如何让收藏在博物馆里的文物、陈列在广阔大地上的遗产、书写在古籍里的文字都活起来？
从挖掘到阐释，中国科学院大学（以下简称“国科大”）考古学与人类学系积极将前沿科技手段应用到出土文物的研究阐释工作中，在科技考古领域积累了大量优秀成果，并围绕考古系自身特色开展了一系列的考古文博科普活动。
一起看看他们不一般在哪！
一、展现古人科技智慧，坚定文化自信
国科大考古系师生利用各种科技手段，在陶瓷、冶金、钻孔工艺起源、钻木取火、化妆品与农田管理技术等领域取得了丰硕成果，充分展现出古人的科技智慧。
1.陶瓷、冶金、旋转钻孔工艺起源研究
青瓷是中国陶瓷烧制工艺的珍品，历史悠久，但学界在原始瓷和青瓷科学定义和起源时间上一直存在争议。王昌燧教授是中国科技考古的开创者和奠基人之一，组织创建全国科技考古学术讨论会，指导建立中国科技史学会科技考古专业委员会，研究领域涵盖陶瓷考古、冶金考古、玉器考古、生物考古和农业考古等方面。早在2008年，王昌燧教授就开始关注上述问题，并带领团队对青瓷概念进行了深入探讨。2014年，王昌燧团队在国内考古领域顶级期刊《考古》上发表论文，明确了青瓷的科学定义，即以瓷石（土）或高岭土制胎，表面施以高温釉，烧成温度达到1150℃以上的器物。2022年，王昌燧教授团队在该领域再度发力，借助硅酸盐材料的Tammann温度方程，明确原始瓷就是青瓷，指出我国青瓷起源时间应不晚于夏代。
原始瓷青釉弦纹罐（故宫博物院藏）
了解冶金技术的起源与传播对于我们认识古代文明的产生与发展有着重要意义，长期以来，西方学者的主流观点认为，华夏文明的重要组成部分——冶金工艺源自西南亚。但是王昌燧教授团队认为这些研究，“似乎都忽略了中国最早的一批人工制备的合金——黄铜”。为此，2012年，王昌燧教授团队利用中国当时最先进的上海光源同步辐射装置，对陕西姜寨遗址出土距今约6700年的黄铜片进行X射线荧光分析面扫描对比分析。结果显示，姜寨遗址出土黄铜系固态还原工艺制成，是中国最早的人工冶炼合金，其年代略早于国外最早的人工冶炼合金——砷铜，这一研究有力地支持了中国冶金起源“本土说”。
姜寨黄铜片（西安半坡博物馆藏）
鸵鸟蛋壳串珠是人类历史上最早使用的佩戴性装饰品之一，反映了旧石器时代先民的生产力水平和审美能力，并具有社群标识和个人身份的象征意义。宁夏水洞沟遗址是我国旧石器晚期的重要遗址，出土的石叶和细石叶石器见证了早期东西方人群迁徙和文化交流。此外，遗址还出土了大量的鸵鸟蛋壳串珠，与非洲、中亚、南亚出土的同类品颇为相似，也应该反映了文化交流或趋同适应。杨益民教授团队长期关注古代钻孔工艺及其传播，对宁夏水洞沟遗址的鸵鸟蛋壳珠进行显微CT分析与三维建模，鉴定了我国目前所见最早的连续旋转钻孔工艺。为研究中国先民钻孔技术演变、智力演变提供了重要信息。
水洞沟遗址的鸵鸟蛋壳珠
2.新疆洋海先民如何取火？
用火是人类文明的重要标志之一，钻木取火在诸多取火方式中占据重要地位。研究古代钻木取火器的形制、构成，以及先民对木材的选择等在考古学、人类学、民族植物学等领域均有重要意义。蒋洪恩教授长期致力于研究先民的农业活动与植物利用，对吐鲁番洋海墓地出土的钻木取火器进行系统研究，鉴定出钻木取火器的木材类型，并推断洋海先民通过徒手钻木获得火种。这项研究为新疆地区先民的生存策略研究提供了重要科学依据。
钻木取火器（吐鲁番博物馆藏）
3.“用心绘红妆”——古代先民化妆品研究
