考古学家是怎么分辨7000年前的粪便的？

你能区分人和狗的粪便吗？如果你家里有一只狗，或者如果你和一个不知道的狗主人住在一起，那么这似乎对你来说不是问题——至少在大多数情况下，这两种排泄物在大小和形状上有明显的不同。

然而，这个问题对考古学家来说是另一回事。在考古遗址中区分人和狗的粪便具有重大的科学意义，但也充满了挑战。最近，来自马克斯·普朗克人类历史研究所和其他机构的科学家已经开发出第一个通过人工智能手段区分人和狗粪便的系统。

考古遗址里有这么多珍贵的遗迹和文物，考古学家为什么要研究粪便呢？这些形成于数百或数千年前的粪便至今尚未矿化或仅部分矿化。因此，大量的原始成分，包括粪便制造者的DNA、肠道微生物、它们的饮食和食物的DNA，仍然保留着。对考古学家来说，这些组成部分是理解古代人类和社会进化的重要信息基础。

例如，通过分析古代粪便的成分，我们可以了解古代饮食习惯的演变。肠道微生物不仅反映了古人的肠道健康，也反映了他们是否患有炎症性肠病、糖尿病、肥胖症等特定疾病。实现这一切的第一步是确认粪便确实来自人类。

由于粪便中包含的信息量惊人，考古学家在识别粪便的主人时遇到了一些困难。最大的挑战是区分人和狗的粪便。

考古问题

人类驯养狗的确切时间仍有争议，但至少在一万多年前，狗开始出现在人类社会，并与人类建立了不可分割的联系。因此，在世界各地的考古遗址中，狗的遗骸以及粪便经常与古代人类一起出土。

虽然辨别新鲜粪便并不困难，但是经过几千年的沉积，这些粪便已经经历了不同程度的变形。更不用说在这个过程中大量的排泄物被压碎，变成只有毫米大小的碎片，并被整合到周围的沉积物中。只有通过高磷、粪便甾醇和其他化学特性，人们才能确认这里有粪便。因此，你掌握的识别粪便主人的技术通常不适用于考古学家。

下图中的粪便来自安徽省的小松岗遗址。猜猜，这些有7200年历史的粪便是人类制造的还是狗制造的？

如果这张照片现在能被辨认出来，那么很明显肉眼对1300年前墨西哥库耶瓦·德·洛斯·穆尔托斯·奇基托斯遗址的下述粪便无能为力，这些粪便已经完全溶解在沉积物中。

除了视觉识别，还有其他技术手段可以用来识别古代排泄物的主人吗？当然有，但问题也存在。目前，常用的方法是线粒体DNA测序。在粪便通过肠道的过程中，大量的肠上皮细胞脱落，这些细胞提供了宿主的遗传物质。此外，食物中的遗传物质也反映在粪便中。

古代人类与狗关系密切，在饮食上有许多相似之处。这反映在粪便上，意思是“你有我，我有你”:一方面，我们都知道一句谚语“狗不能变吃x”。有些狗确实有吃人类排泄物的习惯，所以它们的排泄物可能含有人类的脱氧核糖核酸；。另一方面，在一些地区的文化中有吃狗肉的传统。因此，人类和犬类的遗传物质可能会出现在彼此的粪便中并相互干扰。

粪便化石识别系统

有没有更准确的方法来帮助考古学家充分利用这些历史资料？

最近，马斯克·普朗克人类历史研究所和其他机构的科学家开发了一个系统来识别粪便的来源——粪化石鉴定(粪化石鉴定)。该系统发表在《皮耶杂志》上。

在检测遗传物质的基础上，本研究的作者还关注了粪便中肠道微生物的特性。为了训练这个系统，研究小组收集了大量相关的基因序列，包括现代人和狗的遗传物质，以及两者的肠道微生物。此外，该系统可以消除现代DNA的干扰。在研究了大量样本后，研究人员认为粪样能够结合样本中的DNA和肠道微生物特征来区分人和狗的粪便。

因此，开始了对coproID的测试。该系统面对20个样本，其中13个是来自考古遗址的粪便。这些样本来自中国、墨西哥和欧洲的10个地点，从7200年前到中世纪。(前面两张来自安徽省和墨西哥小松岗遗址的粪便照片也属于coproID的检验问题。)其他7个样品为无粪便沉积物。CoproID有两个任务:识别每个样本是否属于粪便；如果是排泄物，它的主人是谁？

因此，coproID准确识别了所有无粪便样本。在这13个粪便中，coproID确定了7: 5人类粪便的主人和剩余的2只狗。(图中，小松岗遗址的粪便属于狗，而另一个尚未形成的粪便样本属于人类。你说得对吗？)

在这些样本中，以下来自英国17世纪夜壶的粪便样本尤其值得关注。考虑到它出现的地点，考古学家毫不犹豫地认为它们是人类的排泄物，而且它们还在博物馆里放了几十年，贴上了“人类排泄物”的标签。但是coproID得出了相反的结论:毫无疑问，粪便来自狗。CoproID无法回答为什么在夜壶里发现了*，但至少博物馆可能会考虑更换标签。

至于6个粪样不能被粪样系统识别，研究人员说其中3个的遗传物质含量太低而无法识别。剩下的三个来自墨西哥的样本更有趣:它们的肠道微生物符合人类特征，但是狗的DNA含量异常高。

既然样本只有一个主人，而且不可能把人和狗的粪便混在一起，那有什么问题呢？

在研究人员看来，两种可能性都不能排除。一方面，如果样本来自人类，合理的解释是他们都在制造粪便之前吃了狗肉。需要一些应急措施，但并非不可能。

另一种可能性是，如果粪便来自狗，如何解释有利于人类的肠道微生物特征？你还记得研究人员是如何训练coproID的吗？他们收集的数据包括狗的肠道微生物。这些狗都来自现代家庭。与一千多年前的狗相比，狗的饮食发生了巨大的变化。接下来是肠道微生物的变化。作者们说，为了进一步检验这一假设并改进coproID系统，他们需要添加更多来自农村或野狗的数据。

“我们对狗的微生物了解不多，”马克斯·普朗克人类历史研究所的博士生马克西姆·伯瑞说，他是这项研究的主要作者。“我们希望人们能够关注犬肠道微生物的多样性，这将有助于我们更准确地判断古代粪便的主人。”

原始纸张:

博里·米、科尔多瓦·布、佩里·阿、维博沃·米、霍纳普·特普、科·杰、于杰、布里顿·克、格德兰-弗林克·勒尔、电力公司、斯图伊茨·一、萨拉扎-加西亚·DC、霍夫曼·C、哈根·R、萨姆达瓦温德·卡贡特、棉兰、卡拉宾·赫、雅各布森·德、赖因哈德·克、刘易斯·C、科斯蒂卡·阿、郑·克、赫比加、胡布纳·阿、瓦尔内茨，2020。粪化石利用微生物群落组成和宿主DNA含量预测粪化石和古粪便的来源。PeerJ 8:e 9001 https://doi.org/10.7717/peerj.9001

参考链接:

http://www . eurekalert . org/pub _ releases/2020-04/mpif-too 041420 . PHP

http://www . science mag . org/news/2020/04/augustic-record-full-dog-puff

http://arstechnica . com/science/2020/04/考古学家-now-have-handy-new-tool-for-analysis-古便便/

原标题:如何区分7000年前的*？