Cahokia Mounds i Illinois stiger høyt over det omkringliggende landskapet som den største pre-columbianske bosetningen som ble bygget nord for Rio Grande. Arkeologer har lenge diskutert det nøyaktige antallet mennesker som kalte Cahokia sitt hjem, men estimater antyder at så mange som 20 000 kan ha bodd blant de hundrevis av hus og enorme torg (inkludert en på størrelse med 45 fotballbaner) som toppet byens hauger rundt 1000 AD. Så av grunner som ikke helt ble forstått, forsvant sivilisasjonen som bygde så massive jordstrukturer. I 1350 e.Kr. ble regionen stort sett forlatt.
Byen som forsvant for rundt 700 år siden stiller et fengslende spørsmål til arkeologer: Hva skjedde med det Mississippian-folket som bygde Cahokia? Nøkkelen til å løse dette mysteriet er det mindre åpenbare, men like viktige spørsmålet om hvordan befolkningen i den store haugebyen endret seg over tid.
"Det har alltid vært litt vanskelig og indirekte å komme på populasjonshistorie innen arkeologi, " sier AJ White, en antropologstudent ved UC Berkeley. Forskere kan kartlegge den innenlandske arkitekturen og estimere antall mennesker som bor i hus, eller se på tettheten av gjenstander som keramikkfragmenter, eller til og med telle gravferder på kirkegårder (når de finnes). Men disse metodene er proxy-målinger som er avhengige av estimering. Det forskere virkelig trenger, er en forbindelse som er etterlatt av mennesker som lever i landskapet, noe som kan gjenspeile størrelsen på befolkningen når den steg og falt.
Noe som et spesielt molekyl som finnes i menneskelig bæsj.
Monks Mound, den største jordstrukturen ved Cahokia. (Cahokia Mounts State Historic Site) Akkurat en slik biomarkør er emnet for en fersk artikkel forfatter av White og kolleger og publisert i Journal of Archaeological Science . Forskerne så på effektiviteten av å måle koprostanol - et molekyl med delvis fordøyd kolesterol produsert i den menneskelige tarmen - som en måte å måle den skiftende populasjonen i Cahokia. Til sin glede følges mengden av coprostanol fra sedimentkjerner tatt fra nærliggende Horseshoe Lake nært med befolkningstrendene indikert av den arkeologiske posten.
"Resultatene fra Cahokia er virkelig lovende, " sier Elizabeth Arkush, arkeolog ved University of Pittsburgh. Det er et godt tegn for Arkushs egen forskning; hun er en av hovedetterforskerne i et pågående prosjekt for å bruke de samme fekale markørene for å studere befolkningsendringer i Peru.
Cahokia var et ideelt sted å starte, delvis fordi det har blitt så omfattende studert. Arkeologer har allerede en ide om hvordan befolkningen svingte over tid takket være restene av arkitektur og gjenstander, selv om de ikke kan finne det presise antallet mennesker som bor der. I tillegg hadde ikke folket i Cahokia domestiserte griser eller sauer, som også produserer koprostanol og kunne skje forskernes målinger av den menneskelige befolkningen.
White's gruppe tok prøver fra kjernene i innsjøsediment og isolert koprostanol samt en forbindelse som den brytes ned til, kalt epi-koprostanol. "Hos mennesker er koprostanol en noe betydelig komponent i avføring, " sier White. "Det kommer til et desimalpoeng på en prosentandel av den totale sammensetningen av avføringen."
Tatt i betraktning menneskelig bæsj er omtrent 75 prosent vann, til og med en brøkdel av en prosentandel gjør koprostanol til en ganske betydelig komponent. (Det er også en av forbindelsene som gir avføring den skarpe lukten.) Teamet sammenlignet deretter de to kolesterolbiproduktene med et tredje molekyl som også finnes i menneskelig avfall, men forringes i en annen hastighet. Kombinasjonen av disse målingene reflekterte endringene i Cahokias befolkning gjennom flere århundrer, og undersøkelse av flere molekyler bidro til å redusere usikkerhet som skyldes de nedbrytende forbindelsene.
Studien fungerer som et bevis-for-konsept for å teste fekal-metoden i et temperert område som Cahokia. Måling av koprotanol er en ganske ny teknikk for å estimere populasjonsstørrelser, og de første forsøkene på å bruke menneskelige fekale biomarkører for å studere gamle bosetninger ble utført på steder som Norge, der de kalde temperaturene hjelper til med å bevare forbindelsene. White og kollegene var glade for å finne at molekyler fra Cahokia, der temperaturene blir mye høyere, var godt bevart nok til å anslå antall mennesker som bodde i byen for hundrevis av år siden.
