考古学与免疫学如何产生不解之缘

华安生物 | 来源

所谓“免疫”原由拉丁字“immunis”而来,其原意为“免除税收”(exceptionfromcharges), 也包含着“免于疫患”之意。免疫学是研究生物体对抗原物质免疫应答性及其方法的生物-医学科学。免疫应答是机体对抗原刺激的反应,也是对抗原物质进行识别和排除的一种生物学过程。

考古学,即考究古代的学科,属于人文科学,在中国是历史学的分支,而在美国和加拿大被视为人类学的分支之一,在欧洲被当作独立学科或历史学的一部分。考古学旨在根据古代人类各种活动遗留下来的物质资料,以研究人类古代社会的历史。

实物资料包括各种遗迹和遗物,它们多埋没在地下,必须经过科学的调查发掘,才能被系统地、完整地揭示和收集。

这两个看似毫不相干的领域,却因缘际会。

而这个缘,便是丝绸。

2014年6月,第38届联合国教科文组织世界遗产委员会会议在卡塔尔首都多哈举行,这个会议就是我们通常所说的“世界遗产大会”。在这届大会上,中国、哈萨克斯坦和吉尔吉斯斯坦联合申报的“丝绸之路:长安—天山廊道的路网”,成功申报世界文化遗产。

但是在一锤定音之前,有国家的代表提出了异议。时任中国丝绸博物馆馆长、国际古代纺织品研究中心(CIETA)理事的赵丰回忆说:“他们说本国的丝绸比中国更早,但那用的是野蚕(柞蚕、蓖麻蚕等)吐的丝,而不是家蚕(桑蚕)。全球公认的蚕桑丝绸业的起源就是中国,像‘养蚕业’在英语里就称作‘sericulture’。其中,‘seri’就源于古希腊古罗马对中国的称呼‘Seres(丝之国)’。而‘culture’一词是要有人的作用,才能称为‘culture’,野生的、采集的,都不能算作‘culture’。”

本来不是事,有了插曲还是要重视。凯旋后,国家文物局就要求考古界拿出丝绸起源于中国的确实证据。而在2010年,国家文物局就依托中国丝绸博物馆,成立了纺织品文物保护国家文物局重点科研基地。这个任务自然也落到了基地身上。

自2012年,中国丝绸博物馆先后与浙江大学、浙江理工大学和中国计量大学合作,开展基于免疫学技术的纺织纤维精细鉴别研究。目前,已经通过动物免疫定制不同类别的特异性抗体,形成以酶联免疫吸附试验(ELISA)、免疫荧光显微技术(IFA)和免疫层析技术(ICA)等为主的技术体系,主要用于考古现场丝织品微痕检测、纺织纤维材质的快速鉴别。

左图为汪沟遗址俯瞰实拍图片

右图为荥阳汪沟遗址出土的碳化丝织品及放大后显示出的纹络图片

2017年,在汪沟遗址的两具瓮棺中,从土样里检测出了丝蛋白的信号,由此一锤定音——这是世界上最早的丝绸实物。

氢、碳、氮、氧,四种元素的原子,按照不同的分子结构,结合成18种氨基酸。18种氨基酸再按照一定的序列,连接成肽链。肽链再经过β折叠、α螺旋……形成了丝蛋白,丝蛋白外再裹上一层丝胶——蚕丝的本质就是一种天然高分子蛋白类化合物,而蚕就像是一座有生命的小小的生物反应器。

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桑蚕——春的蕴藉,终究难以抵挡世间千年的风霜。古往今来,无数的丝绸经历了从丝蛋白、肽链、氨基酸再到更简单的元素的降解过程。这就需要研究人员在丝蛋白的降解产物中找到它曾经的痕迹。

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“其实这项工作我们在2009年就开始了,当时是为了寻胶。”时任纺织品文物保护国家文物局重点科研基地主任,现任中国丝绸博物馆副馆长的周旸教授(上图)娓娓道来。

当时,南京长干寺地宫出土了一批北宋纺织品,有的运用了印金工艺,即将金泥与明胶调和,在丝绸上描画。但是过了1000年,这批纺织品都吸饱了水分,胶质已经流失,如何证明丝织品在描金过程中用过胶?

