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立陶宛的孩童木乃伊,透露天花歷史研究的關鍵資訊?——《木乃伊不容易》

PanSci
・2019/11/13 ・1386字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 546 ・八年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 作者/李衍蒨

木乃伊檔案

  • 發現地點:立陶宛
  • 數目:23 具
  • 發現過程:屍體因地下墓室的極端環境而被木乃伊化
  • 特點:屍體透露了那個年代的流行病狀況,特別是天花病的爆發

如有機會歐遊,很多人都會想去波羅的海旅行,感受介乎東歐及北歐之間的另類歐洲風情,波羅的海三小國愛沙尼亞、拉脫維亞及立陶宛的風景真美得如畫。不過,既然出自我手筆,當然不會是旅行遊記!

上百年前以松樹和橡樹所造的棺材靜置著。有些棺材紀載了死亡的符號、插圖、以及死亡日期。圖/嵌入自國家地理雜誌中文網;攝影/KIRIL CACHOVSKIJ, DELFI

前文提及匈牙利的 200 多具木乃伊因為環境因素而意外地變成了木乃伊,並向我們展示了他們當時的病理史及生死觀。同樣地,這次立陶宛維爾紐斯(Vilinius)的 23 具屍體亦因為地下墓室的極端環境被木乃伊化,並向研究人員訴說他們那個年代的流行病狀況,特別是天花病(Smallpox)的爆發。

這 23 具木乃伊本來是百多具被埋葬的屍體的一小部分。由於地下墓園經常恆溫及空氣非常流通,有部分從下葬到木乃伊化中間只相隔很短時間,下葬時的衣物、皮膚及內臟全都還在。23 具木乃伊當中,有一具約莫兩歲到四歲的小孩,死於正值天花「當紅」時期的十七世紀。

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推翻天花病史

2016 年,一班加拿大研究人員發表了一份有關立陶宛小孩木乃伊體內發現的天花基因的研究。天花作為歷史上其中一種殺人不眨眼的疾病,相傳是來自古埃及,但這個發現有機會推翻整個天花爆發的歷史。

其中一具立陶宛木乃伊手部特寫。圖/嵌入自國家地理雜誌中文網;攝影/KIRIL CACHOVSKIJ, DELFI

既有的歷史研究都指天花病毒應該出現了上數千年,因此,研究人員特別把於小孩木乃伊上找到的天花病毒基因,與今天現存的 40 至 70 年代天花病毒樣本比較,發現這些天花病毒樣本的共同祖先於 1588 到 1645 年才出現。這證明了我們一直依賴的歷史紀錄,可能只是事實的冰山一角。

Piombini-Mascali 教授其實早於 2012 年開始研究這個項目,了解於十七世紀甚至到十九世紀當地人的生活模式及習慣,以及他們的健康和常見疾病。研究人員發現原來這些埋於地下墓園的木乃伊,都屬於當時社會中上階級。但這種病卻不會選擇特定社群來攻擊,因此當時的患者遍及不同社會階級,其中以抵抗力較低的小孩居多。

於 1980 年,在天花奪取了數以千萬計的人命後,世衛宣佈天花病毒已正式被撲滅。研究報告的另一位作者、來自悉尼大學的 Edward Holmes 指出雖然如此,到現在依然不能確實肯定這種病毒是自甚麼時候開始出現於人類身上,亦不知道來自甚麼動物,因為沒有任何歷史標本跟現在的病毒標本可作比較。

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最後一宗有記錄在案的天花案例是於 1977 年。一直到現在,人類學家甚至各科學家都不停運用新科技,去重組或探討他們病毒的 DNA 排列及利用 CT 影像掃描屍體或木乃伊,嘗試理解到底以前的文明及生活是怎樣的。雖然世界上不同地方的木乃伊研究,已經證實人類曾患有很多不同類型的疾病,不過這都是小部分,而我們都必須繼續研究,因為可以為我們未來健康及醫學作為參考及借鏡。

本文摘自《木乃伊不容易——那些木乃伊生前死後的奇情怪事》,2019 年 4 月,蜂鳥出版

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滅絕天花:WHO一開始認為不可能的任務
寒波
・2020/09/16 ・2493字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