"Jeg ser ikke på dette som noe som vil erstatte tidligere metoder for å estimere befolkning, men kan supplere kunnskapen vår på en ny måte der tradisjonelle metoder ikke kan, " sier White.
Teknikken har fremdeles mange knekk å trene. For det første forringes ikke coprostanol med en jevn hastighet så langt forskere kan fortelle. For en annen avhenger mengden av coprostanol som et individ produserer av kostholdet sitt - selv om White sier at påvirkningen av en persons kosthold ikke er helt klar.
"Hvis noen bare ville spise kjøtt i en måned og deretter gjøre noen grove laboratorie ting, og så spise tofu i en måned og gjøre noe mer grove laboratorie ting, ville det være veldig produktivt, " sier han. "Men jeg vet ikke om laboratoriesjefen ville være veldig glad hvis jeg foreslo det."
Skjematisk skildring av dannelse, avsetting og nedbrytning av menneskelige fekale stanoler. (AJ White et al.) Elementer av miljøet og menneskets kultur kan også endre hvor mye avføring som havner i vannmasser, der molekylene er bevart i sedimenter. Hvis et samfunn var lokalisert nær innsjøen og omgitt av åser, kan det bety mer avrenning i vannet og høyere nivåer av fekale biomarkører. På den annen side, hvis samfunnet brukte husdyrgjødsel som gjødsel, er det sannsynlig at færre koprostanolmolekyler vil dukke opp i innsjøen.
Disse hensynene er spesielt viktige for Arkush og hennes team, som har jobbet for å oppnå lignende resultater i Andesfjellene rundt bassenget ved Titicacasjøen, der den menneskelige tilstedeværelsen går tilbake til rundt 5000 f.Kr. Befolkningshistorien i regionen er mye mer komplisert enn det fra Cahokia, og står for en rekke sivilisasjoner og byer. Byen Tiwanaku var hovedmakten i regionen i 400 e.Kr., etterfulgt av ankomst av inkaene rundt 1450 e.Kr. og deretter de spanske erobrerne i omtrent 1500 e.Kr.
Prosjektet i Peru startet i 2015 og er fortsatt i labanalysefasen, men teamet har vellykket identifisert koprostanol i innsjøkjerner. Arbeidet presenterer en måte å supplere tidligere arkeologibaserte målinger, for eksempel et langt og krevende foretak kjent som en full dekningsundersøkelse. I disse undersøkelsene går grupper av mennesker i rette linjer med øynene limt til bakken på jakt etter gjenstander, og registrerer deretter plasseringen og tettheten av disse gjenstandene for å lage et kart over gamle bosetninger.
"Hvis du liker å gå og gå på tur, er det en fantastisk måte å tilbringe dagene dine på, " sier Arkush, men det kan være ekstremt vanskelig å måle nomadiske befolkninger som bodde bare i regionen. "Hvis det viser seg at stanoler sporer befolkningen over tid, åpner det for mange fantastiske muligheter for å forstå menneskelige befolkningsnivåer i områder der det er vanskelig å gjøre det arkeologisk" - steder som leirene til jeger-samlere.
Fekale biomarkører kan også hjelpe arkeologer til å forstå hvor intenst disse gruppene brukte husdyr som lamaer, da det også kan identifiseres unike biomarkører i dyredråper. Men å trekke bittesmå molekyler fra alt det gamle pooet er en lang prosess.
"Å ta en prøve fra å være ferskt sediment til å kunne analysere det ville ta deg en uke, " sier Josef Werne, en biogeokjemiker som også jobber med Peru-prosjektet. Teamet har rundt 30 prøver fra hver av tre innsjøer i regionen (Umayo, Arapa og Orurillo), noe som betyr mye timer å sette sedimenter gjennom forskjellige maskiner og analysere resultatene.
Selv etter alt dette arbeidet, kan mange variabler komplisere bildet når du studerer fekale biomarkører. De endelige resultatene i Peru vil forhåpentligvis tilby et nytt verktøy for å studere fluksen av mennesker rundt i regionen, snarere enn en absolutt andel av noe spesifikt oppgjør. Men når katalogen over fekale rester vokser, vil kanskje biproduktene av menneskelig avfall fortelle oss like mye om historiske bestander som gravlagte hus og gryterunder.
“Jeg er forsiktig optimistisk, ” sier Werne om arbeidet deres. Det er fortsatt mye som skal gjøres før Peru-teamet vil være klare til å publisere resultater, men hvis funnene er like lovende som Cahokia-studien, kan det være en hel del gammel poo i arkeologiens fremtid.
