考古学的脂肪酸分析の問題点(難波紘二他)

— 日本考古学協会第67回(2001年度)総会 研究発表要旨 —

難波紘二1)、岡安光彦2)、角張淳一3)

1)広島大学総合科学部、2)(株)パスコ文化財事業室、3)(株)アルカ

 動物や植物の細胞に含まれる脂肪は化学的には脂質(lipid)と呼ばれ、グリセリンやコレステロールが脂肪酸と結合した単純脂質とさらに糖や燐酸を含む複合脂質に分類される。
  脂肪酸は一般に炭素原子が長く鎖状に連なった構造をもち、炭素原子数により分類され、さらに炭素原子間に不飽和結合を含むかどうかで、飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸に分類される。生物は種ごとにその環境に適応して、異なった脂肪酸を利用しているが、ある生物種に特異的な脂肪酸はない。これが生体高分子(タンパク質、DNAなど)と大きく異なる点である。脂肪酸の組成パタンを利用して食品中の脂肪の由来(動植物の別、種別など)を推定する方法は、1960年代に食品化学で用いられたが、1970年代により簡便で特異性の高い抗原・抗体反応を利用した免疫学的識別法が登場するに伴い急速に廃れた。
 しかし考古学の領域では1980年前後にもこの方法を用いた研究が発表されており、ことに日本では「馬場壇A遺跡」の信憑性を支える重要な科学的根拠となっている。
 そこでこの問題について、発表された文献を批判的に検討した。

【材料と方法】

 この研究を行った中野益男が発表した論文、学会抄録並びに彼が引用した文献全部を収集し、先行研究の実情、行われた実験の前提、実験方法、えられたデータの整合性、結果の解釈について検討した。対象とした文献は、末尾に掲載した。
 なお彼が引用しているRottlaenderら(1979)の論文は、Archaeol. Physikaという雑誌が「国際学術雑誌総合目録」に掲載されておらず、論文の実在を確認できなかった。
 また「馬場壇A遺跡」では、「20万年前の石器からナウマン象の脂肪酸が検出された」とされ、きわめて注目すべき成果であるにもかかわらず、これに関する正式の記載は中野の学会発表(1989)のみであった。

【結 果】

 先行研究:Priestleyら(1981)は「湿度100%、温度45℃」の「加速加齢」実験では不飽和脂肪酸は数日で急速に分解されるが、「乾燥、低温」という特殊な条件下では少なくとも1500年前のトウモロコシの実から脂肪酸が検出されたと報告し、これが「最古の脂肪酸」だと主張している。Rottlaenderら(1983)の論文は記述方式および内容か ら原著論文とは言えず、総説の一種である。中野が引用しているような「25万年前の脂肪の残存が報告された例」はない。これは「実験室内での脂肪分解」という項で、「いかにしたら脂肪の特異構造が25万年も残ることがあるか?」という問題意識で実験を組んだ、という表現を読み間違えたものである。
 この時点で報告されている脂肪酸検出例のもっとも古い時代は、植物では上述の乾燥したニューメキシコの洞窟から回収されたトウモロコシ実の脂肪酸 (5世紀)、動物ではRottlaenderら(1983)が新石器時代の土器から「ミルクの脂肪」を検出したと主張しているのみである。 従って旧石器から脂肪酸を検出したものは、中野以前には誰もいなかった。

 実験の前提:石器に付着した脂肪が20万年にわたり分解されないで残ることを証明するには、よく管理された対照実験が不可欠である。中野が行った対照実験は、中野(1995)に簡単に記されているだけである。それによると「エゾシカの脛骨」を埋蔵し、14ヶ月と23ヶ月の2回だけ、脂肪酸の成分分析を行い新鮮骨のそれと比較しているに過ぎない。長幹骨は内部に骨髄脂肪があり、それは外表付着脂肪とはまったく異なる分解過程をとることが予想される。従ってこの実験はデザインにおいても測定回数においても、対照実験の役割を果たしていない。

