טכנולוגיית האש
של האדם הקדמון

לפני כ-420 אלף שנה ועד כ-200 אלף שנים לפני היום התגוררה קבוצת בני אדם קדומים במערת קסם הסמוכה לראש העין, ואשר משויכת לתרבות מקומית וייחודית הנקראת "האשלו-יברודית". איננו יודעים בדיוק מי הם היו – אולי השתייכו למין הומו ניאנדרטלנזיס (homo neanderthalensis), אולי היו קרובים יותר למין שלנו, הומו ספיאנס. באתר נמצאו רק כמה שיניים של אדם, שמהם קשה להסיק על המין המדויק. אנחנו יודעים לא מעט, עם זאת, על הכלים שייצרו, האופן בו השתמשו בהם, ומה זה מלמד על היכולות שלהם. במקום נמצאו כלי אבן רבים, בעיקר מאבני צור, ועצמות של יחמורים ובעלי חיים אחרים שנחתכו בעזרת כלי הצור. במערה נמצאו גם ראיות רבות לשימוש באש, אפר עצים ועצמות שרופות. גם חלק מכלי הצור נשאו סימני שריפה.

במחקר חדש, חוקרים ממכון ויצמן למדע ומאוניברסיטת תל אביב בחנו את כלי אבן משכבה ארכאולוגית הקדומה ל-300 אלף שנה, ובעזרת אלגוריתם של למידת מכונה (Machine Learning) הראו שהם אכן חוממו, ושכלים מסוגים שונים נעשו מגושים שחוממו במידה שונה – כלומר, אותם אלו שסיתתו את הכלים ידעו לשלוט בחום האש לצרכיהם. החוקרים משערים שאותם אנשים קדומים עשו זאת בשביל לשפר את תכונות חומר הגלם ולקבל כלים יעילים וטובים יותר. אנשי מערת קסם, אם כך, פיתחו כבר לפני 300 אלף שנה טכנולוגיות ייצור התלויות באש, ויכולת לחמם את גושי חומר הגלם לטמפרטורות שונות.

כר נרחב לגילויים על חיי האדם הקדמון. אתר החפירות במערת קסם | צילום באדיבות מעבדת פיליפה נטליו, מכון ויצמן למדע

אבנים חמות ולייזר

את המחקר הוביל פרופ' פיליפה נטליו (Natalio) ממרכז קימל למדעי הארכיאולוגיה במכון ויצמן עם ד"ר אביעד אגם המתמחה בארכיאלוגיה פרה-הסטורית (שעבד כבתר דוקטוראנט במעבדתו של נטליו, כיום באוניברסיטת תל אביב), ובשיתוף עם פרופ' אבי גופר מהחוג לארכיאולוגיה של אוניברסיטת תל אביב, וד"ר עידו פנקס מהמחלקה לתשתיות מחקר לכמיה במכון ויצמן. מאוחר יותר הצטרף אליהם גם ד"ר עידו עזורי מהיחידה לביואינפורמטיקה במחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים במכון ויצמן.

הצעד הראשון שלהם היה לבדוק אבני צור שחוממו במעבדה לטמפרטורות שונות. לצורך כך הם אספו גושי צור מכמה מקורות צור ברחבי הארץ, וחיממו אותם בתנור לטמפרטורות שונות, מ-275 מעלות ועד ל-800 מעלות צלזיוס, במשך שלוש שעות. אבנים אחרות הושארו בטמפרטורות החדר. "זה היה ממש מרתון", אמר עזורי בראיון לאתר מכון דוידסון. "הם יצרו בסיס נתונים גדול מאוד".

בשלב הבא בחנו החוקרים את ההבדלים בין גושי הצור שחוממו לטמפרטורות שונות, או לא חוממו כלל. ניתן לעשות זאת בכמה שיטות. קודם כל, אפשר לראות בעין שברים זעירים שנוצרים בעקבות החום בדרך כלל אם טמפרטורת החימום גבוהה, ולעיתים ניתן לראות גם שינויי צבע. אך השיטה הזו אינה מדויקת, ולא נותנת מידע על הטמפרטורה שהאבנים היו בה – אלא רק אם הן חוממו או לא, וגם בכך עלולות ליפול טעויות. שיטות אחרות בודקות תכונות של גושי אבן הצור שמשתנות בעקבות החימום, כמו מגנטיות, אך רבות מהשיטות האלו הורסות את האבן בתהליך הבדיקה.

