales adhesivos a menudo se considera un sello de sofisticación cognitiva que jugó un papel importante en el desarrollo social y tecnológico del género Homo [p. ej., 1, 2]. Nuestra comprensión del uso de herramientas compuestas por los neandertales del Paleolítico Medio (MP) en Eurasia se basa en evidencia de mangos y adhesivos3,4. La mayoría de las ideas sobre el desarrollo de tecnologías de herramientas compuestas del Paleolítico se basan en el uso-desgaste microscópico, incluidas las fracturas por impacto de diagnóstico (DIF) y otros rastros de uso5,6,7,8,9,11,12,13,14,15, y características diagnósticas de los rastros de mango10 (además, rastros de mango de diagnóstico, DHT) y la morfología de las herramientas (es decir, la presencia de elementos de mango). Sin embargo, el significado exacto de las huellas de uso y las características morfológicas no siempre está claro16, y esta evidencia por sí sola no es una indicación exhaustiva de la presencia de tecnología de manipulación. Además, algunos estudios indican que el potencial interpretativo de algunas fracturas por impacto propuestas como de valor diagnóstico para la identificación de proyectiles aún no está claro17,18.

El análisis de residuos líticos proporciona información directa de que los artefactos líticos fueron elaborados, además de permitir una identificación precisa de los materiales adhesivos involucrados en la fabricación de estas herramientas compuestas. La evidencia inequívoca actualmente conocida de los adhesivos para empuñaduras MP fechados de forma segura e identificados química y espectrométricamente incluye tres escamas de alquitrán de abedul de Campitello Quarry (Italia) y Zandmotor (Países Bajos)19,20, dos trozos de alquitrán de abedul que probablemente estaban adheridos a un cuchillo bifacial procedente de Königsaue (Alemania)21, y nueve herramientas y lascas con resina de pino, y un raspador con resina de pino y cera de abejas procedentes de las cuevas de Fossellone y Sant'Agostino (Italia)22 en Europa, así como 14 herramientas y lascas con betún de los yacimientos de Umm El Tlel y Hummal (Siria) en el Levante23,24,25,26. Estos estudios documentan que la tecnología adhesiva fue utilizada tanto en Europa como en el suroeste de Asia por diversas poblaciones de neandertales y que la producción de adhesivos por parte del MP era compleja. Los neandertales mezclaban resina de pino con cera de abejas22 y betún con cuarzo y yeso24, y alquitrán destilado de corteza de abedul20.

A pesar de que la evidencia de adhesivos MP está cada vez más documentada en Europa y Asia [para una revisión moderna, ver 20], el nivel de tecnología adhesiva aplicada para fabricar herramientas compuestas entre diferentes grupos neandertales es problemático dada la falta de datos relevantes de la mayoría de los contextos regionales MP. Este estado de la investigación demuestra la necesidad de estudios modernos detallados sobre el papel de los adhesivos en el empuñadura y el nivel de la tecnología de empuñadura en varias regiones del MP.

Nuestro estudio de caso es una muestra de cinco herramientas líticas (Tabla 1) que fueron recuperadas de excavaciones modernas en niveles MP en la cueva Mezmaiskaya y la gruta Saradj-Chuko en el norte del Cáucaso27,28 (Fig. 1). Los resultados presentados en este artículo representan el primer análisis exhaustivo de uso, desgaste y residuos realizado para artefactos MP en el Cáucaso. Este estudio confirma inequívocamente el uso de betún para manejar herramientas de piedra en dos contextos culturales diferentes de MP en el Cáucaso, el este de Micoquia y Zagros Mousterian.

Mapa del Cáucaso que muestra la ubicación de la cueva Mezmaiskaya y la gruta Saradj-Chuko. Datos: Tierra Natural. Figura producida con GRASS GIS 7.8 e Inkscape 0.97.

Utilizamos estereomicroscopía de luz reflejada (con aumento <100 ×) para identificar rastros relacionados con el uso, desgaste y empuñadura en las herramientas líticas analizadas. Además, inicialmente se utilizó estereomicroscopía de luz reflejada para localizar residuos identificables en las herramientas.

La muestra 1 es un raspador lateral facetado truncado. Los lados superior y derecho de la herramienta se trabajan mediante retoques abruptos y semiabruptos de varias filas desde la superficie dorsal. En la superficie ventral a lo largo del borde superior hay áreas de microretoque irregular y pulido brillante en crestas sobresalientes (Fig. 2A-2). Estas características son típicas del llamado "pulidor de carne", lo que indica que la herramienta se utilizó para cortar carne. El lado izquierdo se trabaja según el método de truncamiento y facetado. El borde está parcialmente redondeado y presenta zonas de abrasión y pulido en las crestas que sobresalen, lo que es típico del llamado "pulido de madera". Además, se observa un pulido similar en las crestas que sobresalen en la superficie dorsal cerca de la base de la herramienta (Fig. 2A-3). Estos son DHT relacionados con el contacto de la herramienta (fricción y movimiento) con un mango29,30, e indican que el lado izquierdo y la base de la herramienta estaban empuñados, probablemente en un mango de madera. Los rastros de desgaste y empuñadura identificados en la herramienta sugieren que se usó como un cuchillo para carne con empuñadura. Esta conclusión se confirma por la presencia de numerosos residuos de una sustancia de color marrón oscuro, localmente negra, morfológicamente similar al betún de las superficies dorsal y ventral de la base de la herramienta (Fig. 2A-1).