 実験方法:中野は土壌資料は「アルミ箔を広げそれにくるみ、直ちに凍結保存した」、「石器は竹べらで周辺の土ごと取り上げた」と述べている。「土壌91資料、石器40資料および石器側土40資料」を分析したとしている。
 しかし岡村(1990, p79)に掲載されているサンプル土壌の採取写真によると、土壌はガラスシャーレに採取されていて、採取者は手袋をはめていない。また岡村は中野に依頼した資料は、「石器14点、土壌35サンプル」としており、両者の数字が食い違っている。
 また分析した結果をナウマン象の脂肪酸と比較しているが、そのサンプルの出所も不明である。またその成分データも掲載されていない。(出所が1969年北海道広尾郡忠類村出土ナウマン象の骨髄から抽出した「油状物質」であることは、中野(1993)で初めて述べられている。しかしそれが中野の手に渡った経緯は不明である。)
 サンプルから有機溶媒を用いて脂質を抽出し、それを脂肪酸に分解する方法と脂肪酸を分子量の違いに基づいて分ける方法自体は、ごく一般的な方法である。

 得られたデータ:石器30/40から動物脂肪を検出した。(うち17/30がナウマン象およびオオツノジカの脂肪と「よく類似していた」)また動物性油脂の付着した石器の分布する土壌(側土ではない)からは、動物性のコレステロールを特異的に検出した、としている。
 石器表面にかりに脂肪が付着していても、その量はきわめてわずかであると推定されるが、中野は石器あたりの脂肪回収量を明記していない。従って彼のデータに定量的な評価を加えることは不可能である。
 つぎに「石器にマンモスの脂肪酸が付着していた」と彼が判定した根拠であるが、対象としてナウマン象、オオツノジカ、ニホンシカの脂肪酸分析を行い炭素数16から21までの9種の脂肪酸の含有比率を求め、そのパタンと石器の脂肪酸パタンを比較している。(オオツノジカは化石骨から脂肪を抽出したと述べている)
 その中には、Rottlaenderら(1983)が示した土器の脂肪酸のパターンと現代のバターのそれとが完全に合致するような、明らかな一致例は一例もない。そこでコンピュータによる統計処理を行い「もとの脂肪と異種脂肪の混合割合を求めて」、「遺物本来の脂肪を割り出す」という摩訶不思議な操作が行われているが、用いた方法も統計ソフトも明示されていない。
 さらに不思議なのは棒グラフとして示してある脂肪酸データから、石器ではいずれも5%程度のパルミトレイン酸が、土壌サンプルでは少ないところで5%、 場所によっては40%という高濃度のパルミトレイン酸が検出されたことが読みとれるが、対象として用いたナウマン象からはこれがまったく検出されていない。
 なお中野(1989)では対照動物の脂肪酸組成は数値で表されていないが、中野(1993)および中野(1995)にはナウマン象とオオツノジカの数値データが掲載されている。両データはオオツノジカの数値については同じであるが、ナウマン象ではかなり異なっている。中野が示す各種動物の脂肪酸測定値によると、パルミトレイン酸含量はニホンシカ11.41%、オットセイ12.7%、イルカ8.5%である 。もちろんナウマン象は0%である。

【考 察】

 1. 原著論文がない奇妙さ:中野が主張してい るように「20万年前の石器から動物の脂肪を検出した」のが事実であるなら、それは疑いもなく科学研究における巨大なブレークスルーであることは、先行研究の状況から明らかである。それは十分にNatureやScienceへの掲載に値する業績である。それなのに中野は1988年の「第四紀学会シンポジウム」で講演した後、引用文献もない抄録を提出したのみで、これに関する正式論文を日本語でも英語でも、どこにも発表していない。このことはまったく理解できない。にもかかわらずその「成果」を中野 (1993)、田中・佐原(1994)、中野(1995)において、あたかも科学的に確定した事実であるかのように語っているが、科学的事実は論文の公表により、その内容が科学者の世論により承認されて初めて確定するのであり、この手続きを怠ることは間違いである。

