在科学整体化的强力驱动下，由单一学科视野转向多维交叉的跨学科研究已经成为当代科学一个显著的特征。跨学科研究不仅可以解决原先单一学科、单一思维模式下无法解决的学科难题，而且也是新的学术生长点乃至新学科产生的现实源泉。

考古学是根据古代人类活动遗留下来的遗物和遗迹来研究古代社会的一门科学。到了近代以后，随着地质学、生物学等自然科学的兴起和推动，考古学成了一门独立的学科。20世纪中后期以来，随着现代科学整体化趋势的加强，与考古学“结盟”的学科也越来越多，涉及到自然科学、社会科学的诸多领域。近年来，由于地质学、环境学研究者的积极参与，环境考古学研究逐渐朝着系统化、独立化的方向发展（黄厚明，2004）。

考古学和地质学都以层位学为基础。地质学上的层位是由自然力形成的自然层；考古学上的层位是由人力与自然力综合形成含有文化遗存的文化层，是在地质学的自然层基础上发展起来的。因此对一些考古中的文化层的研究，就要有地质学及其它相关学科的参与，即是多维交叉的跨学科研究，才能解决单靠考古学无法解决的难题。

．“万齿洞”，左：由洞内往外看，右：崖壁上的洞口

本文试图对石门长梯隘“万齿洞”中的人类牙齿，进行考古学、地质学、人体解剖学的跨学科研究，解决牙齿的主人是人类进化中的古人？还是现人？

1、“万齿洞”牙齿的传说

2011年3月底长沙电视台公共频道《X档案》“岩壁上的万齿洞”摄制组采访我，看了他们的录像后，我很兴奋地说“这个地方很有意义，值得研究，可能是现在研究湖南古人类遗骸最好的地方”。为何称古人类遗骸，那时湖南除了1.8万岁的皂市“石门人”骨、牙等遗骸外，其它地方的古人类只有工具，即旧石器，没有遗骸。那时我是《潇湘晨报》湖湘地理栏目的地质顾问，早有“寻找湖南古人类遗骸”的选题。于是我和湖湘地理记者马金辉、薛小林等，在4月20日到5月19日，两次到石门万齿洞考察共9天。

万齿洞位于与壶瓶山一峽谷河流之隔的海拔高程约760米的崖壁上，距峡谷底河流约330米，330米为当地的侵蚀基准面，行政上属于罗坪乡长梯隘村。

长梯隘村村民家备瓶装牙齿。

万齿洞有人牙早为人知，且有当地祖辈流传下来以牙磨水治牙病的土方，故长梯隘村家家都备有瓶装的牙齿，周围村或更远地方也常有人慕名而来，到洞中捡牙齿。因此万齿洞虽在崖壁上，攀爬的人多了也就有人可走的“羊肠小道”，人来人往，十来平方米的洞底沙石泥土翻来复去找牙，到底找去了多少牙已无从得知。时任石门县文物局局长龙西斌说，他到万齿洞捡牙和收集民间的牙齿有一蛇皮袋，带回石门后交到了县博物馆，后不知去向。我和薛、马二位在洞中翻找，一个多小时就找到了180颗牙齿。可见这个不足10平方米洞底沙石泥土中可说遍地是牙，得来全不费工夫。因此万齿洞又何止万颗牙，只是这种翻来复去地找牙，将赋存牙齿的考古学的文化层和地质学的第四系自然层全部打乱，给以后的研究带来很大难度。

对万齿洞，当地流传着一首歌谣，陪我们考察的长梯隘林业站站长陈锦彦在洞中对我朗诵：“峭壁溶洞穴不大，洞中无水河卵砂。别无其它稀奇物，年年岁岁尽是牙。”我在洞里察看后，将最后一句“年年岁岁尽是牙”改为“河砂石中多人牙”。