爱美之心人皆有之。对于古代先民的化妆品研究有利于帮助我们了解古人生活，活化历史场景。杨益民教授研究团队长期关注古代妆饰遗存研究，利用同步辐射显微CT、拉曼光谱技术和蛋白质组学等技术，证实新疆小河墓地出土了一种以牛心为实体的化妆棒，结合小河墓地发现的涂红行为，认为先民的这些行为可能具有特殊的宗教意涵。此外，杨益民教授还对陕西渭南刘家洼遗址芮国高等级男性墓葬的随葬微型铜罐中的残留物进行分析，鉴定出中原地区迄今最早的化妆品，实证中国早期化妆品产业的兴起。杨益民教授与韩宾副教授合作通过显微形貌、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线粉末衍射（XRD）、稳定同位素13C和放射性14C等分析手段对梁带村遗址出土春秋早期铜器内的白色残留物进行综合分析，证实其为世界上最早的人造铅白化妆品，是中国目前最早的湿化学实践。
小河公主的“化妆品”
刘家洼遗址青铜罐（陕西考古博物馆藏）
梁代村遗址青铜容器（梁代村芮国遗址博物馆藏）
4.史前农田管理技术研究
农田管理实践研究对于理解中国史前文化与早期文明的发展具有重要意义。有机粪肥的施用可以直接有效地提高作物产量。在化肥出现之前，农民为了补充土壤肥力，主要依靠动物性粪肥。中国史前时代的文化、人口大扩张发生在仰韶时期，仰韶文化的扩张离不开农业生产技术的提高。尚雪副教授团队长期致力于史前农田管理技术研究，2018年他们对新石器中晚期陕西白水河流域遗址出土动植物遗存进行碳氮稳定同位素分析，实证了史前施肥管理行为的存在，并探讨了施肥在史前粟作农业与文化发展、扩张中的重要作用，为仰韶中晚期关中先民面对气候和人口等压力挑战时农业活动变化提供了新见解。
为更进一步探究有机肥对粟黍作物稳定同位素的影响，使古代施肥与古食谱的研究建立在更加坚实可靠的基础上，2022年，尚雪副教授团队在关中黄土农田中开展了粟类作物的现代种植实验，揭示有机粪肥对土壤及粟黍作物碳氮稳定同位素的影响，为古代施肥与古食谱研究提供了重要依据。
陕西白水河流域下河遗址出土粟（左）和黍（右）籽粒
等待收获的粟（左）和黍（右）
二、活化文明互鉴场景，向世界讲好中国故事
高科技手段不但能够帮助解释古人的科技智慧，还能帮助人们还原文化早期交往交流的事实，活化文明互鉴场景。
1.珠饰反映的中外交流
釉砂是一种以石英颗粒为胎、表面着釉的陶瓷制品，在古埃及、两河流域和古印度文明，釉砂是玻璃的先驱。我国中原地区的釉砂最早见于西周时期，相比西亚地区晚了近3000年。中原地区突然大规模使用釉砂，暗示其制作工艺可能源自西方；但是，西方的釉砂技术何时何地传入中国，目前还缺乏有力证据。杨益民教授团队长期关注古代釉砂制造工艺和传播，利用X射线荧光光谱分析和上海光源同步辐射显微CT，分析新疆哈密亚尔墓地出土的早期铁器时代（约公元前1千纪）的釉砂珠，获取显微结构和化学成分等信息，揭示了这些釉砂珠的制作工艺和可能来源，认为这些釉砂可能从西方传入或者其制作工艺受到了西方的影响，应由中亚地区传入新疆，经天山廊道、河西走廊最终流入中原。这一研究不仅探讨了中原地区釉砂技术的来源，也为史前丝绸之路提供了新证据。利用同步辐射显微CT和EDXRF等科技手段，杨益民教授团队对山西倗国墓地出土西周时期釉砂珠进行无损分析，获取釉砂制品的显微结构和化学成分等信息，结果显示，我国的早期釉砂应为本土生产。此外，西周釉砂的釉配方、成型工艺与战国时期本土铅钡玻璃有着明显的区别，因此不能简单地将西周釉砂视为中国玻璃的先驱，更不能称之为“原始玻璃”。
