田螺山遺址靈芝遺存的三維重構(gòu)及鑒定

訾 威，方曉陽，蘇潤青，朱建平，孫國平

(1． 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 2． 中國中醫(yī)科學(xué)院中國醫(yī)史文獻(xiàn)研究所，北京 100700；3． 浙江省文物考古研究所，浙江杭州 310014)

0 引 言

中醫(yī)藥起源問題是當(dāng)前醫(yī)史學(xué)研究中的一個(gè)重要課題，盡管學(xué)界對中醫(yī)藥起源的理論存在一定的分歧和爭論[1-3]，但越來越多的考古材料已經(jīng)將先民用藥的歷史從先秦時(shí)期推向更早的新石器時(shí)代，早在距今5 000年或更早的新石器時(shí)代，黃河及長江中下游流域的先民們已經(jīng)有了醫(yī)療實(shí)踐活動(dòng)[4]。隨著浮選法、植硅體和淀粉粒鑒定等方法在植物考古中的廣泛應(yīng)用，更多早期遺址中的植物和果實(shí)被辨認(rèn)出來，學(xué)界對于考古遺址出土的植株辨識效率得到了極大的提高，如湖州錢山漾遺址(距今約4 700年)出土的葫蘆、花生、芝麻、蠶豆、甜瓜子、菱角、酸棗核等遺物[5]，在更早時(shí)期的田螺山遺址第5、6文化層(距今約6 000～6 500年)中也發(fā)現(xiàn)了種子、炭化米、菱角、芡實(shí)等植物遺存[6]。從中醫(yī)藥學(xué)界普遍認(rèn)同的藥食同源的角度上講，這些遺物是中醫(yī)藥起源的重要考古證據(jù)。然而，通過梳理這些考古報(bào)告和鑒定結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，這些早期植物遺存都是具有較為明顯的外觀特征或生標(biāo)特征，國內(nèi)外對于大型真菌遺存的鑒定卻鮮有報(bào)道。雖然在一億三千萬年前的白堊紀(jì)晚古生代已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大型真菌類的化石[7]，在非洲的第三紀(jì)也發(fā)現(xiàn)了完整的靈芝化石[8]，但這些與人類物質(zhì)文化發(fā)展階段相距甚遠(yuǎn)，對探究中醫(yī)藥起源并無直接幫助。在中國古代，以靈芝為代表的大型真菌在傳統(tǒng)醫(yī)藥中具有神圣的地位，被當(dāng)作“仙藥”。近年來的科學(xué)研究表明，靈芝三萜在治療腫瘤、抑制腫瘤細(xì)胞方面能夠起到重要作用[9-11]。在漢代畫像中，多次出現(xiàn)仙人手執(zhí)靈芝的樣子[12]，現(xiàn)存最早的中藥學(xué)著作《神農(nóng)本草經(jīng)》還對靈芝進(jìn)行了詳細(xì)的分類[13]。靈芝究竟何時(shí)進(jìn)入先民的生活，如何被先民發(fā)現(xiàn)和利用，是探索中醫(yī)藥起源必不可少的重要內(nèi)容之一。隨著考古遺址中疑似靈芝遺存的發(fā)現(xiàn)，古代靈芝的鑒別成為當(dāng)前中醫(yī)藥考古的研究熱點(diǎn)。

2009年，中國中醫(yī)科學(xué)院中國醫(yī)史文獻(xiàn)研究所、中國科學(xué)院大學(xué)、北京中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院三家單位科研人員合作的課題“中藥起源的文獻(xiàn)調(diào)研與科技考古示范性研究”，對中藥起源問題進(jìn)行了多學(xué)科的綜合探索[14]。曹麗娟等在對浙江余姚田螺山遺址進(jìn)行調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)一處植物遺存，從外觀形態(tài)上初步認(rèn)定是多孔菌科的紫芝[15]。其后，袁媛等根據(jù)擔(dān)孢子表觀形態(tài)鑒定樣品為擔(dān)子菌綱靈芝真菌[16]。從近年來對靈芝鑒定的文章來看，孢子形態(tài)對比仍是主要分析手段，但這一方法頗受局限。全世界已經(jīng)報(bào)道了靈芝科的有效種類達(dá)200余種，中國境內(nèi)已知靈芝已有103種，鑒定工作在對比大量孢子形態(tài)后，也只能認(rèn)為是靈芝真菌，而無法進(jìn)一步確認(rèn)種類。這是因?yàn)榧词雇环N類的靈芝，其孢子在不同生長期，其形態(tài)特征從不同角度拍攝照片仍有差異。本研究利用顯微觀察、展示了樣品水液中的孢粉圖像，初步反映了田螺山遺址的氣候特征。在此基礎(chǔ)上，通過重構(gòu)靈芝子實(shí)體三維結(jié)構(gòu)，探索鑒定古代靈芝的新方法。