中国丝绸博物馆等机构的科研人员想到过多种方法。做元素分析,胶质已经流失;做质谱分析,文物上污染物太多,分析出的噪音太多。后来,他们想到了免疫法。这个方法曾被美国盖蒂研究所用于古埃及壁画上,找到了古埃及人在颜料中使用蛋清的痕迹。

免疫学的原理每天都在人类和动物身上发生,并被人们有效运用。细菌、病毒等有机物质进入血液中,导致血清产生抗体。这些导致抗体产生的有机物质则被称作抗原。从血液中检测出传染病的抗体,是医生的重要技术,而我们注射疫苗后,体内也会产生相应抗体。

通过免疫法,研究人员在这批宋代纺织物上找到了胶的痕迹。能找到“胶之痕”,同样的办法也能找到“丝之痕”。随后,中国丝绸博物馆等机构开始了名为“基于免疫学原理的丝绸微痕检测技术”的研发。研究人员找到丝蛋白中的特征片段,以这种分子标志物在兔子身上制备抗体。抗体和抗原是一把钥匙开一把锁,这种抗体的任务就是去史前遗址寻找抗原,也就是丝绸的分子标志物。

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无独有偶,2016年,免疫法技术在“南海一号”的一个船舱里找到了丝蛋白的信号。船舱原被淤泥塞满,大家以为是个空舱,但是就是这个空舱里的发现消除了“海丝无丝”的困惑——古代海上丝绸之路上的千帆百舸,当然装载着丝绸。

2019年,纺织品文物保护国家文物局重点科研基地(中国丝绸博物馆)纤维研究团队联合中国计量大学在国际期刊 Archaeometry(《定量考古学》)上发表有关利用酶联免疫方法鉴定古代丝绸纤维材质的论文《基于桑蚕丝单克隆抗体的古代丝绸酶联免疫检测方法研究》,中国丝绸博物馆郑海玲为第一作者。

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为了克服抗体与样品非特异性结合,研究者利用丝素蛋白水解液制备出针对桑蚕丝的几种单克隆抗体,通过对每种单克隆抗体的效价评估,遴选出效价高特异性强的单克隆抗体 anti-SF-3,该抗体不仅能够有效地将桑蚕丝与羊毛、麻纤维区别开来,而且能将桑蚕丝从柞蚕丝、蓖麻蚕丝等野蚕丝中区分出来。

利用该抗体对不同时期的五个文物样进行了种属鉴定,确定五个文物样均为桑蚕丝。这表明基于单克隆抗体的ELISA方法在蚕丝种属鉴定研究中的有效性和可行性,这为古代丝织品文物种属鉴定提供了新方法。

其中,HUABIO也为研究做出了重要贡献:

中国丝绸博物馆通过研发的酶联免疫技术,用免疫学技术对丝织品残留物进行检测,识别能力大大提高。考古人员对青铜器周围出现灰色或褐色的泥土、青铜面罩的眼泡和其他青铜残件,通过超景深显微镜看纹理、多光谱分析器物光谱类别,以及酶联免疫技术从生物学角度的印证,发现三星堆丝织品矿化物残留物。

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发现丝绸印痕的一号坑和二号坑出土青铜器

Cr四川省考古研究院

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K3出土青铜器表面赋存丝织品

参考文章

你知道“丝绸起源于中国”是如何证明的吗?|草地周刊

纹明| 三星堆——从商代丝绸说起

酶联免疫检测(ELISA):一种纺织纤维材质鉴定新技术

震惊天下!三星堆再次出土大量罕见文物,高清大图曝光

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