今年 COVID-19(俗稱武漢肺炎、新冠肺炎)在世界各地都造成疫情,世界衛生組織(WHO)在其中的角色深受質疑。不禁令人想起 WHO 史上最輝煌的時刻:1980 年宣布根除野生天花。

不過事實上,WHO 一開始根本不認為有機會,也沒有提供太多支持;最後能夠成功,主要歸功於美國人的創意與毅力。

韓德森(Donald Henderson)為左一,By CDC/ Dr. John J. Witte – CDC PHIL #13230, Public Domain

WHO不覺得會成功,讓美國人自己去玩

滅絕天花的計劃始於 1966 年,當時 WHO 的領導是巴西人坎道(Marcolino Gomes Candau),他從 1953 年開始當總幹事,到 1973 年為止。他認為根除天花毫無希望,因為那時至少 59 個國家仍有天花,總計 11 億人口,還有些不是 WHO 會員國。要到資源匱乏的廣大地區,對這麼多人接種疫苗,根本就不可能。

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坎道的好朋友,微生物學家杜博斯(Rene Dubos)在 1965 年表示:「疾病滅絕計劃最後會變成圖書館架上有趣的報告書,就像那些描述社會理想國的書籍一樣。」

迫於美國與蘇聯施壓,WHO 在 1966 年通過微薄的特別預算 240 萬美金,而聯合國兒童基金會拒絕資助。坎道想說肯定會失敗,那就讓美國人去主導,失敗的話是美國要負責任,不關 WHO 的事。因此負責的倒霉鬼,是美國人韓德森(Donald Henderson)。

達成不可能的任務後的韓德森。圖/取自 outbreaknewstoday

坎道與一票專家的想法其實沒錯,讓所有人接種疫苗的確是不可能的任務。但是後續發展證明,他們的出發點錯了,不需要每一個人都打疫苗,就足以根除天花。

精確鎖定傳染源,堵死可能的傳播路線

1966 年 12 月,西非的奈及利亞出現天花患者,周圍總共有 10 萬居民,但是疫苗一時只有幾千劑,不可能全面施打。當時前線負責人是路德教會的美國醫師佛吉(William Foege),決定只把資源用在刀口上。

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他從傳教士網路蒐集情報,確認總共只有 4 個村落有人確診。他追蹤每位確診者去過地方,找到所有接觸者,通通接種疫苗。佛吉年輕時在美國林務署當過消防員,他學到,如果要阻止火勢蔓延,關鍵不只是滅火,而是必需先把火源周圍的燃料移除。

佛吉認為阻止傳染病的概念類似,不一定要直接滅火,只要能移除傳染源周圍的燃料,便能控制火勢,等待火勢燒盡。此一思維下只有 15% 居民接種疫苗,但是 6 週後便不再有新的病患,佛吉的策略成功了!

根除天花需要疫苗,但是不需要每一個人都打疫苗,就足以根除天花。攝影 USCDCP @ Pixnio

上億人的印度,20個月達成目標

當時全世界天花最嚴重的地區位於南亞,印度的疫情規模遠勝西非,佛吉 1973 年前往印度正面迎戰。疫區總共有上億人口,WHO 派出 13 萬人的隊伍搜索 20 萬個村莊,發現天花的廣傳程度超乎想像:1 萬確診者,分散在 2000 個村落中。

印度的天花疫情愈來愈嚴重,每天新出現上千確診,許多人認為防疫應該失敗,投入大量資源終將白費。但是佛吉覺得策略沒錯,只要能堅持下去,找到並圍堵所有傳染源,終究能迎來勝利。

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印度的天花疫情在 1974 年 5 月達到高峰,接著逐漸下降。1975 年 5 月,印度發現最後一位確診者;在此之後,印度的天花就消失了。事實證明佛吉的想法完全正確,即使有上億人口,也只需 20 個月便完成目標。

同樣的策略接下來在孟加拉、衣索比亞執行。WHO 現任領導譚德塞的老家,衣索比亞當時在打內戰,不過依然取得成功。索馬利亞 1977 年出現最後一位感染野生天花的患者,WHO 在 1980 年宣布野生天花絕跡。