1 樣品信息和孢子觀察

1．1 樣品信息

田螺山遺址位于浙江省余姚市三七市鎮(zhèn)相岙村，與著名的河姆渡遺址相距約7 km。其遺址總面積達(dá)3萬m2，疊壓8個(gè)文化層，出土典型的河姆渡文化聚落遺跡，當(dāng)前的發(fā)掘已發(fā)現(xiàn)大量遺物和遺存，系統(tǒng)獲取了非常豐富的與村落建筑布局相關(guān)、反映古人生計(jì)模式(食物結(jié)構(gòu))和加工行為的大量有機(jī)質(zhì)遺存。靈芝遺存(樣品)出土于第5、6層，年代為距今6 000～6 500年，長期處在地下水位線以下，此處還有很多植物果實(shí)和種子遺存。這些植物遺存既能可靠地記錄和反映當(dāng)時(shí)的村落生存環(huán)境，也能真切地記錄先民的生產(chǎn)方式和食物結(jié)構(gòu)。樣品呈長條狀，略彎曲，木革質(zhì)，黑褐色，長約8 mm，一端寬度約1.6 mm，有縱條的不規(guī)則條紋；另一端寬度約2.5 mm，中間有橫向斷紋，其他信息難以通過外觀識別(圖1)。

1．2 孢子觀察

靈芝屬于大型真菌，當(dāng)代對于靈芝種類的鑒別，大致包括了兩個(gè)途徑，一是通過形態(tài)特征(子實(shí)體和孢子對比)予以鑒別?！吨袊`芝圖鑒》[17]、《中國真菌志·第十八卷·靈芝科》[18]、《中國靈芝新編》[19]等著作已經(jīng)對靈芝做了詳細(xì)描述，包括野生靈芝子實(shí)體的自然形態(tài)、靈芝孢子形態(tài)等。另一種方法是通過生物標(biāo)記，即化學(xué)特征(靈芝三萜類含量測定或基因測序)。靈芝三萜是靈芝中發(fā)現(xiàn)的一類三萜類化合物，是靈芝的主要化學(xué)和藥效成分。基因測序技術(shù)也能夠解決靈芝菌株的種屬問題[20]。但生物標(biāo)記鑒定方法對樣品的純度要求更高。本研究樣品出土于地下水位線以下，考慮到樣品年代久遠(yuǎn)，且與其他植物化學(xué)成分相互影響，優(yōu)先選用了孢粉對比。檢測前樣品保存于試管中，用水液封存。將樣品從試管中取出后，在實(shí)驗(yàn)室對水液進(jìn)行了酸、堿等化學(xué)處理，換水清洗到中性后，用比重在2．1以上的重液在離心機(jī)上進(jìn)行浮選，再經(jīng)冰乙酸水稀釋、集中，純凈水清洗至中性后置到試管中，最后制活動(dòng)玻片在生物顯微鏡下進(jìn)行觀察和統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與討論

2．1 結(jié)果

在水液中觀察到有一類孢子，大小約8～10 μm，呈橢圓卵圓形，具有雙層壁，表面有不明顯紋飾，頂端平截，這是靈芝科真菌孢子的典型特征[17]，且與其他靈芝孢子圖譜[17-19，21]形態(tài)一致。同時(shí)水液中也鑒定出其他十余種植物的孢子，包括常見的松屬、樺屬、禾本科、藜科、菊科、車前、香蒲等植物的花粉(圖2)。此外還有一些真菌難以辨別，包括紡錘形、兩節(jié)、三節(jié)和四節(jié)等形態(tài)。

2．2 討論

通過孢子形態(tài)進(jìn)行鑒定是大型真菌鑒定的常用方法，目前國內(nèi)孢粉鑒定工作基本都是通過人工鑒別，盡管通過充分的孢粉分析可以獲得大量的環(huán)境信息，但一份標(biāo)準(zhǔn)水樣的工作量少則三個(gè)月，多則需要半年時(shí)間才能辨認(rèn)完成。袁媛等用掃描電鏡和光學(xué)顯微鏡傳統(tǒng)方法對靈芝孢子的鑒定，就包含了制作大量的標(biāo)樣和樣品的比對工作。而考古遺存或多或少會受到環(huán)境侵蝕，對于大型真菌類，只有木質(zhì)或革質(zhì)在特定條件下能夠保存下來，鑒定十分困難，如何提高其鑒定效率值得深入探討。當(dāng)前，CT三維重構(gòu)技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在植物莖葉的表征中，BENSON-COOPER[22]率先在木材研究中使用CT技術(shù)，經(jīng)過幾十年來的發(fā)展，CT無損檢測技術(shù)已在世界林產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先國家得到廣泛應(yīng)用，我國在此方面正在加快步伐[23]。在植物根系研究上已有CT技術(shù)應(yīng)用報(bào)道[24-27]，學(xué)者用顯微CT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鑒別文物中使用的植物種類[28]。借鑒植物CT三維重構(gòu)的方法，本研究提出重構(gòu)靈芝遺存的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)，嘗試將靈芝遺存與植物遺存進(jìn)行初步鑒別，其依據(jù)是靈芝子實(shí)體主要由菌蓋(含菌肉部分)和菌管組成(或有菌柄)，其菌管均勻并排，指向菌蓋；植物的根莖由皮層(含表皮)和維管束組成(或含木髓)，維管束與皮層并排(圖3)。

