美洲考古研究的三个基本问题是：“智人何时到达西半球？”，“他们通过什么路线迁移到冰川南部”以及“他们对该地区多样化的巨型动物有什么影响？”这些问题引发了激烈的讨论。一些学者认为那些创造了克洛维斯文（开始于距今11400到11060之间）的人群是最早到达的，而另一些学者则认为前克洛维斯文化可以早到距今17000年。一方认为最早的移民是通过冰川间的大陆内部进入的，而越来越多的人则认为存在太平洋沿岸的进入路线。一方认为有超过80种大型哺乳动物的灭绝要归因于或至少部分归因于猎人，而另一方则认为广义的狩猎采集者在半球生物多样性的大幅下降中不起作用或者所起作用甚微。

 

　　这些争论旷日持久是因为证据大多数是间接的。存在于更新世末期太平洋沿岸线路如今几乎全部被淹没于水下；在所谓的走廊上的考古发现少之又少并且年代也不确定。有关前克洛维斯的发现其年代几乎都不确定，并且都为与人类有关的遗物。克洛维斯文物分布普遍，从加拿大中南部到委内瑞拉北部无处不在，但是除了发现少数几处对猛犸象、乳齿象和嵌齿象以及马和美洲骆驼的杀戮之外，它们都很少发现有动物遗存。在美国东部和中美洲，这些遗址几乎没有发现骨头遗存。人类遗存可以提供有关人类行为、饮食偏好和在食物链中位置的直接证据，因此可以为讨论这类问题提供巨大的帮助，但是直到2007年，仅发现了两组测年为克洛维斯时代的骨头碎片。这包括来自一个婴儿的四个碎片和一个成人的两条腿骨。从未发现有人类遗骸与所谓的他们所导致灭绝的动物遗存共存。

 

　　这种情形在2007年开始改变，一队洞穴潜水者Alejandro Álvarez，Alberto Nava和 Franco Attolini 发现了黑洞水坑，这是Sac Actun洞穴系统（世界上最大的水下隧道系统之一）的一处巨大的塌陷室。它直径为60米，深35到55米，位于三条长隧道的交汇处，其地面低于现代海平面10到12米。在末次冰期中，这个系统完全位于水面之上，动物可以从许多天坑（称为“cenotes”）进入这个系统。距离这个洞穴最近的更新世入口位于600之外，几个世纪以来，许多动物掉进了这个钟形的空间，潜水员在这个天然陷阱的底部发现散落有大型动物的骨骼和一具人头骨。潜水员已经探索了尤卡坦半岛东部洞穴近30年，现在已经绘制了近1500公里的淹没通道。在探索过程中，他们经常看到并拍摄了大型动物的零星骨骼及大型哺乳动物的完整骨骼，包括嵌齿象、巨型地懒、海牛和貘。人类骨骸也很常见，大部分是晚期的玛雅人，但也有一些非常古老的。黑洞水坑的不同之处在于人骨和动物骨骼共存，并且处于现代海平面40米之下的位置。人骨和一具乳齿象骨骼混在了一起。除了作为古生物宝库之外，地面上有石笋、木炭、树枝、蝙蝠粪便和方解石沉积物。这为详细记录当地的古生态和冰后期海平面上升年代序列提供了可能。

 

　　2011年成立了Proyecto Arqueológico Subacuático Hoyo Negro, Tulum, Quintana Roo（黑洞水沟、图伦、金塔纳水下考古项目），属于墨西哥国家人类学和历史学研究所水下考古区，这标志着对黑洞水沟科学研究的开始。该项目是由墨西哥、美国和加拿大的高校和政府机构组成的学者联盟，包括古生物学家，考古学家，体质人类学家，地球化学家，古植物学家，医生和计算机模拟专家。我们的目标是收集人类骨骼并尽最大可能获取更新世末期人类的生存环境。为了实现该目标，我们试图鉴别洞中的每一种动物物种，并通过放射性测年法确定地质年代，并通过稳定同位素分析将其置于当地的食物网络中。此外，我们还需要获取有关海平面变化的数据，以及根据洞穴堆积物和方解石沉积物获取的气候和水文条件。要做到这一点，需要在考古界从未遇到的艰苦环境中工作。