Análisis de desgaste y residuos de la muestra 1 de la Capa 6A en la gruta Saradj-Chuko. (A) Foto de la muestra 1, barra de escala = 1 cm. Las flechas indican la posición de los primeros planos de los residuos y las huellas de desgaste que se muestran en las fotografías microscópicas 1 a 3, barra de escala = 1000 μm: (1) residuos de sustancia negra (betún) en la base de la herramienta, (2) pulido y alisado del borde de trabajo de la herramienta debido al uso, (3) pulido y alisado de una cicatriz en la superficie dorsal debido al mango de la herramienta. (B) Primer plano SEM de la muestra de sustancia negra (residuo de betún) analizada mediante espectroscopía FTIR y Raman, y espectros Raman de tres muestras de residuos. (C) Espectro FTIR del mismo residuo.

La muestra 2 es una punta musteriense alargada. Los lados convergentes derecho e izquierdo se trabajan con retoque abrupto y semibrusco desde la superficie dorsal. Desde la superficie dorsal a lo largo de ambos bordes convergentes hay numerosas microfracturas, así como áreas de microretoque principalmente de una sola fila y, más raramente, de dos filas en las crestas que sobresalen. La punta está rota y la porción conservada de la punta muestra una fractura por flexión transversal con pequeñas escisiones a lo largo de la cresta creada por la fractura primaria en la superficie dorsal (Fig. 3A-1). Estas son fracturas DIF, que proporcionan indicadores para indicar el uso potencial de la punta lítica como punta de un proyectil compuesto. Se observa un ligero suavizado y redondeo, y estrías lineales paralelas que van desde el borde en la superficie ventral a lo largo del borde derecho cerca de la punta rota (Fig. 3A-3). El borde de la base de la herramienta muestra numerosas áreas de aplastamiento y microfracturas (Fig. 3A-2), así como varias áreas de abrasión de la superficie ventral, lo que sugiere que la herramienta fue empuñada. Los DIF y los rastros de mango identificados en la punta y la base de la herramienta, respectivamente, sugieren que la punta lítica se usó como punta de proyectil que se montó en un eje. Esta propuesta se ve confirmada por la presencia de microresiduos de una sustancia negra morfológicamente similar al betún en varias áreas a lo largo del borde de la base de la herramienta (Fig. 3B).

Análisis de desgaste y residuos de la muestra 2 de la Capa 6B en la gruta Saradj-Chuko. (A) Foto de la muestra 2, barra de escala = 1 cm. Las flechas indican la posición de los primeros planos de las huellas de desgaste que se muestran en las fotografías microscópicas 1 a 3, barra de escala = 1000 μm: (1) fracturas en la punta, (2) área de aplastamiento en la base de la herramienta, (3) alisado y estrías lineales a lo largo del borde de la herramienta. (B) Primer plano SEM de una muestra de la sustancia negra (residuo de betún) analizada mediante espectroscopía FTIR y Raman, y espectros Raman de tres muestras de residuos.

La muestra 3 es un raspador convergente con una base facetada truncada. Los lados convergentes derecho y parcialmente izquierdo de la herramienta, y parcialmente la base de la herramienta, se trabajan con retoques abruptos desde la superficie dorsal. Los bordes convergentes de la herramienta son lisos en vista en planta y finamente denticulados en perfil, con microfracturas a lo largo de los bordes. La superficie dorsal se adelgazó desde la base de la herramienta utilizando el método de truncado-facetado. La punta de la herramienta está rota y la porción conservada de la punta muestra DIF, como pequeñas fracturas derivadas de las superficies ventral y dorsal, que se inician a partir de la misma fractura por flexión que eliminó la punta (Fig. 4A-2,3). Tanto en el borde derecho como en el izquierdo de la herramienta, cerca de la punta, hay manchas de pulido brillante con un brillo graso, que pasa principalmente a lo largo de las crestas sobresalientes, alisando parcialmente los bordes y no se extiende sobre las superficies de la herramienta, lo cual es típico del pulido de carne. . La base de la herramienta tiene áreas de pulido brillante ('tipo espejo') que cubre parcialmente las facetas de retoque y se extiende lejos del borde de la base, lo cual es típico del pulido de mangos de madera o asta31. Estos DHT sugieren que la base de la herramienta estaba empuñada en un mango de madera/asta. Los rastros de uso y desgaste y los DIF identificados en la herramienta sugieren que el raspador convergente se usó como punta de proyectil o cuchillo para carne, y que la herramienta probablemente tenía un mango. Esta propuesta se confirma por la presencia de microresiduos de una sustancia marrón oscuro, localmente negra, morfológicamente similar al betún en varias áreas a lo largo de la base de la herramienta (Fig. 4A-1).

Análisis de uso, desgaste y residuos de la muestra 3 encontrada en la Capa 6B en la gruta Saradj-Chuko. (A) Foto de la muestra 3, barra de escala = 1 cm. Las flechas indican la posición de los primeros planos de los residuos y las huellas de desgaste que se muestran en las fotografías microscópicas 1 a 3, barra de escala = 1000 μm: (1) residuos de sustancia negra (betún) en la base de la herramienta, (2, 3) pulido y fracturas por escisión en la punta. (B) Primer plano SEM de una muestra de la sustancia negra (residuo de betún) analizada mediante espectroscopía FTIR y Raman, y espectros Raman de tres muestras de residuos. (C) Espectro FTIR del mismo residuo.