 2. 不備な対照実験:中野が行った対照実験は 、「エゾシカの脛骨を土中に埋め、23ヶ月間に2回脂肪酸を測定した」というもので、「20万年前の石器に脂肪が残存する」ということを証明する実験としてはまったく不適当である。これは「25万年前云々」のドイツ語文献の読み違いにより、「存続するはず」という予断をいだいて実験を行ったことが推定される。脛骨内部の脂肪の変化は石器表面のそれとはまったく条件が異なっている。石器表面の残存脂肪を論じるのであるから、石器の表面に脂肪を付着させ、これを土中に埋めて持続的に脂肪の減少量と脂肪酸組成の変化を測定する対照実験が不可欠である。

 3. 実験材料のあいまいさ:分析を依頼した岡村と依頼された中野の述べるサンプルの採取方法とサンプル数の間には大きな食い違いがある。依頼された数よりも、実際に測定を行う数はさまざまな事情により、絶えず少なくなるはずであるが、中野の場合はこの逆で数が増えているという不可解さがある。また送った側は「ガラスシャーレに入れた」といい、受け取った側は「アルミホイルに包まれ、液体窒素に保存されていた」と述べており、大きく違っている。このような基本的数値や検体状況の不正確さは受付台帳などのログブックが完備していれば、起こりえないことである。

 4. 実験では何が分析されたのか?:与えられ たデータから判断する限り、石器表面から本当に脂肪が検出されたという信ずべき証拠はない。もし検出されたとしたらサンプルの汚染か、あらかじめ脂肪がつけられていた可能性を考える必要があろう。
 そのひとつの状況証拠は、パルミトレイン酸の含量である。この脂肪酸は炭素数16であるが、不飽和結合を1個もつために、同じ炭素数16でも飽和結合しかもたないパルミチン酸にくらべ融点が50℃以上低く、常温で液体(融点0.5℃)である。また空気中で簡単に酸化され不飽和結合が開き、パルミチン酸に変わる。同様にオレイン酸(C18:1)やリノレイン酸(C18:2)のような炭素数18の不飽和脂肪酸も、飽和脂肪酸にくらべ分解が急速である。
 Priestleyら(1981)の実験で は、パルミチン酸が正常では15%程度であるのに対して1500年経過したサンプルでは36%に増加し、リノレイン酸は45%から4%に減少している。中野の不完全な対照実験でも、パルミトレイン酸の濃度は23ヶ月間に12.2%から10.5%に減少し、オレイン酸も49.2%から46.0%に減少しているが、飽和脂肪酸のステアリン酸は6.6%から8.1%に増加している。
 このようなパルミトレイン酸の物理化学的性状を考慮するとき、20万年前の石器表面から5%もの高濃度のパルミトレイン酸が検出されることはまことに不思議といわねばならない。ちなみに人の脂肪中のパルミトレイン酸含量は4%程度である。ナウマン象は寒冷適応しており常温で液体のパルミトレイン酸の含量は高かったと思われるが、中野が対象として分析した土中から掘り出されたナウマン象では、パルミトレイン酸の含量はゼロであった。明らかに周囲の土中に流出したのである。だとしたらどうして20万年の間、石器表面にパルミトレイン酸がとどまりえたのであろうか?

 5. 間違った統計学の利用:石器の脂肪酸パタンが既知の動物の脂肪酸パタンと一致しなかったために中野は、「混合した脂肪の中から、本来の脂肪を割り出す」と主張し、統計学的な手法を持ち出して、石器でナウマン象を調理したことを無理やり証明しようとしている。しかし本来統計学は目で見て間違いないと思われるデータについて、偶然の一致によるものでないことを除外するために利用すべきもので、彼のやり方は方法の誤用である。「本来石器に付着していた脂肪と汚染などにより二次的に付着した脂肪」が統計処理により分けられるはずがないのは、「牛肉を切った後で豚肉を切った包丁」について「本来は牛肉を切った」と証明できないのと同様である。