2．3 靈芝CT三維重構(gòu)

水汽會對CT掃描產(chǎn)生較大影響，為避免靈芝遺存變形，掃描前將靈芝遺存自然陰干。CT掃描工作在中國科學(xué)院高能物理研究所X射線形貌成像實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，經(jīng)測試和調(diào)整后，掃描條件為：掃描光強(qiáng)15 keV，衍射晶體Si-400，探測器像素7.4 μm，曝光時(shí)間為600 ms，峰位掃描180°，步長為0.25°。使用DEReconstructor軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，用Avizo 8．0軟件進(jìn)行三維重構(gòu)。經(jīng)三維重構(gòu)后，靈芝遺存內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)如圖4所示。能夠看到靈芝遺存內(nèi)部明顯分為兩部分，上半部分為菌管，有的區(qū)域已經(jīng)腐敗，但仍可以看到許多菌管并排，這些菌管指向下半部分的菌蓋，菌蓋具有不規(guī)則的組織結(jié)構(gòu)，與圖3中靈芝子實(shí)體剖面圖示結(jié)構(gòu)一致，這也證明了該遺存為木革質(zhì)靈芝子實(shí)體而非植物根莖。需要說明的是，由于樣品的腐朽，內(nèi)部仍有水汽存在，對CT掃描影響較大，表現(xiàn)在靈芝遺存的三維重構(gòu)圖中有許多偽影，并無法在同一閾值下渲染出遺存的完整結(jié)構(gòu)。作為比對，在相同條件下對現(xiàn)代靈芝的子實(shí)體菌管也進(jìn)行了三維重構(gòu)，圖像顯示如圖5。與現(xiàn)代靈芝子實(shí)體的菌管相比，古代遺存的菌管更細(xì)。袁媛等的孢子鑒定表明，與當(dāng)代標(biāo)樣相比，田螺山靈芝孢子形態(tài)更小[16]。這與本研究的菌管比對結(jié)果具有一致性。

3 結(jié) 論

通過顯微CT成像的方法三維重構(gòu)了靈芝遺存的內(nèi)部形態(tài)，對田螺山遺址出土的靈芝遺存進(jìn)行了鑒定，為中醫(yī)藥起源的研究提供了科學(xué)的證據(jù)和新的方法。該靈芝遺存與植物果實(shí)和種子共出一處，在先民的生活中，靈芝或許在醫(yī)藥方面起到了更大的作用。不論這些靈芝是否為先民有意識采集甚至栽培，它都已經(jīng)與先民的生活產(chǎn)生了交集，是中醫(yī)藥起源研究的重要線索。在歷史時(shí)期里，除了先民有意識的保存，自然界中的靈芝受自然侵蝕的影響，極易腐敗、變質(zhì)和分解，導(dǎo)致從外觀和生標(biāo)上很難對這類遺存予以辨認(rèn)。與傳統(tǒng)的外觀觀察相比較，CT三維重構(gòu)的方法工作量小、效率高，不受樣品表面污染或受損的影響，能夠清晰構(gòu)建出植株樣品的內(nèi)部形態(tài)。本研究建立了靈芝子實(shí)體的三維結(jié)構(gòu)，可以將靈芝與植物莖塊初步區(qū)分開來，為歷史時(shí)期靈芝遺存的鑒定提供思路。同時(shí)，該方法對于有特征性內(nèi)部結(jié)構(gòu)的植物和菌類的考古鑒定，都有較大的參考價(jià)值。

致謝： 本工作得到了中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所呂厚遠(yuǎn)研究員的指導(dǎo)，中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所楊振京研究員、楊慶華工程師對孢粉鑒定予以支持，中國科學(xué)院高能物理研究所黃萬霞副研究員對CT三維重構(gòu)提供了幫助，特此致謝！