Cahokia Mounds i Illinois stiger højt over det omgivende landskab som den største pre-columbianske bygning, der er bygget nord for Rio Grande. Arkæologer har længe drøftet det nøjagtige antal mennesker, der kaldte Cahokia deres hjem, men estimater antyder, at så mange som 20.000 måske har boet blandt de hundreder af huse og enorme pladser (inklusive en på størrelse med 45 fodboldbaner), der toppede byens hauger omkring 1000 AD Derefter forsvandt civilisationen, der byggede så massive jordiske strukturer, af grunde, der ikke helt blev forstået. I 1350 e.Kr. blev regionen for det meste opgivet.
Byen, der forsvandt for omkring 700 år siden, stiller et fængslende spørgsmål til arkæologer: Hvad skete der med det mississippiske folk, der byggede Cahokia? Nøglen til at løse dette mysterium er det mindre indlysende, men lige så vigtige spørgsmål om, hvordan befolkningen i den store haug by ændrede sig over tid.
”Det har altid været lidt vanskeligt og indirekte at komme med befolkningshistorie inden for arkæologi, ” siger AJ White, en antropologstuderende ved UC Berkeley. Forskere kan undersøge den indenlandske arkitektur og estimere antallet af mennesker, der bor i huse, eller se på densiteten af artefakter som keramikfragmenter eller endda tælle begravelser på kirkegårde (når de findes). Men disse metoder er proxy-målinger, der er afhængige af estimering. Hvad forskere virkelig har brug for, er en forbindelse, der er efterladt af mennesker, der lever i landskabet, noget, der kunne afspejle befolkningens størrelse, når den steg og faldt.
Noget som et specielt molekyle, der findes i menneskelig bæsj.
Munkehaug, den største jordstruktur i Cahokia. (Cahokia Mounts State Historic Site) Netop en sådan biomarkør er emnet for et nyligt papir skrevet af White og kolleger og offentliggjort i Journal of Archaeological Science . Forskerne kiggede på effektiviteten af måling af coprostanol - et molekyle med delvist fordøjet kolesterol produceret i den menneskelige tarm - som en måde at måle den skiftende befolkning i Cahokia. Til deres glæde følges mængden af coprostanol, der er udvundet fra sedimentkerner taget fra nærliggende Horseshoe-sø, nøje med befolkningstrendene angivet med den arkæologiske rekord.
”Resultaterne fra Cahokia er virkelig lovende, ” siger Elizabeth Arkush, arkæolog ved University of Pittsburgh. Det er et godt tegn på Arkushs egen forskning; hun er en af de vigtigste efterforskere i et igangværende projekt til at bruge de samme fækale markører til at studere befolkningsændringer i Peru.
Cahokia var et ideelt sted at starte, delvis fordi det er blevet undersøgt så omfattende. Arkæologer har allerede en idé om, hvordan befolkningen svingede over tid takket være resterne af arkitektur og artefakter, selvom de ikke kan præcisere det nøjagtige antal mennesker, der bor der. Derudover havde befolkningen i Cahokia ikke tamme grise eller får, der også producerer coprostanol og kunne skjule forskernes målinger af den menneskelige befolkning.
Whites gruppe tog prøver fra kernerne i søsediment og isoleret coprostanol samt en forbindelse, som den nedbrydes til, kaldet epi-coprostanol. ”Hos mennesker er coprostanol en noget betydelig komponent i fæces, ” siger White. ”Det kommer til et decimalpoint på en procentdel af afføringens samlede sammensætning.”
I betragtning af menneskelig bæsj er ca. 75 procent vand, selv en brøkdel af en procentdel gør coprostanol til en temmelig betydelig komponent. (Det er også en af forbindelserne, der giver fæces sin skarpe lugt.) Holdet sammenlignede derefter de to kolesterolbiprodukter med et tredje molekyle, der også findes i humant affald, men nedbrydes i en anden hastighed. Kombinationen af disse målinger reflekterede ændringerne i Cahokias befolkning gennem flere århundreder, og undersøgelse af flere molekyler hjalp med at reducere usikkerheder, der er resultatet af de nedbrydende forbindelser.
Undersøgelsen tjener som et bevis-of-concept til at teste den fækale metode i et tempereret område som Cahokia. Måling af coprotanol er en temmelig ny teknik til at estimere befolkningsstørrelser, og den første indsats for at bruge menneskelige fækale biomarkører til at studere gamle bosættelser blev foretaget på steder som Norge, hvor de kolde temperaturer hjælper med at bevare forbindelserne. White og hans kolleger var glade for at finde ud af, at molekyler fra Cahokia, hvor temperaturerne bliver meget højere, var godt bevaret nok til at estimere antallet af mennesker, der bor i byen for hundreder af år siden.