 6. 脂肪が残る条件:人体を含め動植物は、個体の死と同時に細胞の自己融解および微生物の繁殖による腐敗が生じ、分解が始まる。また空気中や水分中の酸素により絶えず酸化的分解が生じている。これらの過程は動植物の形が失われ、その構成分子に還元された後もなお続いており、究極的には元素に還元されるまでやむことがない。もし不安定な脂肪酸が保存されるような環境であれば、より分解しにくい骨や歯がまず大量に残るのが普通である。
 事実Priestleyら(1981)が分析したのは、洞窟 の中に残っていたトウモロコシの実であり、それは外形的にはっきりとトウモロコシの形をしており、粉にひくと淡褐色の粉末にすることができた。彼らは「乾燥した極端な環境で」、不飽和脂肪酸が残存することがある、と述べており、非常に例外的な現象だと考えられる。またRottlaenderら(1983)の研究の詳細は原著論文として発表されていないが、少なくとも彼らが「ミルクの脂肪」(バター)を検出したのは、それを貯蔵していたと見られる壺の破片からであり、もともときわめて大量の脂肪が付着していたことは当然考えられる。
 このような脂肪が石器に大量に付着したり、あるいは局地的に脂肪の分解を押しとどめるような特殊な条件は、「馬場壇A第20層」にはまったくなかった。だとするなら「なぜ石器に脂肪が残っていたのか」ということが、科学的に説明されなければいけないのである。しかし中野(1989)の発表はそれにまったく答えていないし、それ以後の彼の論文も同様である。

 7. 残ったのは脂肪だけか?:仮に100歩ゆずって実際に石器にナウマン象の脂肪が残存していたとすれば、脂肪細胞も残っているはずであるし、脂肪酸よりはるかに安定な物質である糖質やタンパク質やDNA分子は残存していることが予想される。これらは脂肪酸と異なり種特異的であり、人間の手が触れていても区別できる。免疫学的手法や遺伝子検索により、ナウマン象固有の物質が検出された場合に、初めて中野の主張は「追試により確認された」と言えるのである。
 実際に人類学の領域では、数万年前の化石人骨のミトコンドリア遺伝子(DNA)を分析したり、数千年前のミイラの血液型(糖質)を判定したり、数百年前の糞石からヒトのミオグロビン(タンパク質)を検出して、食人が行われたことを証明したりなどに、広く利用されている。

【結 論】

「馬場壇A遺跡」において石器から「20万年前の動物脂肪が検出された」という主張には、確実な証拠がない。まして動物種の確定は用いられた方法を見る限り不可能である。従って「馬場壇A」の信憑性を支える科学的証拠のうち「脂肪酸」に関しては、これはまったく存在しないものとみなすべきである。

 

【引用文献】

1)Rottlaender, R.C.A. & Schlichtherle, H (1979):Food identification of samples from archeo-logical sites. Archaeol. Physika 10: p. not sited

2)Priestley,DA,Galinat,WC & Leopold,AC(1981):Preservation of polyunsaturated fatty acid in ancient Anasazi maize seed. Nature, 292: 146-148

3)Rottlaender, RCA & Schlichtherle, H(1983): Analyse fruehgeschitlicher Gefaessinhalte. Naturwissenschaft. 70:33-38

4)中野益男(1989):考古学資料に残存する脂質?馬場壇A遺跡の石器に残存する脂肪の分析(講演要旨). 第四紀研究、28(4):337-340

5)岡村道雄(1990):日本旧石器時代史. 雄山閣書店

6)中野益男(1993):脂肪酸分析法、第四紀学会(編):第四紀試料分析法. 東大出版会、pp388-403

7)田中琢、佐原真(1994):発掘を科学する.岩波新書、pp29-45

8)中野益男(1995):残存脂肪分析の現状と課題.考古学ジャーナル No.386: 2-8       

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