全球天花根除計畫(Global Smallpox Eradication Program)的前後 3 任領導: J. Donald Millar、 William H. Foege、J. Michael Lane 博士,1980 年時拍攝。圖/取自 wiki

保持樂觀,滅絕不當管理

當初沒什麼人覺得天花根除計劃有可能成功,佛吉在 2011 年出版的回憶錄指出,成為樂觀主義者麻煩在於,其他人以為你不知道發生什麼事,但是日子就該這樣過。悲觀的人有其必要,但是不要僱用他們。

順利擊敗天花,除了新的創意與策略以外,管理也是關鍵。計劃的資源很有限,原本照大家通通打疫苗的想法,確實毫無勝算;但是即使能靠著精準打擊,節省資源,若是缺乏好的管理,根除天花計劃同樣不會成功。

坎道領導 WHO 的繼任者是丹麥人馬勒(Halfdan Mahler),1978 時,馬勒在肯亞的會議上問到韓德森:「接下來要滅絕哪一種疾病?」,韓德森的回答是:「接下來該滅絕的是不當管理」

不管 WHO 一開始如何唱衰,與美國專家合作,消滅天花確實算是 WHO 的偉大成就。1980 年的 40 年後,這段歷史仍有許多值得我們深思之處。

*本文多數資訊來自《生命的法則:在賽倫蓋蒂草原,看見大自然如何運作》的最後一章。

本文轉載自新公民議會〈滅絕天花—54年前WHO認為不可能

延伸閱讀

  1. 比維京人更古老的北歐天花,也許不如後來致命?傳染病的演化史
  2. 病毒比西班牙軍隊還早到來!新大陸被征服前,馬雅世界早有大瘟疫傳染的記載
  3. 譚德塞領導WHO,非洲公衛卻面臨多重打擊

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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比維京人更古老的北歐天花,也許不如後來致命?傳染病的演化史
寒波
・2020/08/21 ・3767字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 574 ・九年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

人類與傳染病奮戰的公衛史上,天花的戲劇性數一數二。英國醫師愛德華.詹納(Edward Jenner)在 18 世紀末發明牛痘,也讓人類認識了一種有效預防疾病的方式。儘管如此,天花在 20 世紀仍然奪走 300 到 500 萬人的性命。

爾後全人類團結一致對抗天花,不可思議地成功了!世界衛生組織在公元 1980 年宣布野生的天花絕跡──那一年譚德塞 15 歲,WHO 達成最偉大的成就之一。

全球天花根除計畫(Global Smallpox Eradication Program)的前後 3 任領導: J. Donald Millar、 William H. Foege、J. Michael Lane 博士,1980 年時拍攝。圖/取自 wiki

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找到 1400 年前的天花,比維京人更古老

天花是人類古老的傳染病,如埃及法老拉美西斯五世,公元前 1154 年可能就是亡於天花。但是其他疾病也會產生類似天花的症狀,使得古代疑似天花的病例難以判斷。

近來由遺骸中取得 DNA 的研究大行其道,不少研究者也藉此探討古代的微生物。最近發表的論文報告,在歐洲北部 7 到 11 世紀(涵蓋維京時期),11 人的遺骸中發現天花病毒,表示至少在那個時候已經有人感染天花。1, 2, 3

天花病毒(variola virus,縮寫為 VARV)是 DNA 病毒。新發表的論文由年代介於距今 150 到 36000 年前,歐亞大陸和美洲的 1867 個古代樣本中搜尋天花,結果在 26 個樣本中偵測到天花病毒的碎片。

古代天花病毒的取樣地點。KHA1 和 FIN1 年代為 19 世紀,VD21 為 17 世紀,其餘 11 個樣本介於 7 到 11 世紀。圖/取自 ref 1

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進一步分析,這 26 個樣本中有 13 人的結果比較可靠,從中取得比較大量的病毒 DNA 片段。出土於俄羅斯西部的 2 人年代為 19 世紀;其他 11 人年代介於公元 603 到 1050 年,分別位於北歐、不列顛、俄羅斯西部,從中拼湊出 4 個完整的基因組,平均覆蓋率介於 5.01 到 45.19。