釉砂珠管（周原博物馆藏）
西周中晚期的“礼制改革”，不仅表现在青铜器上，而且在珠饰上也有所体现。西周的珠饰中有两类新材料，一是上述的釉砂，另一类是烧制滑石珠。带釉的烧制滑石珠作为最早的人工玻璃质材料起源于西亚或南亚，在河西走廊和中原都有发现，对烧制滑石珠开展研究有助于了解古代社会变革与中外交往交流情况。杨益民教授团队对小河墓地烧制滑石珠上残留的绿色釉进行检测分析，推测烧制滑石珠工艺可能是从印度河谷通过中亚传播到南疆小河墓地一带，再传到哈密东天山与河西走廊，之后再从甘青地区传至中原。本项研究生动地勾勒了烧制滑石珠工艺传入中国的历史细节，揭开了古时中外交往交流的一角。
包含滑石珠的串饰（新疆博物馆藏）
印度-太平洋珠（简称印太珠）作为典型贸易珠，公元前4世纪开始流行于印度洋及西太平洋海域，是反映海上丝绸之路早期贸易的重要实物证据。杨益民教授团队对通过激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）、拉曼光谱和可见光-近红外光谱对南阳出土汉代玻璃珠进行分析，判断其为中原所见最早的印太珠。研究结果表明，汉代先民可能掌握了印太珠的制作工艺，印太珠在汉代主要依靠水路运输，南阳的印太珠很可能是沿着海上丝绸之路进入两广，然后沿南流江、北流河、珠江、桂江、湘江、长江、汉水北上，最终经由白河到达南阳。本研究反映出国内外复杂的贸易网络中存在不同规模的交流行为，实证了两汉时期日益繁荣的海上丝绸之路对中原地区物质文化和生活习俗的影响。
南阳出土汉代印度—太平洋珠
2.3600年前古人这样做奶酪
奶的利用对欧洲农业的传播和欧亚大草原上游牧文化的形成起着关键作用。然而，由于缺少古代奶酪实物，人们对早期奶酪的制作工艺仍然一无所知。小河文化是南疆塔里木盆地青铜时代的代表性文化。杨益民教授团队长期专注古蛋白质分析，对小河文化小河墓地中木乃伊颈部和胸部散布的淡黄色块状物及腰侧草篓中颗粒状物质进行红外光谱、有机元素分析和蛋白质组学的综合分析，证实了新疆小河墓地出土有世界上最早（3600年前）的奶酪实物。进一步的研究表明，这些奶酪是使用乳酸菌和酵母处理牛奶，最后得到乳糖含量较低的开菲尔奶酪，更适合有乳糖不耐症的成年人食用。固体奶制品具备的保质期更长、便于携带等优势为塔里木盆地先民有效适应当地恶劣的沙漠环境提供了条件。
小河文化古墓沟墓地（距今约3800年）时间上稍早于小河墓地。该墓地没有陶器出土，但陪葬了大量的草编篓，在一个草篓中发现了白色的“垢”。杨益民教授团队对草篓中白色的“垢”使用红外光谱、植物微体化石分析、气质联用和蛋白质组学等方法进行综合分析，表明草篓残留物应为酸奶沉积。本研究证实了古墓沟的草篓不仅能够储存粮食等固体物质，其精巧紧密的编织手法使其满足了装盛液体的条件，从而代替陶器的功能。从古墓沟墓地到小河墓地，奶制品从液体到固体，反映出小河先民对环境恶化的一种响应方式。
3.唐朝皇家梵香来自何方？