La muestra 4 es un raspador convergente con base adelgazada. Los lados convergentes derecho y parcialmente izquierdo de la herramienta se trabajan con un retoque abrupto desde la superficie dorsal. Los bordes convergentes de la herramienta son lisos en vista en planta y finamente denticulados en perfil, con microfracturas a lo largo de los bordes. La parte basal de la herramienta se adelgaza desde la superficie ventral mediante cicatrices planas que van desde la base de la herramienta. La punta de la herramienta tiene pequeñas fracturas derivadas en las superficies ventral y dorsal (Fig. 5A-2,3) que representan DIF. A lo largo de los bordes de la herramienta hay manchas de pulido brillante con un brillo graso, que se extiende principalmente a lo largo de las crestas sobresalientes, alisando parcialmente los bordes y no se extiende sobre las superficies de la herramienta, lo cual es típico del pulido de carne. La base de la herramienta muestra un pulido brillante tipo espejo, formando tiras continuas en algunas áreas y que se extienden lejos del borde de la base, lo cual es típico del pulido de mangos de madera. Esto sugiere que la base de la herramienta estaba sujeta a un mango de madera. Los rastros de uso, desgaste y mango, y los DIF identificados en la herramienta sugieren que el raspador convergente se usó originalmente como punta de proyectil y secundariamente como cuchillo para carne, y que la herramienta tenía mango. El mango de la herramienta se confirma por la presencia de microresiduos de una sustancia marrón oscuro, localmente negra, morfológicamente similar al betún en la base de la herramienta desde la superficie ventral (Fig. 5A-1).

Análisis de uso, desgaste y residuos de la muestra 4 encontrada en la Capa 6B en la gruta Saradj-Chuko. (A) Foto de la muestra 4, barra de escala = 1 cm. Las flechas indican la posición de los primeros planos de los residuos y las huellas de desgaste que se muestran en las fotografías microscópicas 1 a 3, barra de escala = 1000 μm: (1) residuos de sustancia negra (betún) en la base de la herramienta, (2, 3) ( 2, 3) fracturas de pulido y escisión en la punta. (B) Espectro FTIR de la sustancia negra (residuo de betún) encontrada en la muestra 4.

La muestra 5 es un raspador convergente. Desde la superficie dorsal, se trabaja el lado derecho de la herramienta con retoque brusco, con microfracturas en el borde, y el lado izquierdo se trabaja parcialmente con pequeño retoque semibrusco. Los bordes de la herramienta en ambos lados convergentes son lisos en vista en planta y finamente denticulados en perfil. La punta de la herramienta tiene pequeñas fracturas derivadas en las superficies ventral y dorsal que representan DIF. A lo largo del borde izquierdo de la herramienta y especialmente en el borde de la herramienta cerca de la punta hay un pulido brillante irregular con un brillo grasoso. El pulido cubre principalmente las áreas que sobresalen a lo largo del borde, alisando parcialmente las facetas de retoque y el borde, y no se extiende sobre la superficie de la herramienta, lo cual es típico del pulido de carne (Fig. 6A-3). El filo derecho de la herramienta no presenta pruebas de un uso intensivo de la herramienta como un cuchillo para carne. En la parte basal de la herramienta existen zonas de pulido brillante, concentrándose principalmente en crestas salientes y formando franjas continuas en algunas zonas. El pulido cubre el microrrelieve de la superficie y se extiende sobre la base de la herramienta, lo cual es típico del pulido de mangos de madera (Fig. 6A-2). Esto sugiere que la base de la herramienta estaba sujeta a un mango de madera. Los rastros de uso y desgaste y los DIF identificados en la herramienta sugieren que el raspador convergente se usó como punta de proyectil o cuchillo para carne, y que la herramienta probablemente tenía un mango. No identificamos ninguna alteración post-deposición, como pulido del suelo (a menudo con microestrías de partículas de arena), en esta herramienta, excepto la costra de calcita-carbonato en algunas áreas de la superficie de la herramienta, que parece fresca en todas las áreas no cubierto con la corteza. El mango de la herramienta se confirma por la presencia de microresiduos de una sustancia marrón oscuro, localmente negra, morfológicamente similar al betún en la base de la herramienta desde la superficie ventral (Fig. 6A-1).

Análisis de uso, desgaste y residuos de la muestra 5 encontrada en la Capa 2B-3 en la cueva Mezmaiskaya. (A) Foto de la muestra 5, barra de escala = 1 cm. Las flechas indican la posición de los primeros planos de los residuos y las huellas de desgaste que se muestran en las fotografías microscópicas 1 a 3, barra de escala = 1000 μm: (1) residuos de sustancia negra (betún) en la base de la herramienta, (2, 3) pulido y fracturas en la punta. (B) Primer plano SEM de una muestra de la sustancia negra (residuo de betún) analizada mediante espectroscopía FTIR y Raman, y un espectro FTIR del residuo.

Se han identificado posibles residuos de betún en las cinco herramientas líticas analizadas en este estudio. Para la identificación precisa de los residuos como betún orgánico, cada muestra se estudió utilizando tres métodos, incluida la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), la espectroscopia Raman y la microscopía electrónica de barrido con espectroscopia de dispersión de energía (SEM-EDS). En nuestro enfoque, se utilizaron imágenes SEM (con aumento> 100 ×) para una visualización detallada de los residuos. Se utilizaron espectroscopía SEM-EDS, FTIR y Raman para obtener datos espectroscópicos químicos y de vibración. Las técnicas espectroscópicas FTIR y Raman definieron bandas de absorción indicativas de betún orgánico en las muestras arqueológicas analizadas. Se utilizaron SEM-EDS para identificar los principales elementos químicos y comparar la composición elemental de los residuos de betún en diferentes muestras arqueológicas.