介紹這次發現時,包括論文和一些新聞,都寫說得知「維京時期(Viking Age)」的天花。肯定曾有維京人感染天花,不過嚴格來說,維京時期在公元 793 年才正式開始;年代在此之前的樣本,都早於維京時期。

失傳的古代天花

天花是正痘病毒(Orthopoxvirus)旗下一員。將已知的天花及其近親,如牛痘病毒(vaccinia virus)、駱駝痘病毒(camelpox virus)共 84 個樣本擺在一起,建構出的演化樹顯示:這回找到的所有古代天花自成一群,與現代天花的共同祖先能追溯到 1700 年前左右

天花與近親們的親戚關係,這回獲得的古代樣本(aVARV,紅色樣本)自成一群,和現代天花(mVARV)分屬不同演化分枝。圖/取自 ref 1

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之前有論文報告,在 300 多年前的立陶宛樣本中發現天花(VD21),和現代病毒的共同祖先約為 400 多年前,因而質疑天花的歷史是否真的那麼悠久,更早以前,如埃及法老等疑似天花的記載或遺骸病理研究,是否為其他疾病所致。新發表的論文則證實,年代更早的天花的確存在,只是其演化支系在某個時候失傳了。4

不只天花,之前一系列鼠疫桿菌,以及麻疹的古代DNA 研究,都發現年代愈接近現代,病原體的遺傳多樣性也喪失愈多。取得年代愈早的樣本,估計病原體的起源時間也會愈早。光憑數量有限的樣本,不足以一口咬定起源時間。

不斷失去基因的天花病毒,殺傷力愈來愈強?

天花一類的正痘病毒們,可以感染不同宿主,引起輕重有別的症狀。有些病毒宿主範圍較寬,能感染多種對象,殺傷力卻多半不強。宿主種類較少,感染範圍較窄的病毒,通常威力也比較強;有意思的是,這群病毒一般也會少掉一些基因。

正痘病毒戰隊的殺傷力是減法,時常是基因變少,殺傷力變強。(正相關,但是不見得有因果關係)

各天花病毒基因組中,致病基因們的狀況;大致上愈接近現在的天花,少掉愈多基因。圖/取自 ref 1

過往研究指出,正痘病毒們有 200 多個基因和致病密切相關。交叉比對不同種正痘病毒,感染牛的病毒 cowpox(和用於牛痘接種的那款不同)有 209 個基因,是近親中數量最多的。它可能最接近眾多正痘病毒尚未分家以前,共同祖先時期原本的狀態,後來分家為不同病毒,面對各異的宿主後,旗下成員們才各自失去不同基因。

詳細分析古代和現代的天花樣本,可以發現它們各自失去不同的基因。算總數的話,現代天花的基因數量比古代同類更少;不過也有些古代天花少掉的基因,在現代同類中仍然存在。總之狀況非常複雜。

整體看來,基因喪失與年代呈線性關係,愈接近現代,天花有愈多基因喪失。假如基因減少的速度和最近 1000 年一致,那麼估計在 4000 年前,天花的基因狀態類似 cowpox,不過這樣估計的誤差很大就是了。

不同年代的天花,與致病基因數量的線性關係。圖/取自 ref 1

基因和現在不一樣,古代的「天花」是天花嗎?

這項發現引發一個問題:古時候的天花,是我們所認識的那個天花嗎?

我們知道的天花,確診死亡率約有 30%,即使沒死也可能有後遺症,算是殺傷力強大的傳染病。感染過天花的幾位 7 到 11 世紀古人,由出土狀況無法判斷是否因天花去世。然而一度存在他們體內,後來某個時刻失傳的病毒,由遺傳組成看來,殺傷力似乎不如現代天花。

假如天花在比較早期的殺傷力不如後世,它們是在什麼時候變得更致命?這個問題很有意思。一般來說,傳染病如果殺傷力太強,反而不利傳播,像是今年橫行世界的 SARS二世冠狀病毒(SARS-CoV-2),靠著殺傷弱、傳播強,使得它的疫情遠遠勝過殺傷強、傳播弱的 SARS 和 MERS 兩位前輩。