香料是丝绸之路上朝贡、商贸以及宗教活动的重要代表，对丝绸之路的发展具有深远影响，然而香料多为有机材质，难以长期保存，尤其是宋代以前的香料少有实物出土，对其成分、来源的分析工作更是开展较少。杨益民教授团队对唐代皇家寺院法门寺地宫出土香料样品开展气相色谱-质谱联用等综合分析，发现了榄香、沉香、乳香及“和香”制品，这些香料多产自域外，经陆上或海上丝绸之路运抵长安及洛阳，并由帝王、高僧等将其献于地宫，用于供养舍利，是这时期丝绸之路畅通、香料贸易繁荣、佛教发展的历史见证。本研究提供了我国首次发现榄香脂的证据，也是其用于佛教供养的最早物证，表明乳香及其制品最晚在唐代已输入长安，并首次揭示了唐代和香的主要原料，对于探究佛教用香，以及古代和香技术的发展都具有重要意义。
出土香料的宝函（法门寺博物馆藏）
4.一根葡萄藤，改写我国的葡萄栽培史
葡萄是人类最早栽培的果树之一，栽培种葡萄的祖先主要分布在地中海沿岸，据文献记载，葡萄传入我国版图的时间在公元前100年左右。除文献外，考古学家和农学家一直在寻找我国更早的葡萄栽培证据。新疆洋海墓地是一个起始于公元前十三世纪，终止于公元三世纪的大型地下墓群，蒋洪恩教授对洋海墓地出土的形似木棍的葡萄藤进行14C年代学测定与木材解剖学研究，证明其源于葡萄，产于公元前300年左右。洋海墓地葡萄藤应是从外地传来，并在本地得到栽培，反映出东西方文明的交流与发展，并把我国最早栽培葡萄的时间提前了200年左右，改写了我国的葡萄栽培史。
洋海墓地出土葡萄藤（吐鲁番博物馆藏）
三、实证中华文明多元一体，铸牢中华民族共同体意识
国科大考古系在深化对中华民族整体面貌和形成轨迹的历史认识等方面同样产出了大量优秀成果，对于强化文化认同，铸牢中华民族共同体意识作出了重要贡献。
1.2000多年前吐鲁番先民吃什么？
新疆吐鲁番地区降水稀少，气候极为干燥，使得考古遗址中的许多植物遗存往往由于迅速干燥脱水而得以较好地保存。蒋洪恩教授团队对新疆苏贝希遗址出土面条、点心及颖果遗存进行分析进行了植物遗存鉴定、淀粉粒和植硅体的提取及分析，并对黍类食物进行了系统的煮、蒸、烤等模拟实验。研究结果表明，面条和点心是黍磨碎后制成。模拟实验和聚类分析的结果显示，面条曾经水煮，颖果为一钵自然风干的黍粥，而点心系烤制而成。本研究为探讨2000多年前吐鲁番地区先民的生计方式以及中外文化交流提供了有价值的信息，也为今后同类样品的研究建立了较好的分析流程。
苏贝希遗址出土面食遗存和小米颖果
2.青铜器分析揭示古蜀先民的文化交流
青铜容器是中国青铜时代文化和等级制度的直接象征，也是最为广泛的远距离交换品。东周时期的蜀文化墓葬中出土了多种文化因素的青铜容器组合，表明这一时期的长江上游地区与周邻地区存在密切联系。关于蜀地不同风格青铜容器的产地来源问题，考古学家们常采用考古类型学方法，对青铜器的器型、纹饰和铭文等展开系统研究；然而，目前还没有系统证据表明这些蜀地本土风格容器与外来风格容器的生产背景有何异同。罗武干教授团队长期从事冶金考古学研究，采用考古类型学和文化因素分析与科技分析相结合，综合解读古代青铜器物与青铜文化，以期获取更多的考古学潜在信息。针对成都双元村东周墓地出土不同风格青铜容器，罗武干教授团队对双元村墓地青铜器的制造工艺、物料流通和跨区域文化交流等问题进行了详细讨论，结果表明，春秋至战国早期，蜀文化吸纳楚式青铜礼器为主，并共享楚国金属资源。战国中期以后，楚文化对蜀文化的影响渐趋衰落，蜀人开始有较为稳定的铅料资源来制作蜀式风格青铜容器，蜀地青铜手工业的产品类型、原料来源、生产技术等方面均展现出一定的独立性。本项研究从冶金考古视角，揭示出了不同风格青铜容器在随葬之前经历的生产流通图景，进一步呈现出长江流域古代人群与文化交流的重要信息，为东周时期中国西南地区区域文化互动增加了新的例证。