Los resultados de la espectroscopía FTIR y Raman indican la presencia de bandas de absorción correspondientes a bandas específicas de betún32,33,34,35,36 en todos los residuos identificados en las muestras analizadas. Los resultados de la espectroscopia FTIR y Raman de residuos arqueológicos en las muestras 1 a 5 se resumen en la Tabla 2.

Muestra 1. A gran aumento (> 100 ×), los residuos conservados en esta muestra (Fig. 2A-1) aparecen de color negro (Fig. 2B). El espectro FTIR del residuo (Fig. 2C) indica bandas de betún específicas, como las bandas a 2920 y 2850 cm-1 correspondientes a vibraciones de estiramiento asimétricas y simétricas ν (C-H) en el grupo CH2- (metileno), y el bandas a 1460 y 1363 cm-1 correspondientes a vibraciones deformacionales del grupo CH-. Las bandas de absorción a 1680 y 1546 cm-1 confirman adicionalmente la presencia de materia orgánica en el residuo, pero no son diagnósticas para la identificación de betún. Los espectros Raman de dos de las tres muestras analizadas en total del mismo residuo (Fig. 2B) muestran la banda en 1583 cm-1, que corresponde al pico Raman G que refleja vibraciones dentro del anillo aromático del cluster de grafeno característico de las mezclas bituminosas. . Sin embargo, los tres espectros carecen de las bandas de absorción correspondientes al pico Raman D (alrededor de 1340-1360 cm-1), que también es típico del grafeno.

Muestra 2. La espectroscopia FTIR del residuo de esta muestra falló, ya que todos los espectros FTIR reflejaron solo un ruido de fondo sólido. Los espectros Raman de dos de los tres analizados en muestras totales del mismo residuo (Fig. 3B) muestran bandas anchas a 1570 y 1360 cm-1, que corresponden a los picos Raman G y D (alrededor de 1600 cm-1 y alrededor de 1350 cm-1). 1 respectivamente; 36: tab. 2), indicando la presencia de grafeno o componentes grafíticos típicos del betún.

Muestra 3. A gran aumento (> 100×), los residuos conservados en esta muestra (Fig. 4A-1) aparecen de color negro (Fig. 4B). El espectro FTIR del residuo de la muestra 3 (Fig. 4C) es similar al espectro FTIR del residuo de la muestra 1. Al igual que la muestra 1, el espectro FTIR del residuo de la muestra 3 muestra las bandas a 2920 y 2850 cm-1. (vibraciones de estiramiento ν (C–H) en el grupo CH2–), y las bandas a 1460 y 1421 cm−1 (vibraciones de deformación en el grupo CH–) que son típicas del betún orgánico, así como las bandas a 1670 y 1546 cm −1 confirmando la presencia de materia orgánica en el residuo. Los espectros Raman de dos de los tres analizados en muestras totales del mismo residuo (Fig. 4B) muestran bandas en 1585 y 1360 cm-1, que corresponden a los picos Raman G y D. Bandas similares características del componente de grafeno, que es típico al betún, también se identificaron en la muestra 2.

Muestra 4. El espectro FTIR (Fig. 5B) del residuo de esta muestra (Fig. 5A-1) es similar a los espectros FTIR de los residuos de las muestras 1 y 3. En comparación con las muestras 1 y 3, el espectro FTIR de la muestra 4 muestra la mayor diversidad de bandas de absorción típicas del betún orgánico, incluidas las bandas a 2920 y 2850 cm −1 (vibraciones ν (C–H) en CH2– grupo metileno), pequeños picos a 2960 y 2890 cm– 1 (vibraciones ν (C–H) en el grupo metilo CH3–), y las bandas a 1460 y 1367 cm−1 (vibraciones deformacionales en el grupo CH–). Sin embargo, no se detectaron bandas de absorción relacionadas con la materia orgánica en los espectros Raman del mismo residuo en la muestra 4.

Muestra 5. A gran aumento (> 100 ×), los residuos conservados en esta muestra (Fig. 6A-1) aparecen de color negro (Fig. 6B). Al igual que los espectros FTIR de los residuos de las muestras 1, 3 y 4 descritos anteriormente, el espectro FTIR de los residuos de la muestra 5 (Fig. 6B) muestra las bandas a 2920 y 2850 cm–1 (vibraciones ν (C –H) en CH2– grupo metileno), y las bandas a 1460 y 1423 cm−1 (vibraciones deformacionales en el grupo CH–), que son típicas del betún orgánico. Al igual que la muestra 4, no se detectaron bandas relacionadas con la materia orgánica en los espectros Raman del residuo de la muestra 5.

Además, el espectro FTIR del residuo de la muestra 5 (cueva Mezmaiskaya) muestra un mayor número total de bandas de absorción que los espectros FTIR de los residuos de las muestras 1 a 4 (gruta Saradj-Chuko). Esto indica una mayor variedad de compuestos inorgánicos en los residuos de betún de la muestra 5 en comparación con los residuos de betún de las muestras 1 a 4. Además, los espectros Raman indican que tres de los cuatro residuos de betún analizados de la gruta Saradj-Chuko muestran la presencia de bandas de absorción relacionadas con compuestos orgánicos de grafeno/grafito, que están ausentes en la muestra de betún de Mezmaiskaya (Tabla 2). Estas diferencias pueden indicar diferentes fuentes de origen de los betunes identificados en el artefacto lítico de la cueva Mezmaiskaya en el Cáucaso noroccidental y los cuatro artefactos líticos de la gruta Saradj-Chuko en el Cáucaso centro-norte; la distancia lineal entre los dos sitios MP es de unos 250 km. Esta suposición se ve confirmada por los resultados de SEM-EDS.

