Una fría tarde de invierno, la joven madre del clan arropó a sus hijos bajo un montón de pieles de oso, lejos del viento que entraba por la abertura de la cueva, y golpeó dos trozos de roca de sílex contra el suelo de la cueva, tratando de distraer a los pequeños del frío. Entonces los dos trozos hicieron una chispa, y luego otra, y una ramita junto a las rocas se prendió fuego, y pronto hubo una cálida hoguera que brillaba, y sus hijos estaban calientes y felices y dormían.
Bueno, tal vez.
Por supuesto, no hay forma de saber cómo o quién o cuándo los humanos aprendieron a hacer, usar y controlar el fuego. Hasta ahora, incluso ha sido difícil encontrar alguna prueba de fuego en los restos del Paleolítico muy temprano dejados por los antiguos homínidos, en primer lugar por la escasez de estos yacimientos -quizá cinco en todo el mundo- y también porque los restos orgánicos del fuego, como la ceniza y el carbón vegetal, se degradan con el tiempo, por lo que no queda nada que analizar.
Pero ahora, un equipo multidisciplinar de científicos del Instituto Weizmann de Ciencias de Rehovot afirma haber descubierto rastros de fuego que se remontan al menos a 800.000 años -una de las primeras pruebas conocidas del uso del fuego- mediante un método avanzado e innovador que han desarrollado.
Sus hallazgos se publicaron el 13 de junio en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Los científicos creen que su método de análisis de datos con aprendizaje profundo de la IA puede suponer un impulso hacia un tipo de arqueología más científica y basada en datos. Pero quizás, lo que es más importante, podría ayudar a comprender mejor los orígenes de la historia humana.
“El fuego es una de las cosas que hace que los humanos sean lo que son en comparación con otros animales”, dijo el autor principal y estudiante de doctorado en arqueología, Zane Stepka. “Hoy dependemos de él. La cuestión de cuándo los homínidos empezaron a usar el fuego, cómo era coger un palo ardiendo y usarlo, sigue siendo un misterio. Es tan difícil [comprender] cómo eran esos antepasados, y, sin embargo, [eran] tan parecidos a nosotros”.
“Todo lo que consigamos para entender cómo hacían las cosas en su vida cotidiana es muy emocionante. Hubo un tiempo en que nuestros antepasados no tenían este fuego, y luego lo tuvieron, y fue algo mágico. Podemos apreciar cómo una noche tenían frío, y de repente tienen fuego y están calientes”.
Zane Stepka
Se cree que el uso controlado del fuego por parte de los antiguos homínidos -grupo que incluye a los humanos y a otros ancestros humanos primitivos extintos- se remonta al menos a un millón de años, aproximadamente en la época en que los arqueólogos creen que el Homo habilis comenzó su transición al Homo erectus.
Los arqueólogos creen que el fuego fue decisivo en la evolución humana, no sólo por permitir a los homínidos mantenerse calientes, crear herramientas avanzadas y protegerse de los depredadores, sino también por adquirir la capacidad de cocinar. La cocción de la carne no sólo elimina los agentes patógenos que causan enfermedades, sino que aumenta la eficacia de la digestión de las proteínas y el valor nutricional, lo que allana el camino para el crecimiento del cerebro, señala el Instituto Weizmann en un comunicado de prensa.
La revolución del fuego
Aun así, faltan datos reales sobre cuándo comenzó la revolución del fuego. La búsqueda de pruebas arqueológicas de la pirotecnia se basa principalmente en la identificación visual de los cambios de color de los objetos quemados. Los métodos tradicionales de análisis de datos han conseguido encontrar pruebas del uso del fuego que se remontan sólo a 200.000 años atrás.
Según los investigadores, existen algunas pruebas de fuego que se remontan a 500.000 años atrás, pero siguen siendo escasas, ya que sólo cinco yacimientos arqueológicos de todo el mundo aportan pruebas fiables del fuego antiguo.
El Dr. Filipe Natalio, del Departamento de Ciencias Vegetales y Medioambientales de Weizmann, y el Dr. Ido Azuri, del Departamento de Instalaciones del Núcleo de Vida de Weizmann, habían colaborado anteriormente en otro proyecto, y su trabajo conjunto sirvió de base para el nuevo proyecto de análisis de datos de IA.
Además de Stepka, otros miembros del equipo fueron la Dra. Liora Kolska Horwitz, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, y el profesor Michael Chazan, de la Universidad de Toronto.
Juntos desarrollaron una innovadora aplicación de la IA y la espectroscopia en arqueología para encontrar indicios de quema controlada de herramientas de piedra que datan de entre 200.000 y 420.000 años en la cueva de Qesem, en Israel. Sus datos del año pasado se utilizaron como punto de verificación para la reciente investigación.