洞中牙齿如何来的？薛小林记者于《潇湘晨报》湖湘地理2011年10月14日在“石门牙齿洞之谜”的报道中，被采访者说：“一是300多年前被熏死在洞中的苗人，明末清初发生了部落战争，土家族人将成千上万的苗人驱赶至此，用烟、辣椒等将他们熏死在洞中，留下这么多牙齿，这是当地流传最广的一种说法。二是3000多年前祭祀仪式中的人头，有人推测这些牙齿是活动于商代后期（公元前11世纪周武王灭商）到南北朝（公元420年-公元589年）的土家族祖先巴人的一种祭祀活动的产物，即是将战死的将士头骨放在山洞中。”这些说法龙西斌说，从他的爷爷辈甚至更早就这么流传。

两种传说说的是土家族人与外族战争所为，那个时候已经是我国文明史时代，有记述当时重大事件的史书流传至今，对这种大规模死人事件史书应有记载。特别是300多年前已设立长梯隘，长梯隘为两关十隘之一，一直是当地土家族首领土司的管辖区，境内至今残留着土司衙门。当时对苗人成千上万的杀害，不可能没有文字记载，可到现在为止，都没有找到土家族人杀苗人的只言片语的文字证据。

2、环境考古的地质学应用

环境考古模式图

环境考古学是地球科学，特别是第四纪地质学与考古学相结合的一门边缘交叉新学科，可分为植物考古、动物考古和地学考古等，并建立了环境考古模式，其中就包括了地质地貌内容。它在我国自上世纪80年代诞生以来取得了长足进展，至今已成为考古学发展最快的分支学科之一，进一步发展，需要考古学、地质学及其它学科的交叉，有关科研人员发挥各自优势，精诚合作进行多方面交流。

环境考古学的地学考古首先要了解地质条件，然后将考古对象以地质条件解读达到考古的目的。对万齿洞的牙齿就是通过地质条件来研判牙齿的来历。

万齿洞一带的地质条件可以6个方面概括。

长梯隘村溶洞分布略图（陈锦彦）

①地处我国第二隆升带的边部，在湖南屋脊的壶瓶山区，第四纪以来的新构造运动中，地壳一直在间竭性上升中，上升速率与本地有关有两个数据：一是1951年至1982年先后两次全国范围和多次区域性精密水准测量，所编制的《中国大陆现代地壳垂直形变速率平面图》，“万齿洞”处于图中上升速率2~4毫米/年范围内。二是国家地震局第一地形形变监测中心、国家地震局地质研究所（应绍奋等，1996）的“在中国大陆地区大地形变场及现代构造活动”的论文指出：“青藏地区南部云贵高原、四川盆地、广西十万大山、雪峰山均属地壳上升区，上升速率4～8毫米／年。“万齿洞”在云贵高原和雪峰山间，其上升速率以4～8毫米／年更为准确。

②包括壶瓶山在内的湘西地区，地壳一直在间竭性上升的地质遗迹，是有不同高程的溶洞分布。根据中华人民共和国1:20万桑植幅区域水文地质普查报告，牙齿洞地区有6排溶洞。此次考察发现当地叫得出名的27个溶洞大致依6个高度分布在峡谷两壁的崖壁和陡峻山坡上，其高度分别为300m、400m、500m、600m、700m和800m左右。

万齿洞中河卵石。

③溶洞形成于石灰岩区侵蚀基准面附近岩溶水的水平流动带，在地壳稳定时溶蚀作用逐渐形成一层溶洞；之后地壳上升，已形成的溶洞连同河流冲积物由侵蚀基准面间歇式上升达到新的高度成为干洞。与此相对应的水平流动带将随之间歇性下降，在新的水平流动带内又开始发育一层新的溶洞。于是由地壳稳定、上升之周而复始的变化，一层层溶洞就形成了。在一个地区，按高程可区分溶洞的相对年龄，即高者老于低者。在长梯隘区，最老的溶洞在800米左右高程上，而万齿洞应算老二了。

④在侵蚀基准面岩溶水水平流动带形成溶洞时，如有地表和地下河流流入，流水在流域区内携带的泥沙、卵石及动植物残体就会进入洞中沉淀，成为河流沉积层。河流沉积层中的碎屑物最典型的特征是有磨圆度和分选性。磨圆度是碎屑物在河水搬运过程中经冲刷、滚动、撞击，棱和角被磨圆的程度，与搬运距离有关，一般来说，搬运距离越长，其圆度越高。分选性是指碎屑颗粒大小的均匀程度，大小均匀者，分选性好，大小混杂者，分选性差。它与流水的流速有关，流速较快时沉积的颗粒较大，流速较低小时沉积的颗粒较小。