Utilizamos SEM-EDS para complementar los datos obtenidos por FTIR y espectroscopía Raman mediante la comparación de la composición elemental del residuo arqueológico (betún en nuestro caso) y las áreas frescas (sin el residuo) que representan el material original del artefacto de piedra analizado. . Las relaciones molares de los elementos principales identificados por SEM-EDS se representan en la Tabla 3. El análisis SEM-EDS muestra que, a diferencia de las áreas sin residuos, todos los residuos de betún en las muestras 1 a 5 se caracterizan por el valor más alto de carbono (C), el más bajo. valor del silicio (Si) y el alto valor de C/Si. Estos resultados indican la diferente composición mineral de los residuos, definidos como betún orgánico mediante espectroscopia FTIR y Raman, y el material mineral original (pedernal u obsidiana) de los artefactos líticos analizados.

Lo más importante es que la proporción de picos de C y O y la composición de otros elementos químicos en las muestras de betún 1 a 4 de la gruta Saradj-Chuko son diferentes de las de la muestra de betún 5 de la cueva Mezmaiskaya (Fig. 7). La muestra 5 muestra la presencia de Br que no se encuentra en las muestras 1 a 4, pero carece de Al, N, Na y K que están presentes en las muestras 1 a 4. Estas diferencias en la composición elemental confirman los resultados de la espectroscopía Raman de que los betunes identificados en artefactos de piedra de la cueva Mezmaiskaya y la gruta Saradj-Chuko probablemente se originan a partir de diferentes fuentes de betún.

Espectros SEM-EDS de residuos de betún identificados en las muestras 1 (A), 2 (B, C), 3 (D), 4 (E) y 5 (F). Las muestras 1 a 4 son de la gruta Saradj-Chuko y la muestra 5 es de la cueva Mezmaiskaya.

Anteriormente, publicamos los resultados de los análisis de desgaste por uso microscópico de 62 herramientas líticas hechas de obsidiana (52) y pedernal (10) de la capa MP 6B en la gruta Saradj-Chuko28,37,38. Identificamos que las herramientas se utilizaban en una variedad de actividades, incluyendo armas de caza (puntas de lanza), cuchillos de carne para matar presas de caza, perforadores o punzones para trabajar pieles, raspadores de madera o hueso/asta y retocadores de piedra.

Entre las 13 herramientas de la gruta de Saradj-Chuko que identificamos funcionalmente como puntas de lanza37, la mayoría se han definido tipológicamente como herramientas convergentes y raspadores convergentes, y una como punta musteriense. Por primera vez en el Cáucaso se han identificado lanzas de caza MP con punta de piedra. Estas herramientas tenían DIF característicos, como fractura por flexión transversal con pequeñas escisiones, y algunas tenían microhuellas de desgaste identificables (alisado y abrasión) como resultado del montaje de la base de la herramienta en un eje de madera. También definimos un uso complementario frecuente de las herramientas como retocadores de bombillas (siete de las 13 piezas). Además, en las superficies de las partes basales de casi todas las herramientas se encontraron microresiduos de una sustancia de color marrón oscuro o negro, probablemente betún. Sin embargo, sólo ahora es posible una identificación clara de estos residuos como betún orgánico, sobre la base de la evidencia presentada en el artículo actual que confirma nuestra suposición anterior.

En el este del Cáucaso norte (cuenca del río Terek), además de la gruta Saradj-Chuko, el único análisis microscópico de uso y desgaste de cinco herramientas MP de las capas 12 a 13, fechado en las etapas isotópicas 4 a 5c (50 a 90 ka), en Weasel Cave (Myshtulagty Lagat) se publicó hasta ahora39,40. Los pulimentos de microdesgaste analizados en estos ejemplares arqueológicos se interpretaron como debidos al contacto con carne, cuero fresco y seco, hueso, madera, así como mangos, indicando que fueron utilizados como instrumentos diferentes que servían para una o dos funciones. Las herramientas analizadas incluyen punta musteriense atípica y punta musteriense. Ambas fueron definidas como herramientas de dos funciones que se han utilizado para matar presas y cepillar madera, siendo la primera de ellas utilizada con mango.

Los datos modernos indican que los neandertales MP en el Cáucaso noroccidental (cuenca del río Kuban) estaban estrechamente relacionados culturalmente con la población neandertal que llevaba la tradición Micoquiana oriental en Europa oriental y central, mientras que los neandertales MP que habitaban el centro-norte y el norte- El Cáucaso oriental (cuenca del río Terek) era culturalmente similar a la población neandertal que producía la industria Zagros Musteriense en el Cáucaso Menor y las montañas Zagros en Irán27,28,41. Los contactos culturales entre los grupos neandertales de Micoquia oriental y Musteriense de Zagros en el norte del Cáucaso se suponen sobre la base de hallazgos de artefactos hechos de obsidiana originarios de la fuente de obsidiana de Zayukovo (Baksan) en el Cáucaso centro-norte en la cueva Mezmaiskaya y hallazgos de objetos típicos orientales. Artefactos micoquianos en la gruta Saradj-Chuko42.

En el Cáucaso noroccidental, el único estudio microscópico traceológico (uso-desgaste) conocido hasta el momento de 131 artefactos líticos MP de la cueva Monasheskaya indicó que sólo 34 piezas tenían rastros de uso identificables. Las huellas de desgaste de estas herramientas se interpretaron como producto de raspado o perforación de pieles, corte de carne y madera, y raspado de madera y hueso, así como dos piezas fueron definidas como retocadoras de bulbos. Entre al menos ocho herramientas convergentes (cinco raspadores en ángulo y tres puntas) con huellas de uso identificables, Shchelinsky43 definió raspadores/cuchillos para trabajar la piel, la madera y el carnicero, así como un raspador en ángulo (o punta dèjète). como un probable proyectil. No se identificaron evidencias de residuos de mango o adhesivo en estas herramientas.