Los investigadores aplicaron su método de análisis de IA en herramientas de piedra hechas de sílex, que habían sido excavadas en la cantera de Evron, en el este de Galilea, a mediados de la década de 1970. Durante una serie de excavaciones que tuvieron lugar en aquella época y que fueron dirigidas por el profesor Avraham Ronen, los arqueólogos excavaron a 14 metros de profundidad y descubrieron una gran variedad de fósiles de animales y herramientas paleolíticas que databan de hace entre 800.000 y un millón de años, lo que lo convierte en uno de los yacimientos más antiguos de Israel.
Ninguno de los hallazgos del yacimiento ni del suelo en el que se encontraron presentaba evidencias visuales de calor. La ceniza y el carbón vegetal se degradan con el tiempo, lo que elimina las posibilidades de encontrar pruebas visuales de combustión.
Basándose en el trabajo previo de Natalio con el sílex, que determinó que la piedra sufre un cambio molecular irreversible cuando se calienta, los investigadores utilizaron la espectroscopia Raman UV para analizar muestras microscópicas y revelar ese cambio, lo que les ayudó a detectar si las piedras habían estado expuestas al uso del fuego.
Pero como los componentes moleculares varían de una muestra de sílex a otra, los cambios causados por el calor son demasiado complejos en su variabilidad para ser medidos por los métodos tradicionales de análisis de datos, por lo que no era tan sencillo, dijo Stepka. Fue entonces cuando entró en juego el aprendizaje profundo de la IA para ayudar a descifrar esas complejidades.
La IA puede encontrar patrones ocultos en multitud de escalas. Al precisar la composición química de los materiales hasta el nivel molecular, el resultado del modelo puede estimar la temperatura a la que se calentaron las herramientas de piedra, proporcionando en última instancia información sobre los comportamientos humanos del pasado.
“Probamos varios métodos, entre ellos los métodos tradicionales de análisis de datos, los modelos de aprendizaje automático y los modelos más avanzados de aprendizaje profundo”, dijo Azuri, que dirigió el desarrollo de los modelos. “Los modelos de aprendizaje profundo que prevalecieron tenían una arquitectura específica que superó a los demás y nos dio con éxito la confianza que necesitábamos para seguir utilizando esta herramienta en un contexto arqueológico que no tenía signos visuales de uso del fuego”.
Con este modelo de aprendizaje profundo, el equipo midió las señales moleculares de las herramientas de piedra utilizadas por los habitantes de la cantera de Evron hace casi un millón de años, evaluando la exposición al calor de 26 herramientas de sílex encontradas en el yacimiento.
Los resultados revelaron que las herramientas habían sido calentadas a una amplia gama de temperaturas, algunas de las cuales superaban los 600ºC. Además, utilizando una técnica espectroscópica diferente, analizaron 87 restos óseos de animales y descubrieron que el colmillo de un elefante extinto también presentaba cambios estructurales derivados del calentamiento. Los científicos sugirieron con cautela que esto podría indicar que los antiguos homínidos también experimentaban con el calor y el fuego utilizando diferentes materiales.
El enfoque multidisciplinar de su investigación fue la clave de su éxito, dijo Natalio.
“Al trabajar juntos, hemos aprendido unos de otros. Para mí, es una demostración de cómo debe funcionar la investigación científica entre las humanidades y la ciencia”, dijo.
Muchas de las técnicas modernas de análisis desarrolladas hasta ahora se basaban en la búsqueda de datos en los sedimentos, dijo Stepka, y añadió que este nuevo método permite a los científicos trabajar en las propias herramientas de piedra. Así, pudieron analizar herramientas de piedra encontradas hace décadas en la cantera que hoy ya no existe, dijo.
“Con este método, podemos comprobar el uso del fuego mirando las herramientas de piedra, que es algo que se conserva en estos primeros yacimientos”, añadió. “Esta es la belleza de este método. En lugares donde no se conserva nada más, donde no hay otros signos de fuego, podemos mirar las herramientas de piedra hechas de sílex. Esto abre muchas oportunidades”.
El método se probó utilizando sólo herramientas de piedra de sílex, por lo que no necesariamente puede ser eficaz en otros tipos de herramientas de piedra, como las utilizadas en África hechas de cuarcita o basalto, dijo Stepka.
Además, la evidencia del uso del fuego en las herramientas de sílex de la cantera de Evron no significa necesariamente que se hayan fabricado de forma intencionada, y el fuego podría haberse producido con la misma facilidad a causa de un incendio forestal, dijo.
“Ahora tenemos artefactos de un millón de años que sabemos que fueron quemados, y eso es algo”, dijo Stepka. “Hay teorías, pero no hay pruebas arqueológicas de cómo se hizo el fuego por primera vez. Eso es algo hermoso en la arqueología. Siempre habrá incertidumbre. Siempre existe el ‘quizás’. Nos mantiene humildes y abiertos”.