关洞中未被拢动的卵石层。

按照河流沉积的磨圆度和分选性这两个特点，对照一下万齿洞中的碎屑物：一是洞中的除溶洞壁和顶部垮落下来的石灰岩大大小小的棱角状岩块外，其余石质碎屑为硅质岩、石英岩、硬砂岩等，按沉积学术语磨圆度为次圆状－圆状；大小比较均匀，分选性较好－好。这两点在相距不远同一标高的阳叉洞和关洞，

万齿洞中的整牙。

在没有被扰乱的沉积层中尤为清晰。按这两个特点，万齿洞中的沙石泥土是典型的河流沉积物，使到过万齿洞的人，不论他的文化水平高低，单凭他的经验都会认为沙石泥土中石子与现在河流中河卵石无异，故当地民谣有“洞中无水河卵砂”之句。

万齿洞中的碎牙。

二是洞中沉积物中的牙齿化石，我们一个多小时采集了180颗，其中整牙52颗、占29%，碎牙128颗、占71%。牙齿为什么碎，是河水长距离搬运的撞击而碎。牙齿本身不大，它的分选性不好说明，但它在洞中沉积物中如此之多，只能表明它和其它细碎屑物是分选性好而集中一起的结果。对牙齿的沉积特点最有意义的是它具有明显的磨损痕迹，整牙被撞碎成的碎牙，本应有棱有角，可现在很少能见到，见到的棱或角而基本上都成弧状，这只能是长距离搬运滚动磨蚀所至。这一点，有经验的牙科医生一看就知，长沙市公共频道X档案记者采访湖南省人民医院牙科沈安乡教授，他看到那些牙就说“是人类牙齿被流水搬到什么地方再沉积下来的”；中南大学口腔学院李奉华教授很认同，还特意对牙齿与现在人牙齿X照片比对，发现前者釉质层明显变薄，所测维氏硬度值也显著降低，他认为这是流水搬运磨蚀的证明。

⑤根据万齿洞所在地区的地壳间竭性上升的构造背景，洞内包括牙齿在内的碎屑沉积是河流搬运形成；岩石碎屑及牙齿有良好的磨圆度和分选性，表明经过了远距离的搬运后沉积在位于侵蚀基准面上的万齿洞中。什么时候沉积的，或者说沉积后有多长时间了，就可按万齿洞上升的高度及地壳上升速率计算出来。

万齿洞开始形成是在侵蚀基准面的岩溶水水平流动带，其高程以现在高程330米算，虽然不怎么精确，但按湖南的新构造运动特点基本上还是可以的。万齿洞从330米上升到了720米，若按《中国大陆现代地壳垂直形变速率平面图》的上升速率2～4毫米/年计算，上升时间8～16万年；若按《中国大陆地区大地形变场及现代构造》的上升速率4～8毫米/年计算，上升时间4～8万年。因此万齿洞的牙齿至少是在4～8万年，或者8～16万年前就存在了。因为地壳上升速率4～8毫米/年更加靠近万齿洞地区，所以4～8万年比8～16万年可信度高。

⑥对万齿洞牙齿的主人的年龄应是三项之和：一是万齿洞河流的流域内的人体骨骸，陆续入河经河水“浪淘沙”似地将牙齿搬运到万齿洞的时间为n1年；二是万齿洞由330米上升到740米的4～8万年或8～16万年为n2年；三是地壳间竭上升间的稳定期为n3年。万齿洞牙齿主人的年龄就是（n1＋n2＋n3）万年，其和就会超过4～8万年或8～16万年。这就是环境考古的地质分析或称地质考古得出的结论，正确与否，可不可信，就看提供的地质依据可不可靠来评论。