Aún no se han realizado estudios de uso y desgaste con microscopio para artefactos de piedra de otros sitios del este de Micoquia en el noroeste del Cáucaso. En la cueva Mezmaiskaya, que representa un sitio de referencia del este de Micoquia en la región, un análisis reciente de uso-desgaste con microscopio y espectroscopía FTIR identificaron residuos de betún y resina natural en una punta de hueso que sirvió como punta de proyectil, lo que indica que la herramienta probablemente estaba montada en un eje. probablemente de madera, y fijado mediante una masilla adhesiva compuesta por una mezcla de betún y resina44. Los datos presentados en este artículo no sólo confirman este resultado anterior, sino que indican claramente que los neandertales del este de Micoquia en el Cáucaso noroccidental utilizaron betún natural también para empuñar herramientas de piedra.

En el Cáucaso meridional, el único estudio de uso y desgaste de microscopios publicado hasta el momento sobre artefactos MP es el antiguo análisis realizado por SA Semenov45 de 12 herramientas de obsidiana musteriense de la cueva Ereván-1 en Armenia. Semenov identificó que las herramientas se utilizaban principalmente para trabajar la madera y los huesos, y mucho más raramente para raspar, cortar y perforar pieles y matar. Las herramientas incluían tres puntas musterienses alargadas y dos puntas musterienses, una de las cuales representaba la punta "tipo Ereván" con una base facetada truncada. Semenov definió que la mayoría de las puntas se utilizaban como cuchillos para carne y también esporádicamente como punzones, pero no como proyectiles. No se informó evidencia de empuñaduras identificadas en estas herramientas.

Hasta hace poco, no se realizaban estudios de residuos líticos en sitios MP en el sur del Cáucaso. El único análisis de residuos de 12 artefactos de obsidiana de depósitos de MP en la cueva Lusakert-1 (Armenia) publicado recientemente46 no logró identificar ninguna sustancia orgánica antigua, excepto probables rastros químicos de proteínas y grasa animal de procedencia desconocida en dos muestras.

El objetivo de este estudio es la caracterización funcional de herramientas MP del Cáucaso mediante un análisis exhaustivo de uso, desgaste y residuos basado en métodos microscópicos y espectroscópicos modernos, que se realizó por primera vez en esta región. Usando estereomicroscopía de luz reflejada, definimos que cuatro de las cinco herramientas analizadas (un raspador lateral y tres raspadores convergentes) se usaron como cuchillos para carne, pero todos los raspadores convergentes también tienen DIF que indican que sus puntas se rompieron debido al impacto del proyectil. Esto sugiere que los raspadores convergentes se usaron originalmente como punta de proyectil y secundariamente como cuchillo para carne. Una herramienta (punta musteriense) fue identificada funcionalmente como punta de proyectil y probablemente sirvió como punta de lanza. Además, las bases de las cinco herramientas tienen rastros diagnósticos de mangos, como pulimento de mangos de madera/astas, y también exhiben microresiduos de una sustancia de color marrón oscuro/negro, que se identificó preliminarmente como betún. Las características y ubicación de los DHT y posibles residuos de betún sugieren que las bases de estas herramientas estaban empuñadas, probablemente en un mango de madera o usando betún.

Además, documentamos por primera vez el uso de betún orgánico para el manejo de herramientas MP en el Cáucaso. Se identificó el betún y se caracterizó su composición elemental mediante tres métodos complementarios, incluida la espectroscopia FTIR, Raman y SEM-EDS. La combinación de estos métodos nos permitió determinar con precisión las sustancias orgánicas e inorgánicas conservadas en las superficies de los artefactos y sacar conclusiones sobre el uso de adhesivos a base de betún para empuñar herramientas de piedra por parte de los neandertales en el norte del Cáucaso. Los resultados concuerdan con los análisis de residuos anteriores, que indicaron que los homínidos MP estaban fabricando puntas de lanza con mango y otras herramientas utilizando adhesivos naturales para mangos, como betún y brea de corteza de abedul20,23,47,48,49.

Nuestro estudio indica inequívocamente el uso de betún para empuñar herramientas líticas en al menos dos contextos culturales MP diferentes asociados con los neandertales en la región, el Micoquiano oriental en el Cáucaso noroccidental (cueva de Mezmaiskaya) y el Musteriense de Zagros en el centro-norte. Cáucaso (gruta Saradj-Chuko). Además, la espectroscopia Raman y los datos SEM-EDS indican que los betunes identificados en los artefactos de piedra de la cueva Mezmaiskaya y la gruta Saradj-Chuko probablemente se originan a partir de dos fuentes diferentes de betún. Desde un punto de vista metodológico, este estudio funcional integrado de herramientas líticas MP (muserienses) enfatiza una alta confiabilidad de la interpretación funcional de los artefactos líticos del Paleolítico que se basa en la integración de rastros de uso, características morfológicas de los artefactos líticos y caracterización fisicoquímica. de residuos y los patrones de distribución de diversas modificaciones funcionales y residuos en los artefactos analizados.