 

　　黑洞水沟项目从田野工作和研究视角都遇到巨大的技术挑战，除了上部隧道散落的少量化石之外，该遗址位于超过水下40米的黑暗环境中。直接在沉积物和化石上工作需要技术性潜水和洞穴潜水认证，这是科学家很少拥有的资质。这种严苛的环境意味着科学团队必须依赖有经验的潜水员来帮助完成这项任务。这也意味着洞穴中许多可见的化石不能被安全地收集，对样本的采集必须仔细计划和准确执行。此外，热带岩溶环境和其被水淹的历史对这些样品的测年也构成重大挑战。从最初温暖的淡水到现在的咸水，骨骼在其中至少已浸泡10000年。胶原蛋白几乎没有保存下来，并且骨骼中的磷灰石也经常被洞穴水中的碳酸钙污染。木炭比较常见，但是明显经过反复漂浮和移动，这使得对于确定其下遗存的年代下限几乎毫无用处。

 

　　为了应对黑洞水沟所遇到的挑战，在2015-2016年度的考古工作中，我们开始将高分辨率摄影，三维电脑模型和高选择性的采集相结合起来。工作从摄影和建模开始。首先，潜水队在30米深的地方布置了间隔为2米的网格，然后他们对整个地面和部分墙壁以及隧道连接处拍摄了数以千计的可以相互重叠的高分辨率数码照片。加州大学圣地亚哥分校的高通研究所三维建模团队运用Agisoft将这些照片拼合起来，生成了直径60米的地面照片。此外，地面上的每一组动物骨骼都被近距离拍摄从而生成高分辨率的三维模型，这些照片和模型使得考古人员可以分类鉴别标本，对标本进行选择性地采集以及设计标本的复原方法。

 

　　现在称为Naia的15-17岁女性的人体骨骼在2016年的三个潜水季节中完成复原。使用这种模型可以对每个部分进行精确测量并切割成样品以适合采集盒的尺寸。潜水员带着潜水卡进入水中进行采集，潜水卡上附有目标样本的编号照片。卡片上的每个数字都与采集盒相匹配。采集盒在深水下进行密封直到运输到位于300公里之外的坎佩切（Campeche）实验室才被打开。这种预防措施是必要的，因为它可以避免盒中的水来回拍打从而损坏脆弱的骨样。我们总共采集了78个骨骼碎片，包含98个骨骼元素和28颗牙齿。这几乎包含所有的主要骨骼元素，仅仅缺失了脚骨，腿骨的一部分以及一些肋骨、椎骨及手骨。

 

　　通过结合牙釉质的放射性碳测年，上覆的方解石铀—钍测年以及海平面变化的年代序列，可以将这些骨骼年代定为距今13000-12000年之间，可能的时间跨度为距今12700-12900。这使得Naia成为美洲历史上经过确切测年的最古老的人类骨骼样本，也是目前在距今11400-10600克洛维斯文化期内唯一一具完整的骨架。作为一个年轻个体，她的骨骼和牙齿记录了她的成长过程以及她孩提时代的移动轨迹。

 

　　因此Naia提供了大量早期时代妇女和儿童生活的信息。尽管她生活在仅距离海岸线7公里的地方，但是她很瘦弱，并且经常患蛋白质缺乏症。这给太平洋沿岸的移民理论带来了新的问题。她的左前臂遭受过螺旋形骨折，在当今这种现象通常和身体遭受虐待联系起来，并且她年纪轻轻就已为人母。我们还有更多关于她这个时代人群的饮食和生活方式的研究，有关这一主题的一篇文章目前正在评审中还尚不能发表。他们提供了有关饮食，捕食策略和迁移模式的相关见解，这些问题将有助于人类在美国大型动物灭绝过程中的作用的争论。

