你好，这是本兔的第
54
篇推送。
一个考古遗址中的矿化生物材料可能向我们提供关于过去人类行为的大量信息。许多产生这些矿化材料的生物都是由人为带入遗址、或者就是人类驯养的动物，而这些矿化的材料本身能够提供关于遗址内或者周边的环境信息。
骨骼和牙齿是考古学中研究的传统意义上的生物材料。（第五章已有讨论）
蛋壳、软体动物壳体，鱼类耳石，硅藻，以及植硅石也是考古遗址中常见的其他生物材料，他们也在很多方面帮助我们重建古代人类行为。
尤其是植硅石，通常在考古遗址广泛存在，能够揭示人类行为中的重要信息，而这类信息通常是一般的植物考古材料所不能覆盖的。
本章为第五章的延续，将讨论植硅石、硅藻、蛋壳、鱼类耳石以及软体动物壳体，及其中可供提取的考古信息。
植物能够产生多种矿物：两种不同形式的草酸钙
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CaC2O4·H2O, CaC2O4·2H2O*/
，二氧化硅
/*
SiO2*/
，霰石，球霰石，无定型碳酸钙
/*这三个写出来都是
CaCO3*/
，以及各种有机晶体。
植硅石，phytolith，严格来讲，指的是植物产生的所有矿物。
/*phyto：植物，lith：石头，可见本意并不一定要和硅有什么关系*/
在考古学中，植硅石这一术语大部分时候指代植物产生的某一特定的由二氧化硅构成的矿物（也称作蛋白石opal）。
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*/
植硅石并不是植物产生的数量最多的矿物材料，但却是考古遗址中常见的保持最持久的生物材料。植物产生最多的矿物是草酸钙。
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*/
但是，草酸钙会很快进入循环，这使得它们很少出现在考古遗址的沉积物中（确切地说由于同样的原因，在所有沉积物中都很少），只有少量的例外：
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*/
而二氧化硅化学性质相对稳定，受到生物降解作用的可能性较小。因此硅质的植(硅)石在考古遗址的沉积物中含量较高。
这里讲着重讨论硅质的植硅石，后面直接用“植硅石”指代。
植硅石材料
植硅石几乎100%由二氧化硅构成，其余（约质量分数0.03%）是有机质。
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*/
基本结构单元是由一个硅原子和周围四个氧原子构成的SiO4基团，在偏振光下没有双折射现象，对X射线没有反射，这说明它的原子结构并不是长程有序，一般称之为无定型二氧化硅。
除了硅酸根基团外，部分氧原子也以氢氧根（OH-）的形式存在，也有些是紧密结合的水分子。
蛋白石无序结构示意图，可见氢氧基团以及靠近颗粒表面的水分子
这些氢氧基团和水分子的存在很容易被红外光谱识别出来（见12章）。
蛋白石，就像其它无定型矿物一样，经常形成直径几十纳米的球粒。
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*/
当这些球粒组织起来，形成三维结构，这种结构会使光线形成干涉，产生特征的光泽。这在地质成因的蛋白石中非常常见。
/*来自澳大利亚昆士兰的名贵蛋白石
图片来源wikipedia*/
大部分生物成因的蛋白石球粒排列并没有那么有序，球粒表面富含氢氧基团以及水分子。
当植硅石
受热
时，一些水分子挥发而出。由于含水量与折射率成正比，加热植硅石会导致折射率的变化。
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*/
基于此产生了一个鉴别植硅石是否受热的简易方法，并在考古学中有诸多应用。
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*/
研究植硅石的
硬度
是非常有趣的，因为人们曾假设植硅石导致食草动物牙齿的磨损。在考古遗址中发现的食草动物牙齿在牙釉质表面通常都有条纹，这被认为是来自植硅石的磨损。
最初报道的植硅石的硬度高于牙釉质。
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*/
然而事实上，植硅石是比牙釉质软的。
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因此植硅石对牙釉质的磨损并不是一个很重要的因素。但是，植硅石可能对牙本质有所磨损，因为牙本质硬度较低。由于许多食草动物同时用牙釉质和牙本质进行咀嚼，植硅石对牙本质的磨损将是非常重要的。
植硅石的形成与形态
植物产生的二氧化硅沉积在各个部位：细胞膜与细胞壁之间，细胞膜内，以及细胞外。
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*/
这些二氧化硅通常复制细胞壁的形状，如下图a-c。有时候整个细胞发生硅化，因此植硅石的形状就是细胞的形状，如下图f。
植硅石的光学显微图像：a：长颖燕麦
Avena sterilis
花序多细胞植硅石，b：一粒小麦
Triticum monococcum
壳多细胞植硅石，c：二粒小麦
Triticum dicocum