Estudiamos cinco herramientas líticas encontradas en las capas 6A y 6B en la gruta Saradj-Chuko, y en la Capa 2B-3 en la cueva Mezmaiskaya (Tabla 1). Estos artefactos líticos fueron recuperados de excavaciones modernas y muestran una buena conservación de los residuos orgánicos e inorgánicos adheridos a sus superficies, así como signos de desgaste por uso y manipulación. Los cinco artefactos que se utilizaron para este estudio no tienen rastros que indiquen que sus superficies hayan sido alteradas debido a procesos post-deposicionales. Los artefactos no están patinados ni pulidos debido al pulido del suelo u otras alteraciones naturales posteriores al depósito, y sus superficies están frescas. La única excepción es la muestra 5, que está cubierta por una costra de calcita-carbonato en algunas áreas de la superficie de la herramienta, que parece fresca en todas las áreas no cubiertas por la costra.

La cueva Mezmaiskaya se encuentra a 1310 m sobre el nivel del mar (snm), en un pequeño afluente (el río Sukhoi Kurdjips) del río Kurdjips (a su vez un afluente del río Belaya, cuenca del río Kuban), en la cresta Azish-Tau (Lago- Tierras altas de Naki), a unos 50 km al sur de la ciudad de Maikop, en el noroeste del Cáucaso, Rusia (Fig. 1). La cueva se forma en un acantilado de piedra caliza dolomita del Jurásico superior, de unos 20 m de altura, y está situada a unos 100 m sobre el nivel del río Kurdjips. Tiene más de 500 m2 (15-17 m de ancho y unos 35 m de largo), hasta 10 m de altura en la entrada y está orientado al suroeste. En el interior de la cueva hay una cámara con un suelo relativamente horizontal, mientras que cerca de la entrada la superficie moderna de los depósitos de la cueva tiene una suave pendiente exterior. Desde 1987, cuando L. Golovanova inició las excavaciones en el lugar, se han excavado cuidadosamente unos 80 m2 hasta una profundidad máxima de 5 m.

La cueva Mezmaiskaya conserva una sucesión sedimentaria finamente estratificada de depósitos del Pleistoceno tardío y del Holoceno. Los estratos basales del Pleistoceno (4–7), excavados únicamente en un pozo de prueba, no contenían material arqueológico. Hasta el momento se han identificado sobre el área de excavación 6 estratos del Holoceno y 20 del Pleistoceno tardío, incluidos siete niveles del Paleolítico Medio (2, 2A, 2B-1, 2B-2, 2B-3, 2B-4 y 3, de arriba a abajo). abajo) con fechas ESR entre ca. 70–40 ka BP50,51; seis niveles del Paleolítico superior y dos niveles del Epipaleolítico que datan de ca. 39–25 ka cal BP y 17,5–12,5 ka cal BP respectivamente52; y seis niveles pospaleolíticos que datan del Holoceno.

La cueva de Mezmaiskaya es ampliamente conocida como referencia de la ocupación micoquiana del Paleolítico Medio tardío27,41,53,54,55,56,57,58, que ha producido tres fósiles de neandertal bien conservados. Incluyen el esqueleto de un neonato de Neandertal (Mez 1), descubierto en 1993 en la Capa 3 más antigua del Paleolítico Medio; un diente permanente aislado (Mez 3), que fue encontrado posteriormente, también en la Capa 3; y fragmentos de cráneo de un niño neandertal (Mez 2), que fueron encontrados en 1994 en la Capa 2, el nivel más alto del Paleolítico Medio59,60,61,62,63.

La gruta Saradj-Chuko está ubicada entre 935 y 940 m sobre el nivel del mar, en el río Saradj-Chuko (o Fanduko), que es un pequeño afluente izquierdo del río Kishpek (a su vez un afluente del río Baksan, cuenca del río Terek), aproximadamente a 20 km. al noroeste de la ciudad de Nalchik (república de Kabardino-Balkaria), en la región de Elbrus, en el centro-norte del Cáucaso, Rusia (Fig. 1). La cueva se formó en las volcanitas ácidas del Plioceno (ingimbritas y tobas) y está situada a unos 26 m sobre el nivel del río Saradj-Chuko. Tiene más de 300 m2 (hasta 22 m de ancho y unos 20 m de largo), hasta 6 m de altura en la entrada en forma de cúpula y está orientado al sureste.

Desde 2016, cuando E. Doronicheva comenzó las excavaciones en el sitio, en 2017-2019 se han excavado cuidadosamente unos 46 m228,64,65. La secuencia estratigráfica de la cueva tiene entre 1 y 1,5 m de espesor. El depósito basal denso (capa 7) es un estrato arqueológicamente estéril, compuesto por losas de ignimbrita y toba y sedimentos de grano fino. Las capas superpuestas 6B, 6A y 3, con luminiscencia ópticamente estimulada (OSL) que datan de 92 a 41 ka BP, han producido más de 11.600 artefactos de piedra y numerosos restos de animales. La secuencia del Paleolítico Medio está coronada por la capa 2 con artefactos raros y depósitos del Holoceno (capas 1, 1A-1C). La gruta de Saradj-Chuko es una ocupación de referencia del Paleolítico Medio, que produjo la única industria de obsidiana musteriense conocida en el norte del Cáucaso y la primera industria laminar atribuida a Zagros Musteriense en esta región.