中美洲 1585 年天花疫情的歷史紀錄。圖/取自 wiki

奇妙的是,如果這回研究的古代天花殺傷力真的較弱,那麼就是較不致命的古代天花滅絕了,更加兇險的現代天花卻廣傳世界。

殺傷力更強的現代天花,傳染能力也勝過古代同類嗎?被歐洲人帶到美洲,橫掃美洲原住民的天花又是什麼款式?研究傳染病演化,這些是非常值得深究的問題。

追尋天花的起源與傳播,認識傳染病演化

根據已知資訊,仍不足以得知天花的起源地點與年代。不過可以肯定至少在公元 603 年,歐洲北部已經有人感染天花;所以天花起源自歐亞大陸或非洲某處的時間點,必定更早於 1400 年前。

有些當時的歷史文獻記載,歐洲南部有人感染天花。假如歷史記載屬實,意謂當時歐洲各地都有天花存在,而且缺乏文字記錄的北部也不例外。不過目前各方面的資訊非常有限,無法評估當時有多流行。

天花演化史上的大事件。圖/取自 ref 3

這次調查沒有在年代更早,也沒有在歐洲北部以外發現感染天花的人,不等於那些時空中沒有人得到天花。不是所有天花感染者的遺骸,都能順利取得天花病毒的 DNA;也可能古代感染人數太少,所以留下記錄的機率太低。

天花在歷史上的殺傷力可能愈來愈強,WHO 統籌各國之下,天花最終在 1980 年慘遭人類滅團。40 年後,全人類又面臨新的 SARS二世冠狀病毒威脅,WHO 卻不復當年神勇。如今研究天花,除了懷古以外,認識傳染病的演化也別具意義。

延伸閱讀

參考資料

  1. Mühlemann, B., Vinner, L., Margaryan, A., Wilhelmson, H., de la Fuente Castro, C., Allentoft, M. E., … & Bill, J. (2020). Diverse variola virus (smallpox) strains were widespread in northern Europe in the Viking Age. Science, 369(6502).
  2. Was smallpox a widespread mild disease?
  3. Smallpox and other viruses plagued humans much earlier than suspected
  4. Duggan, A. T., Perdomo, M. F., Piombino-Mascali, D., Marciniak, S., Poinar, D., Emery, M. V., … & Golding, G. B. (2016). 17 th Century Variola Virus Reveals the Recent History of Smallpox. Current Biology, 26(24), 3407-3412.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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想知道古埃及人怎麼說話?科學家讓三千歲的木乃伊發給你聽!──法科地史合作企劃
Peggy Sha
・2020/08/04 ・2358字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 476 ・五年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

科學家讓木乃伊發出聲音啦!

木乃伊真是神秘又令人著迷的存在,研究者三不五時把他們抓來玩(誤)好像也就不太奇怪 ,比如說採採他們的 DNA 啦、重建個臉啦、讓他發出個聲音啦(大驚)

沒錯,就是讓他發出聲音!今年初,來自倫敦大學皇家霍洛威學院 (Royal Holloway, University of London) 的研究團隊運用 3D 列印的方式,為一具 3,000 多歲的木乃伊 Nesyamun 重建了聲道,還讓他成功發出了聲音!

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什麼?三千年前的屍體還能發聲!?

還請大家莫急莫慌莫害怕,木乃伊並不是本人爬起來發出聲音了,研究者用的方式稍微迂迴了一些,請容我為各位解釋解釋。

沒有!木乃伊本人沒有爬起來唱歌跳舞!圖/Giphy

想要重建木乃伊的聲音,首先,你需要非常精準的電腦斷層掃描技術(Computed Tomography,以下簡稱 CT),以掃瞄出完整的聲道結構。每個人的聲道都不盡相同,而這些不同,也造就了每個人獨特的嗓音。

經由 CT,科學家確認了這個木乃伊的聲道結構,雖然他的舌頭早已乾燥萎縮,軟顎也已經消失了,但喉嚨等部位都完整地保留了下來,因此提供了足夠的資訊進行接下來的模擬。

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送木乃伊去拍照囉!圖/© Leeds Teaching Hospitals/Leeds Museums and Galleries

用 3D 列印開啟木乃伊的發聲練習!