3、环境考古的人体解剖学应用

人类从南方古猿进化到现在的人，人体的所有器官都在随猿人→直立人→智人的进化而进化。在所有的器官中，因牙齿最坚硬，数量又多，故能够保存下来赋存于各文化层中，易为考古工作者发现，从而成为考古学家对人类进化研究的重要实物。中科院古脊椎动物与古人类研究所刘武研究员和长春中医学院人体解剖学家杨茂有教授，对在中国境内发现的直立人、早期智人、晚期智人、新石器时代、青铜时代直至现代各发展阶段的人类牙齿测量数据的分析，研究了中国境内人类牙齿尺寸在过去几十万年人类进化过程中变化规律和特点。得出“从总体趋势上看，人类在整个进化过程中，随着食物制作技术的提高、食物日趋精细及工具的发展，牙齿尺寸呈缩小变化。从南方古猿到现代人，人类牙齿尺寸呈明显下降趋势。其中从更新世中期的直立人阶段一直距今到大约10万年的更新世晚期人类牙齿尺寸变化不大；从距今10万年开始，人类牙齿急剧缩小（刘武，杨茂有，1999）。”

人类牙齿缩小趋势（刘武，杨茂有）（距今10万年后牙齿急剧缩小）。

虽然对万齿洞人牙的年代从地质分析得出了数据，但难为考古界所接受，省内颇有影响的某考古学者断然否定。《潇湘晨报》记者采访了他，他在看了潇湘晨报发布的照片后，认为那些牙齿是现代人的，以前在石门的山洞考古时也发现过很多“年轻”的人类牙齿，“1万年以上的牙齿石化程度不可能是这个样子”。记者希望他去现场考察，他说没有去的必要。后来他在接受《湖南日报》记者采访时，记者以“专家谈‘石门牙齿’真相考古研究需科学依据”为题报道，内容直指按地质分析的8～16万年不科学。但我未因此而放弃我的研判，认为一个偏远人烟稀少的、难以攀爬的一个小溶洞中有如此之多的成人和小孩的牙齿，在国内外恐怕难有第二处。即使是如考古专家说的现人，也有研究的必要，对搞清少数民族的历史和风俗也很有意义。

我作为一个地学科研人员，对山顶溶洞中，是人就能认出的河流沉积物中遍地有牙的珍贵地质遗迹，坚信其中有必不寻常的内涵。当我看到了刘武研究员和杨有茂教授的论文后，认为这是解决万齿洞牙齿来历的一个方法。于是就带所得牙齿标本和撰写的文稿到中南大学口腔医学院，找到了李奉华教授。他以牙科医生的角度，也很感兴趣。他将牙齿按解剖学知识进行排列交给了我，又挑选35颗交他的学生研究。其成果后来以“常德石门古人类牙与湖南现代人牙比较分析”发表在《口腔医学研究》2016年12月第32卷第12期。该文成文发表时，我因重病住院，没有联系上我。后来身体康复后还是对万齿洞的牙齿耿耿于怀，曾给1953年上海医学院解剖学毕业的古人类学家、中国科学院院士吴新智先生写信求教，吴院士不厌其烦给以指教；我又带着牙齿到省博物院一位老乡寻求帮助，他很热情，与省考古研究所一位对道县乐福洞8～12万年前东亚第一现代人化石的研究者联系，他因无此项目的立项也就不了了之；我不死心又送了两颗牙齿到北京大学做碳同素检测，所测年龄为近2000年前，不能解决问题，但至少证明不是现在人，也不是南北朝时代人。尽管我研究初心不改，但靠年老的个人之力是不可能解决问题的，于是只能为之鼓与呼。很幸运，我在和省地质博物馆谈及万齿洞牙齿再研究时，得到了李教授和他的学生的研究结果的讯息，找到了发表的论文，看后很兴奋。李教授等按刘武研究员的认识，对万齿洞牙齿和现在人的牙齿的尺寸对比，认为万齿洞牙齿主人是古人类，与我之前的地质分析结果一致。于是我又收集多篇有关古人和今人牙齿测量的论文资料，已发表的论文对牙齿的测量项目有：全长、冠长、根长、冠宽、颈宽、冠厚、颈厚等指标。不同的研究者测量的指标不同，但由古至今牙齿尺寸由大变小是一致的，我将4篇公开发表的论文中，挑出都测量了的上颌牙齿“根长”这个指标将其整理，列表1。