成都双元村青铜容器（青白江区博物馆藏）
3.先进科技手段复现两千多年前贝壳画
在古代，贝壳除了作为食物、装饰、生产工具、宗教道具、交易货币以外，先民们还将其用作绘画载体，但这方面的考古证据较为罕见，相关研究也颇欠缺。罗武干教授团队利用形态学特征分析、三维视频显微镜、X射线荧光与拉曼光谱、多光谱成像技术以及工业计算机断层扫描(CT)等一系列先进科技手段和方法对河北灵寿县出土战国时期中山国（公元前414-前296年）贝壳画进行精细研究与重建复原，并明确解答其颜料、工艺及其他相关问题，将贝壳画这种独特艺术形式的历史，至少追溯到中国的战国时期。本项研究对于进一步揭示贝壳画的艺术魅力与文化内涵以及中山国文物背后的历史与文化信息具有重要意义。
克利夫兰博物馆藏贝壳画（左）与复原后的中山国贝壳画（右）
4.You are what you eat!
利用稳定同位素分析方法研究人群的食谱与生业模式，可以为探讨文化的发展与扩张、文明的起源与发展以及人群的交流融合等问题提供依据。尚雪副教授团队长期关注与开展农牧交错带与关中地区多时段生业经济研究，对延安虫坪塬遗址、西安马腾空等东周时期遗址进行骨胶原稳定同位素研究，重建了遗址先民的食谱与生业模式。马腾空遗址人骨的碳氮稳定同位素分析重建了秦人东迁进入关中后生存方式的变迁进程，结果表明稳定的粟作农业，不仅是秦人东周时期最为重要的经济基础，也为秦人在关中地区国力的强盛乃至一统中国奠定了坚实的物质基础。
延安虫坪塬遗址墓葬
5.用牛奶“造”藏纸
造纸术的发明对世界文明的发展产生了巨大影响。藏纸是藏族聚居地区所产纸的统称，藏纸不仅是藏文化的载体，也是藏文化的重要组成部分。然而，藏纸的起源和发展并不清晰，罕有文字记载和考古实证分析。杨益民教授与韩宾副教授团队对西藏第一座藏传佛教寺院——桑耶寺发现的古代藏纸残片开展综合分析，利用包括放射性14C测年、显微观察、扫描电子显微镜（SEM）、热裂解-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）、热裂解全二维气质联用（Py-GCxGC/MS）和蛋白质组学分析等在内的多种科学方法，首次识别了瑞香狼毒纤维鉴定的生物标记物，并利用此方法鉴定了最早以瑞香狼毒为原料的藏纸、首次揭露有机、无机材料结合的填粉工艺、首次发现了利用‘奶+小麦淀粉’这一独特的纸张施胶剂。本项研究为推动藏纸的价值认知，研究藏纸的工艺演变、文化交流提供了重要信息，也表明热裂解-全二维气质联用和蛋白质组学等手段在古纸研究的广阔应用前景。
桑耶寺发现的古藏纸残片
6.植物考古揭示古人农业活动特征
早期农业活动特征研究对于了解新石器时代社会复杂化与“多元一体”的中华文明产生过程具有重要意义。尚雪副教授团队长期致力于通过植物考古研究揭示先民农业活动特征，为探讨史前文化与中华文明、中华民族共同体的形成与发展提供支撑。通过对延安觉德遗址与渭南市富平岔口遗址出土植物遗存开展14C测年、碳氮稳定同位素分析与作物重量比等研究，尚雪副教授团队探讨了遗址先民的农业活动特征、植物资源利用和生计情况，揭示出距今5000年以后粟超过黍，成为北方旱作农业的优势组成。
陕西延安地区觉德遗址出土植物种子
（光明日报全媒体记者崔兴毅 通讯员尚雪、脱畅）