掃描之後,科學家們利用 3D 列印的技術將木乃伊的聲道給印了出來,而後運用語音合成樂器「Vocal Tract Organ」去模擬出語音。這個樂器有兩種使用方法,第一種是將它當作和弦樂器使用,並利用數位介面音樂鍵盤彈奏;第二種方式呢,則是將它變成可以透過 Arduino 處理的嵌入式系統,而後以兩根操縱桿進行演奏。

那這個樂器跟 3D 列印出的聲道是如何結合的呢?第一步,先拿出喇叭,喇叭的一端連結 3D 聲道的喉嚨端,另一端則連結電腦。接著,研究團隊用「Vocal Tract Organ」模擬出聲音,並讓聲音透過喇叭進入 3D 聲道,進而讓木乃伊發出聲音。

3D 列印出的精美聲道!圖/David Howard/Royal Holloway, University of London

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不過,雖然將整個聲道都給印出來了,研究者們目前卻只能讓他發出一個短促母音,這聲音介於英文的「bed」、「bad」兩個音之間。(作者表示:我覺得聽起來好像也介於「呃」跟「恩」之間)

可別小看這短短的一聲,總歸是給了我們一點點線索去推斷他原本的聲音,而這種重建的過程,可不是每一具木乃伊都可以做的呢!屍體的保存必須極度完整,軟組織都得盡量保存下來,才有辦法進行後續的掃描與模擬。

歷經各種科學實驗,身經百戰的古埃及祭司

說到這裡,就不得不談談這次實驗的主角──Nesyamun,他可真是走在科研最前端的木乃伊之一。他最早是在西元 1824 年被解開,並由外科醫生和化學家進行了相關研究。等到 X 光發明之後呢,他從 1931 年開始陸續經過數次 X 光檢測。1990 年更經歷了一次完整「健檢」,包含內視鏡檢查法、組織檢查、X 光檢測、早期 CT 檢測等等。

這種種的檢查,讓我們知道 Nesyamun 是在 50 多歲死亡的。他的棺木上刻著名字,不過在破譯的過程中輾轉有了各式各樣的名字(破解的時候總是要多方嘗試的,你知道),直到最後才確定了他真正的名字應該是 Nesyamun。

Nesyamun 刻在棺上的名字。圖/研究圖片

Nesyamun 生在法老拉美西斯十一世 (Ramses XI) 在位期間,當時的政治情勢十分動盪不安。他生前是一位祭司與抄寫員,某個程度上來說,稱得上是半個靠聲音吃飯的人,需要不斷地使用聲音來進行禱告和吟唱等日常祭祀活動。

他的死亡原因可能是嚴重的過敏反應,他的身上也有其他病痛的痕跡,包含牙周炎和嚴重磨損的牙齒,而他目前的安歇之處則是英國的里兹城市博物館 (Leeds City Museum)。

古埃及的祭司在日常的祭祀中需要頻繁地使用聲音。圖/needpix

用看的還不夠,期待聖地巡遊能有視聽雙重享受

認識了 Nesyamun 後,你可能會對實驗產生一些疑慮:這木乃伊躺在那兒幾千年了,把人家挖出來還讓人家發出聲音是不是不太好啊?

對此,科學家們煞費苦心地解釋了一番,在整個研究的過程中,所使用的方法都是非侵入式的,所以並沒有損及木乃伊本身。而在古埃及人的信仰中,深信「說出死者之名能讓他們重新活過來」,Nesyamun 更是在陪葬物中表明了,他希望自己的聲音在死後也能被聽見,好獲得永生。可以說研究團隊採用了最新的技術,間接地為他完成了遺願。

另一方面,光讓木乃伊發出單音還不夠,研究團隊更希望可以完整重建出一段語音,像是古埃及禱文等內容,以便在卡納克神廟 (Karnak temple) 等觀光勝地播放,如此一來,遊客們參觀時不僅可以看見過去的文物,更能聆聽來自古老時代的聲音,想必能讓體驗更加完整。

你想要聽見木乃伊為你朗誦什麼內容呢?

 

本篇文章是《法科地史 Focus This》的合作企劃文章!

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參考資料

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