说明：1、小括号内的数字为左侧数据的算术平均值。

2、文献1：石佳怡，涂玲，李奉华，常德石门古人类牙与湖南现代人牙比较分析，《口腔医学研究》2016年12月第32卷第12期；文献2：龚怡，李金陆，杨圣辉，新石器时期人类牙齿解剖学观察分析及与现代人类比较研究，《北京口腔医学》2006年第14卷第4期；文献3：李涛，邵金陵，刘呆运，杨香菊，吴昊，少陵原西周墓遗址3000年前人牙齿形态学研究，《牙体牙髓牙周病学杂志》2008年第8期；文献4：姜琳，邵金陵，陕西陇县出土2000年前人牙齿的形态学研究，《实用口腔医学杂志》2007年23卷第3期。

4、我们的认识

由表1所列数据可以得出4点认识：

①石门万齿洞牙齿之牙根长度显著长于5000～6000年前的新石器河南人、3000年前西安少陵长安人、2000年前陕西陇县秦人、长沙和河南的现人。新石器人→少陵长安人→陕西陇县秦人→长沙和河南现人，其牙根长虽有变化，但基本一致。这一点按刘武研究员所说“距今10万年开始，人类牙齿急剧缩小”，那就可以推测万齿洞牙齿的主人是10万年前的智人，使之到新石器人牙齿急剧减小。

②石门万齿洞牙齿之牙根显著长于6000年前到现在人，夏开勇等（2009）通过对国内部分古代人标本的研究和国外其他学者研究的总结，指出随着人类食物由粗糙变细软，现代人牙形态趋向于简单化，牙根的退化最明显。由此推测，人类食物的逐渐改进，咀嚼功能的减退对于牙根发育的影响更大。因此现在人牙根的退化或变异是咬合力远远小于古人类的结果。

③石佳怡，涂玲，李奉华（2016）的研究，得到了常德石门古人类牙比现代人更长、更大、更厚，尤其在牙长度变化上更为显著。进化过程中总体上呈现缩小趋势的结论，通过研究结果可以大胆猜测石门县发现的这一批古人类标本，可能属于晚期智人或更接近现代人的古人类。这个结果与环境考古学的地质分析或地质考古结果一致。

④表1所列的研究成果都是医学科技人员做的，论文都是发表在医学科技期刊上。目前涉及万齿洞牙齿的研究是地质和医学科技人员在做，所得认识既有理论依据，也有实物及地质遗迹的支持，而考古专家放弃了这个工作，又否定了他们的认识，不是实事求是的科学态度。

5、“万齿洞”人牙要再研究

现在对石门万齿洞牙齿的认识，与其说是不自觉的多维交叉的跨学科研究的结果；还不如说是多维交叉跨学科研究的尝试。证明了跨学科研究是有效的，对万齿洞牙齿再研究，需要有组织的多维交叉跨学科的研究思路，去研究3个方面的问题。

万齿洞带颌骨的牙齿颌骨致密坚硬已石化？

①万齿洞牙齿的石化研究。由生物器官成为化石，是随时间的一个石化问题，万齿洞的牙齿考古专家说“1万年以上的牙齿石化程度不可能是这个样子”，如何来衡量牙齿的“石化”程度。以地质学而论，石化作用是一种成岩作用，成岩作用是松散沉积物经过压实、脱水、胶结而成为岩石。生物遗骸中的牙齿的牙冠外层是牙釉质，它是白色半透明的钙化程度最高的坚硬组织，硬度在人体组织中最硬，可说还在人的活体上就很“石化”了。因此牙齿的“石化”，对判定年龄有那么重要吗？事实上，刘武等（2011）发掘道县福岩洞8～12万年万前的东亚第一的现代人牙齿，在论文中指出每颗牙齿的“石化不明显”。万齿洞牙齿也只能说“石化不明显”。道县石化不明显牙齿有8～12万年，万齿洞牙齿石化不明显就不能超过1万年？可见以牙齿的石化来判断年代是不靠谱的。但是在万齿洞有一颗带颌骨的牙齿，那点颌骨很致密坚硬，铁钉刻不动，应有一定程度的石化。对它要进行岩石学和年代学研究，确定石化程度，又可能确定其年龄。

