超算赋能考古！古澳大利亚人类迁徙研究获突破

人类的进化与迁徙这一复杂的过程，一直是考古学的研究热点之一。大约在5万年到7.5万年前，史前人类第一次进入了由澳大利亚、新几内亚和塔斯马尼亚组成的古老大陆Sahul，但他们到达后是如何在这片大陆上迁徙的呢？至今无法回答。最近，一支跨领域联合研究团队，依托美国桑迪亚国家实验室的超级计算机，通过模拟一位年龄23岁，负重10公斤的虚拟女性探路者，结合相关环境因素，高效预测出1250亿条可能的迁徙路径，并最终推导出人流量最大的路线，在Sahul大陆上形成了独特的“超级大路”，该研究结果与多处考古遗址匹配。

跨领域联合团队

解密古老大陆 Sahul人口迁徙之谜

联合研究团队里的美国桑地亚国家实验室考古学家、遥感科学家Devin White教授介绍道：“在遥远的过去，澳大利亚首批居民是如何在这片大陆上迁徙的？这是关于史前文明至今尚未解答的重大问题，学者们对此已经争论了至少一百五十年。”

通过模拟早期探路者的生理机能和决策因素，一个由考古学家、地理学家、生态学家和计算科学家组成的国际联合研究团队绘制了大约5万至7.5万年前可能引导澳大利亚所在Sahul大陆的第一批人口迁徙的“超级大路（superhighways）”。相关研究成果近期发表在著名期刊《Nature Human Behavior》上。此项目是对人类在一片新大陆迁徙路径网络的最大程度重建，也是第一个在大陆尺度上，测试分析了1250亿条可能迁徙路径的大规模计算模拟。Devin补充道：“这也是我承担过的规模最大、最复杂的项目之一。”

“研究人类迁徙是非常有趣的事情，因为21世纪的徒步旅行者和7万年前的探路者探索某个新大陆的方式是极其相似的。”领导这项研究的美国犹他州立大学Stefani Crabtree教授说，“如果这是一个还没有地图的新区域，我们通常想知道如何能够高效快速地到达目的地，途中哪里有水源，哪里合适露营等，我们也会通过该区域的制高点来确定自己的方位。”

精细建模

超算助力1000+亿条迁徙路径模拟

为了重现Sahul大陆上的迁徙，研究者首先对该大陆的地形进行建模。他们“抽干”了现在将澳大利亚大陆与新几内亚和塔斯马尼亚岛分开的海洋，并利用水文和古地理数据，重建了湖泊、岩石和山脉等地形地貌信息。研究者还改写优化了名为 "From Everywhere to Everywhere"的算法，编程模拟了虚拟探路者——以一个携带10公斤水和工具的23岁女性的能量需求为原型，并为其设定了“活下去”的目标，所以探路先锋们必须沿途找到水源。与现代徒步旅行者一样，虚拟探路者也会被岩石和山麓等地标景观所吸引，而他们攀登这些景观所消耗的能量也在程序中做了考虑和模拟。

在模拟程序中，虚拟探路者们分别在Sahul大陆海岸的两个点登陆，然后开始遍历这片大陆，并通过地标来导航寻找淡水。借助美国桑迪亚国家实验室的超级计算机，同时利用机器学习等技术，研究者开发的自主控制系统高效模拟出1250 亿条可能的迁徙路径。该项工作将整个Sahul大陆划分成低至500米的精度，首次对大陆尺度上的人类迁徙进行高分辨率计算分析。最终，研究者得出人流量最大的路线，在Sahul大陆上形成了独特的“超级大路”——包括在澳大利亚的右侧的一条明显的环形道路、一条西部道路以及有一条横穿大陆的道路。同时，研究人员发现史前人类大约在156到208代人的时间内，就完成了整个Sahul大陆上的迁徙，平均每年以0.71到0.92千米的速度迅速拓张。

“我们希望计算模型能够找出这些‘超级大路’与该大陆已知的考古遗址之间的关系。” 考古学家、澳大利亚詹姆斯·库克大学杰出教授、澳大利亚研究理事会生物多样性和遗产卓越中心（CABAH）的副主任Ulm教授说，“模拟测试结果与那些真实考古遗址的接近程度是对该模型正确性验证的关键因素之一，而最终两者的一致性之高令我们非常惊喜。”

应用前景广阔

将沿途寻找到更多考古新发现

Ulm教授介绍道：“该研究表明，景观特征和水源对人们在陆地上的迁徙和生存至关重要。在一些原住民社会中，景观特征被认为是祖先在梦境中创造的。每条山脊线、山丘、河流、海滩和水源都被命名、被编入故事，并实实在在地镌刻在人们的生活和历史中。由此看来，澳大利亚的很多方面也都被它的原始居民深深地影响着。”

Ulm很高兴该模型与许多有关该大陆最早时期的土著故事相吻合，并希望它能为更清楚地了解欧洲人到来之前的澳大利亚大陆打好基础，他解释道：“考古学家已在欧洲和世界其他地方做了很多工作，但我们在这里才刚刚开始，这意味着这里可能还有更古老的遗址等待被发现。”

展望未来，研究人员希望通过该模型发现的迁徙路径，寻找到沿途更多考古发现，甚至可以用这些技术和模型来预测未来人类的迁移趋势——因为人口会自发地逃离被淹没的海岸线和气候灾害的侵袭。