”Jeg ser ikke dette som noget, der vil erstatte tidligere metoder til at estimere befolkning, men snarere kan supplere vores viden på en ny måde, hvor traditionelle metoder ikke kan, ” siger White.
Teknikken har stadig masser af kninks at træne. For det første forringes coprostanol ikke i en ensartet hastighed, så vidt forskere kan fortælle. For det andet afhænger mængden af coprostanol, som et individ mennesker producerer, af deres diæt - skønt White siger, at indflydelsen af en persons diæt ikke er helt klar.
”Hvis nogen bare ville spise kød i en måned og derefter lave noget grovt laboratorieudstyr, og derefter spise tofu i en måned og gøre noget mere groft laboratorieudstyr, ville det være meget produktivt, ” siger han. ”Men jeg ved ikke, om laboratorielederen ville være meget glad, hvis jeg foreslog det.”
Skematisk skildring af dannelse, afsætning og nedbrydning af humane fækale stanoler. (AJ White et al.) Elementer af miljøet og den menneskelige kultur kan også ændre, hvor meget afføring ender i vandmasser, hvor molekylerne bevares i sedimenter. Hvis et samfund var beliggende nær søen og omgivet af bakker, kan det betyde mere afstrømning i vandet og højere niveauer af fækale biomarkører. På den anden side, hvis samfundet brugte gødning som gødning, er det sandsynligt, at færre coprostanol-molekyler ville dukke op i søens rekord.
Disse overvejelser er især vigtige for Arkush og hendes team, der har arbejdet for at opnå lignende resultater i Andesbjergene omkring bassinet ved Lake Titicaca, hvor den menneskelige tilstedeværelse går tilbage til omkring 5000 f.Kr. Befolkningens historie i regionen er meget mere kompliceret end Cahokia, der tegner sig for adskillige civilisationer og byer. Byen Tiwanaku var regionens vigtigste magt i 400 e.Kr., efterfulgt af inkaens ankomst omkring 1450 e.Kr. og derefter de spanske erobrere i ca. 1500 e.Kr.
Projektet i Peru startede i 2015 og er stadig i labanalysefasen, men teamet har med succes identificeret coprostanol i søens kerner. Arbejdet præsenterer en måde at supplere tidligere arkæologibaserede målinger på, såsom en lang og besværlig virksomhed kendt som en fuld dækningsundersøgelse. I disse undersøgelser går grupper af mennesker i lige linjer med deres øjne limet til jorden på jagt efter artefakter og registrerer derefter placeringen og densiteten af disse artefakter for at opbygge et kort over gamle bygder.
"Hvis du kan lide at gå og vandre, er det en fantastisk måde at tilbringe dine dage på, " siger Arkush, men det kan være ekstremt svært at måle nomadiske befolkninger, der kun boede i regionen. ”Hvis det viser sig, at stanoler sporer befolkning over tid, åbner det en masse vidunderlige muligheder for at forstå menneskelige befolkningsniveauer i områder, hvor det er vanskeligt at gøre det arkæologisk” - steder som lejre af jæger-samlere.
Fækale biomarkører kan også hjælpe arkæologer med at forstå, hvor intenst disse grupper brugte husdyr, såsom lamaer, da unikke biomarkører i dyrefald også kan identificeres. Men at trække små molekyler fra alt det gamle poo er en langvarig proces.
”At tage en prøve fra at være frisk sediment til at være i stand til at analysere det ville tage dig en uge, ” siger Josef Werne, en biogeokemiker, der også arbejder med Peru-projektet. Holdet har omkring 30 prøver fra hver af tre søer i regionen (Umayo, Arapa og Orurillo), hvilket betyder, at der er mange timer, hvor man sætter sedimenter gennem forskellige maskiner og analyserer resultaterne.
Selv efter alt dette arbejde kan adskillige variabler komplicere billedet, når man studerer fækale biomarkører. De endelige resultater i Peru vil forhåbentlig tilbyde et nyt værktøj til at studere fluxen af mennesker rundt omkring i regionen snarere end en absolut andel af en bestemt afvikling. Men når kataloget over fækale rester vokser, vil måske biprodukter af menneskeligt affald fortælle os lige så meget om historiske befolkninger som nedgravede huse og gryder.
”Jeg er forsigtigt optimistisk, ” siger Werne om deres arbejde. Der er stadig meget, der skal gøres, før Peru-teamet er parat til at offentliggøre resultater, men hvis resultaterne er lige så lovende som Cahokia-undersøgelsen, kunne der være en hel masse gammel poo i arkæologiens fremtid.