לכן בחרו החוקרים בשיטה שנקראת ספקטרוסקופיית רמאן (Raman spectroscopy), שבה מקרינים את האבן בלייזר (במקרה זה באולטרה סגול קרוב) ומודדים את הפיזור של הפוטונים, חלקיקי האור, המוחזרים ממנה. חימום האבן לטמפרטורה מסוימת משנה את תכונותיה הכימיות, וטביעת האצבע של החימום נחשפת במדידה הספקטרוסקופית. השיטה הזו לא מזיקה לאבן, ומדויקת הרבה יותר מאשר בחינה ויזואלית בלבד.

המטרה של החוקרים הייתה למצוא קשר בין תוצאות הספקטרוסקופיה לטמפרטורה שאליה חוממה האבן וכך יהיה אפשר לדעת בעזרת מדידות ספקטרוסקופיות לאיזו טמפרטורה חוממו פריטי האבן בטרם סיתות והכנת כלים במערת קסם. אך תוצאות הספקטרוסקופיה עבור הקבוצות השונות של פריטי הצור לא יצרו תבנית ברורה שאפשר היה להבחין בה בעזרת כלים חישוביים רגילים. כאן נכנס לתמונה עזורי: הוא בנה מודל למידת מכונה שהצליח למצוא את התבניות הנסתרות.

מימין למעלה, בכיוון השעון: פיליפה נטליו, אבי גופר, אביעד אגם, עידו עזורי ועידו פנקס | צילומים באדיבותם

הישג טכנולוגי מרשים

החוקרים ערכו מדידות ספקטרוסקופיות לכמה מכלי האבן מהמערה, חלקם נתזים (flakes), שהם קצרים ורחבים יחסית, וחלקם להבים (blades), פריטי צור מאורכים וצרים, דמויי סכין. הלהבים הופקו בעזרת טכנולוגיית סיתות חדשנית, שהופיעה באזורינו לראשונה בשלב התרבותי המיוצג במערת קסם. על פי ניתוח מיקרוסקופי של סימני השימוש עליהם, הם שימשו בעיקר לחיתוך בשר. המודל הראה שהנתזים נחשפו לטמפרטורה גבוהה, בסביבות 400 מעלות צלזיוס, בעוד הלהבים חוממו לטמפרטורה של כ-250 מעלות בלבד.

להב (מימין), נתז מסותת ורסיס שהוא תוצר לוואי של הסיתות | צילומים באדיבות מעבדת פיליפה נטליו, מכון ויצמן למדע

החוקרים משערים כי תושבי המערה חיממו את גושי אבן הצור לפני שסיתתו אותם, שכן החימום משנה את מרקם האבן, מקל על הסיתות ומשפר את התוצרים. "חימום מבוקר ונשלט של הצור שיפר ככל הנראה את אחוזי ההצלחה בהפקת להבים, כלים המתאימים במיוחד לביתור בעלי חיים", אמר עזורי.

האם לאנשי מערת קסם הייתה שליטה על הטמפרטורה שאליה האבנים הגיעו, והאם כיוונו אותה מראש לייצר סוג מסוים של כלים? קשה לענות על כך בוודאות. הממצאים בהחלט מתאימים להשערה הזו, אך ייתכן גם שהם חיממו אבנים ובחרו כיצד לסתת אותן לפי הטמפרטורה אליהן הגיעו, מבלי לשלוט עליה מראש. החוקרים אומרים כי על פי ממצאים נוספים ורבים ממערת קסם, המעידים על מרחב רחב של התנהגויות של יושבי המערה, סביר כי הפעולות שנקטו היו מבוססות-ידע ובכוונת מכוון, וכך סביר להניח הוא גם המקרה של החימום המבוקר של חומרי גלם לסיתות להבים.

אם אכן הם היו מסוגלים לכוון את הטמפרטורה, מדובר בהישג טכנולוגי מרשים מאוד. "זה דבר מדהים", אמר עזורי "זו טכנולוגיה מאוד מתקדמת בשביל אנשים שחיו לפני 300 אלף שנה. זה אומר משהו על היכולת הקוגניטיבית שלהם - לא רק שהם ידעו לשלוט בטמפרטורה, הם גם היו מספיק חכמים כדי להבין כיצד זה יעזור להם בייצור הכלים".