花序多细胞植硅石，d：一粒小麦树突状植硅石，e：裸麦
Secale cereale
树突状植硅石，f：鼠尾粟
Sporobolus consimilis
叶片泡状植硅石，g：长角豆
Ceratonia siliqua
叶片多细胞结构，h：狗牙根
Cynodon dactilon
叶片短细胞植硅石，i：长颖燕麦叶片棘状植硅石，j：长颖燕麦叶片表皮细胞棘状植硅石。
在扫描电子显微图像中可以看得更加清楚：
三种不同类型的植硅石的扫描电子显微图像，显示它们的三维形状。
由于植硅石的形态部分或者完全复制了植物细胞的形状，
植硅石的形态通常能反映植物的种属，甚至某一种植物的特定部位
。因此植硅石可以应用于植物种属鉴定。
并不是所有植物都能产生特定形态的植硅石
，也有许多植物根本不产生植硅石。
植物组织中的植硅石的排列并不是旨在形成所谓骨架结构，不过这不影响它们使得植物组织变得坚硬。已经有研究证明，软组织中独立的二氧化硅聚合体有这一功效。
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*/
植硅石应当还有一些其他
功能
，比如保护植物对抗食草动物，
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病原体，以及寄生虫；
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*/
增强植物对干旱的抵抗力，
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*/
使植物能够运动，比如小麦种子自己扎入泥土中，
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*/
以及可能还有更多。
植硅石形成还有一个重要的性质，就是它主要由基因决定，而非环境。
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*/
这意味着，分布于较广大地理区域的同一种植物产生植硅石的种类和数量都是相同的，并且在相同的解剖学部位。这就使得我们可以观察某一地区某种植物组织中的植硅石形态和浓度，并据此推断其他地区的情形，并且得出关于这种植物形成植硅石的一般结论。
Piperno的书中有关于这一信息的详细列表。
但是，其实环境还是会通过影响植物对水和硅元素的获取，而在植硅石中留下某种“印记”。
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*/
这种环境效应已经得到了实验的证实。
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*/
产生植硅石的具体解剖部位在不同植物中、以及在同种植物的不同器官中可能会有很大的不同。迄今为止
/*成书时间2010年*/
，人们已经从全世界的植物中鉴别出大约600余种不同的植硅石形态。为方便起见，通常称作“形态型”
morphotype
。
在一个典型的考古遗址中针对与考古相关的植物植硅石进行调查，通常会涉及100多种形态型。但是，并不是所有的植硅石都具有特定的形态。
在有些情况下，即使是同一个植物组织产生的植硅石形态都可能是不一样的。因此最好将植硅石组合按照
形态一致性
和
形态可变性
分成两类。
木头和树皮是典型的形态可变植硅石的来源。
木头植硅石和硅质聚合体。左：橡树
Quercus ithaburensis
木质中形态可变植硅石（方形）和形态一致植硅石（圆柱形）；中：木头中常见的圆形平滑植硅石（图片正中）和圆柱形植硅石；右：长角豆木质中的硅质聚合体（深色物质），硅质聚合体的大小从10到50微米不等。
如果样品中含有大量形态可变的植硅石，那么这些植硅石很有可能来自木头。
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形态型的分类十分复杂。但是显然，如果有一个可以广泛适用的分类系统，使得不同研究之间可以相互比较，将极大促进这一领域的进步。一项国际合作在致力于此，并且发表了标准的命名系统。
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植硅石向我们提供的信息
利用植硅石重建古代人类行为的关键在于，理解我们能从考古遗址沉积物中的植硅石组合中获取什么信息。主要的三类信息是：种属鉴定，植物种类划分，以及植物不同部位的区分。
#种属鉴定#
许多关于植硅石的文献都强调了利用沉积物中植硅石形态来鉴别人类带入遗址的植物种类的可行性。
这当然是植硅石的一个重要应用，但是对于许多考古学中重要的植物种类来说，植硅石并不能鉴定种属。此外，不要忘记许多植物是根本不产生植硅石的，因此只根据植硅石就列出遗址上居住的先民使用的植物列表是不现实的。
一个重要的例外是谷物的鉴定。有大量复杂的形态分析致力于区分不同谷物产生的植硅石形态上的微小差异。
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*/
这使得我们可以区分主要谷物（大麦、小麦、黑麦、燕麦、水稻等）产生的植硅石。这对于研究农业行为是非常重要的。
/*这都上个世纪的事情了
我国科学家已经可以鉴别野生和驯化的水稻