Para el análisis traceológico (uso-desgaste) aplicamos microscopía de luz reflejada, utilizando un estereomicroscopio MS-2ZOOM (LOMO, Rusia) con aumento de hasta 80 × y un estereomicroscopio MSP-2 (LOMO, Rusia) con aumento de hasta 160x, y Videoocular TOUPCAM y cámara digital MS-12. El análisis se realizó en las instalaciones del Laboratorio de Prehistoria de ANO, San Petersburgo (Rusia). La identificación e interpretación de DIF, DHT y microhuellas de uso-desgaste en los artefactos líticos analizados se basa tanto en el método traceológico de análisis de uso-desgaste como en criterios de diagnóstico desarrollados en el Laboratorio de Estudios Experimental-Traceológicos del Instituto de la Historia de la Cultura Material de la Academia de Ciencias de Rusia, San Petersburgo66,67,68,69. También aplicamos criterios definidos en la literatura científica29,30,70,71. Los DIF que indican el uso potencial de la herramienta lítica como punta de un proyectil compuesto se definen con base en los criterios desarrollados por otros investigadores6,8,11,12,13,14,15,72.

La composición elemental de los residuos arqueológicos analizados se ha obtenido mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) con espectroscopia de energía dispersiva (EDS), mientras que su estructura química se ha investigado mediante espectroscopia de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) y espectroscopia Raman. La espectroscopia FTIR y Raman son métodos de espectroscopia mutuamente complementarios que juntos proporcionan los resultados analíticos más completos para la identificación de sustancias y compuestos químicos. Estos métodos se utilizaron para la identifcación de betún en todas las muestras arqueológicas de nuestro estudio. Los análisis se realizaron utilizando las instalaciones del Centro de Investigación Compartido “Centro analítico de procesamiento profundo de petróleo y petroquímica” en el Instituto AV Topchiev de Síntesis Petroquímica (TIPS) de la Academia de Ciencias de Rusia, Moscú (Rusia).

Las micromuestras para espectroscopia FTIR se tomaron con una aguja preparativa de sustancias de color oscuro conservadas en las superficies de los artefactos analizados. Los espectros FTIR se registraron en un espectrómetro FTIR Bruker IFS 66 v/s con una cobertura de rango espectral de 4000 a 500 cm-1, utilizando el software Bruker OPUS. La espectroscopía Raman y SEM-EDS se realizó directamente sobre las superficies de muestras arqueológicas. Los espectros Raman se registraron en un microscopio confocal Raman Bruker Senterra II, en el rango espectral completo con una resolución de 4 cm-1. Los espectros se obtuvieron de diferentes partes del área de estudio sobre las muestras analizadas. La espectroscopía SEM-EDS se realizó en un microscopio electrónico de barrido de escritorio Phenom XL G2 (Thermo Fisher Scientific) equipado con un espectroscopio EDS, con un voltaje de aceleración de 15 kV y una presión de vacío de 10 Pa. Los espectros SEM-EDS se adquirieron utilizando el instrumento incorporado. en software de identificación elemental para el análisis automatizado de picos. Para una mayor confiabilidad de los resultados SEM-EDS, el análisis se realizó en 3 a 4 puntos y áreas (sin residuo y con residuo) en cada muestra arqueológica. Para cada muestra calculamos las proporciones molares de los principales elementos químicos identificados por SEM-EDS.

La buena conservación de los artefactos líticos analizados nos permitió identificar huellas de uso y residuos en todas las muestras arqueológicas. Diversos artículos se centraron en la caracterización e identificación de materiales comunes encontrados en diversas aplicaciones32,33,34,73,74,75,76 y especialmente en el estudio de residuos conservados en herramientas de piedra del Paleolítico [p.ej.9,49,77,78,79, 80,81] estableció el marco metodológico para el examen de residuos arqueológicos en nuestro estudio. Las bandas de absorción correspondientes a bandas bituminosas específicas se definieron después de 32,33,34,73,74,75. Las asignaciones de bandas para los picos Raman se realizaron con base en36.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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La investigación presentada aquí y la redacción del artículo están financiadas por la subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia 17-78-20082 (Proyecto: “Interacción humano-naturaleza en la antigüedad en el Cáucaso central: dinámica del cambio ambiental e innovaciones tecnológicas y adaptaciones de estrategias de subsistencia” ( 2020-2022)) para el material de la gruta Saradj-Chuko y la subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia 20-18-00060 (Proyecto: “Tendencias del proceso cultural durante el Pleistoceno tardío en el Cáucaso noroccidental”) para el material de Mezmaiskaya cueva. Deseamos agradecer a dos revisores anónimos, cuyos comentarios nos ayudaron a mejorar el manuscrito.

La investigación presentada aquí y la redacción del artículo están financiadas por la subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia 17–78-20082 (Proyecto: “Interacción humano-naturaleza en la antigüedad en el Cáucaso central: dinámica del cambio ambiental e innovaciones tecnológicas y adaptaciones de estrategias de subsistencia” ( 2020–2022)) para el material de la gruta Saradj-Chuko y la subvención de la Fundación Rusa para la Ciencia 20–18-00060 (Proyecto: “Tendencias del proceso cultural durante el Pleistoceno tardío en el Cáucaso noroccidental”) para el material de Mezmaiskaya cueva.

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Conservación de conceptos y datos: EVD, LVG, VBD Análisis microscópico de uso: GNP, EIR Análisis de residuos: JVK, SAL, OYR Redacción de artículos: todos los autores.

Correspondencia a EV Doronicheva.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Doronicheva, EV, Golovanova, LV, Kostina, JV et al. Caracterización funcional de herramientas musterienses del Cáucaso mediante un análisis exhaustivo de uso, desgaste y residuos. Informe científico 12, 17421 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20612-x

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Recibido: 25 de abril de 2022

Aceptado: 15 de septiembre de 2022

Publicado: 19 de octubre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20612-x

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