 

　　迄今为止，在黑洞水沟地面上已经鉴别出13种哺乳动物（蝙蝠除外），在隧道连接处鉴别出5种。这些包括已经灭绝的7种巨型动物物种：乳齿象，剑齿虎，短面熊，沙斯塔地懒，磨齿地懒，一种与狼相似的大型南美犬科动以及一种目前未知的磨齿地懒。美洲狮、貘、野猪、浣熊、负鼠以及一些未鉴定出的小型猫科动物构成这个动物群。除了骨骼之外，潜水员还在上面隧道发现了短面熊的足迹。这些动物骨骼以前在委内瑞拉以北从未见过，也没有关于它们身体结构和运动模式的信息。因此这些足迹是古生物学记录的重要补充。

 

　　在2015年底和2016年，根据三维模型测量数据设计的样品采集盒以及人体骨骼描述程序，潜水队员复原了三只短面熊和一只磨齿地懒的部分骨骼。头骨是采集的首要目标，因为它们对鉴别最有帮助，并且也让我们更易于分析牙本质和牙釉质。一只熊的放射性测年将其置于和Naia相同的地质年代，表明至少有一种巨型动物和她处于同一个时代。树懒是一个新的属，我们已经将其命名为Nohochichak xibalbahkah（发音为shi bal bah kah）。不幸的是，对磷灰石的初步测量表明其年代上限可能距今36000年，所以该动物和Naia并不是同时的。

 

　　在上海论坛期间，该项工作仍将持续。在2017年11月至12月期间，我们计划收集10多种动物以及一些石笋及方解石附生样本。这一次，最重要的化石样本是剑齿虎，磨齿兽和沙斯塔地懒，以及熊和Nohochichak（地下世界的巨爪生物）的肢骨。来自于该遗址的人类、树懒和食肉动物群的出版物将在来年面世。石笋和方解石样本将会为30000年前的更新世末期提供海平面和气候数据，这将会是从这个遗址已经获取的全新世数据的重要补充。

 

个人简介

 

　　詹姆斯C. 查特斯是黑洞水坑项目的首席研究员，是一位拥有五十多年工作经验的广谱古生物学家。他在古人类学、脊椎动物古生物学、古生态学、史前狩猎采集社会、文化演进理论和测年等方面造诣颇深。他的早期工作集中在美国西北部的史前和全新世时期古生物学，主要研究集群结构的方法论和气候对文化变化的影响。过去二十年中，他主要关注早期美洲人的古人类学问题。他发现和修复了约50位早期美洲人中的10位，包括黑洞水坑的Naia。他因发现了肯纳威克人而闻名。查特斯在《科学》、《第四纪研究》等众多知名期刊和地区性期刊及书籍上发表有文章。他关于肯纳威克人的工作是NOVA纪录片“第一个美洲人之谜”的主题，黑洞水坑也将在2018 年NOVA中播出。查特斯博士渊博的知识使得他能够为黑洞水坑项目组建一支高水平的合作团队。

 

　　Pilar Luna Erreguerena是黑洞水坑项目的主要负责人，她是世界范围内水下考古最知名和最受尊敬的学者之一。到2017年4月为止，她担任国家人类学和历史研究所（INAH）水下部门负责人已经超过37年。现在她主要工作重心为黑洞水坑项目。她是墨西哥水下考古的先驱并支持其它拉美国家发展该学科，高度重视水下考古学家的培训，和寻宝者抗争而保护了墨西哥水下考古遗产并在2001年制定“联合国教科文组织保护水下遗产公约”中发挥了重要作用。她于1997年获得了“墨西哥水下考古遗产识别、探索和保护先驱”大奖以及在2011年获得了由历史考古学会（SHA）颁发的“哈灵顿纪念奖章”，她是继乔治•巴斯博士这位世界水下考古之父之后获得该奖章的第一位拉美女性学者和第二位水下考古学家。西班牙地理学会于2016年于马德里授予了她田野调查大奖。