万齿洞12颗牙齿的剖面图。

福岩洞牙齿图。

②与道县福岩洞8～12万年前的牙齿的对比研究。由英国《自然》2015年发表的《中国南方地区最早的现代人》，使国内外古人类学家认为福岩洞47枚牙齿所代表的研究，让人们认识到是东亚最早的现代人。福岩洞与万齿洞是可以类比的，地质学研究方法中有一个很重要的方法是类比法，就是由已知到未知的研究，道县福岩洞是已知的，与万齿洞的类比有4个方面：

一是福岩洞主洞口外5米以下即为河流，就是说福岩洞从侵蚀基准面上升了5米，如果知道其地壳上升速率就可计算出上升的时间。这一点与万齿洞相同，只是万齿洞上升幅度大，所处位置的地壳升降速度因构造背景不同而远高于福岩洞。

二是洞内沉积物，福岩洞中有灰褐色砂砾石层，砾石成分以泥岩、板岩、粉砂岩、石英岩、片岩、石英为主；分选差，磨圆好，以次圆状和圆状为主；砾石局部呈叠瓦状排列，指示水流搬运冲刷的迹象。万齿洞中的砾石有同样的特征，只是层序完全打乱了而看不出水流搬运方向。

三是参与研究的古脊椎动物与古人类研究所的吴秀杰研究员说：“47枚牙齿化石是河水冲刷进去的”，牙齿是夹在两砾石层之中的沙砾层中。这一点与万齿洞一样，只是没有搬运那样远，故福岩洞牙齿没有碎牙，没有磨圆良好的牙齿。

四是两处牙齿及各个剖面，从图像上是很难区分的，更不用说看出石化程度有什么差异。

③要进一步对长梯隘27个溶洞进行调查，因为不一定只有万齿洞有牙齿，别的洞也可能有，如一旦发现就要保护现场，严格按考古学规则和古生物保护法进行发掘。

我们坚信，只要有组织的多维交叉的跨学科研究，第一个东亚现代人不会只在道县。

参考文献

1、黄厚明，杭春晓，考古学研究中跨学科问题刍议，《四川文物》2004年第4期

2、赵春青，环境考古中地层学研究的几个问题，《东南文化》2001年第11期总第151期

3、张萌，现代中国环境考古研究模式的分析，《南方文物》2012．1

4、童潜明，谈环境考古推测石门牙齿洞主人的年龄，《潇湘晨报》湖湘地理2011年10月14日

5、薛小林，马金辉，张一驰，石门牙齿洞之谜，《潇湘晨报》湖湘地理2011年10月14日

6、周勇军，李寒露，石门牙齿洞"考古研究需科学依据湖南日报5月31日

7、刘武，杨有茂，中国古人类牙齿尺寸演化特点及东亚直立人的系统地位，《人类学学报》第38卷第3期1999年

8、石佳怡，涂玲，李奉华，常德石门古人类牙与湖南现代人牙比较分析，《口腔医学研究》２０１６年１２月第３２卷第１２期

9、龚怡，李金陆，杨圣辉，新石器时期人类牙齿解剖学观察分析及与现代人类比较研究，《北京口腔医学》2006年第14卷第4期

10、李涛，邵金陵，刘呆运，杨香菊，吴昊，少陵原西周墓遗址3000年前人牙齿形态学研究，《牙体牙髓牙周病学杂志》2008年第8期

11、姜琳，邵金陵，陕西陇县出土2000年前人牙齿的形态学研究，《实用口腔医学杂志》2007年23卷第3期

12、李意愿，裴树文，杨雄心，蔡演军，刘 武，吴秀杰，湖南道县后背山福岩洞2011年发掘报告，《人类学学报》第32卷第2期2013年5月