撰文 | 吳非

考古遺址中有價值的遺骸與文物那么多，為什么考古學(xué)家還要研究糞便呢？這些形成于幾百或數(shù)千年前的糞便，至今尚未或僅僅部分礦化，因此還保留了大量原始成分，包括糞便制造者的DNA、腸道微生物、他們的飲食以及食物的DNA。對于考古學(xué)家來說，這些成分就是了解古代人類與社會演化的重要信息庫。

例如，通過分析古人糞便的成分，我們可以了解古人飲食習(xí)慣的演化；而其中的腸道微生物，不僅映射出古人的腸道健康狀況，還能反映他們是否患上了炎癥性腸病、糖尿病、肥胖癥等特定的疾病。而實現(xiàn)這一切的第一步，就是確認這些糞便的確是來自人類。

正因為糞便蘊藏的信息量驚人，在辨別糞便主人時，考古學(xué)家遇到了一些困難。最大的挑戰(zhàn)，就是區(qū)分人類與犬類的糞便。

人類馴化犬類的確切時間還存在爭議，但至少在超過1萬年前，犬類已經(jīng)開始出現(xiàn)在人類社會中，與人類建立起密不可分的聯(lián)系。因此在世界各地的考古遺址中，犬類的遺骸，以及糞便，就常常與古代人類的一同出土。

盡管新鮮的糞便不難辨別，但經(jīng)過了千百年的沉積過程，這些糞便都經(jīng)歷了不同程度的形變。更不用說很多糞便在這一過程中已經(jīng)被壓碎，成為只有毫米級的碎塊，融入周圍的沉積物中。只有通過高磷、糞甾醇等化學(xué)特征，人們才能確認這里有糞便存在。因此，你掌握的那些辨認糞便主人的技巧，對于考古學(xué)家來說往往并不適用。

下面這張圖片中的糞便，來自安徽省的小孫崗遺址。猜一猜，這些有著7200年歷史的便便，是由人還是犬類制造的?

圖片來源：安徽省文物考古研究所

如果剛才這張照片還可以辨別，那么對于下面這坨來自1300年前墨西哥的Cueva de los Muertos Chiquitos遺址，已經(jīng)完全融入沉積物中的糞便，肉眼顯然是無能為力了。

圖片來源：LMAMR LABORATORY

除了肉眼識別，還有其他技術(shù)手段可以用于分辨古代糞便的主人嗎？當(dāng)然有，但問題同樣存在。目前常用的手段是線粒體DNA測序。糞便在通過腸道的過程中，有大量腸上皮細胞脫落，這些細胞提供了主人的遺傳物質(zhì)。此外，食物中的遺傳物質(zhì)也反映在糞便中。

古代人類與犬類密切關(guān)聯(lián)，在飲食上也有不少相似之處。體現(xiàn)在糞便中，就是“你中有我，我中有你”：一方面，我們都知道一句“狗改不了吃X”的俗語。一些犬類的確有著進食人類排泄物的習(xí)慣，因此它們的糞便中可能包括了人類的DNA；另一方面，在一些地區(qū)的文化中，有著吃狗肉的傳統(tǒng)。這樣一來，人類與犬類的遺傳物質(zhì)可能出現(xiàn)在對方的糞便中，互相形成干擾。

還有更加準確的手段，可以幫助考古學(xué)家充分利用這些史料嗎？

最近，馬斯克·普朗克人類歷史研究所等機構(gòu)的科學(xué)家借助人工智能，開發(fā)了一套識別糞便來源的系統(tǒng)——coproID（coprolite identification，即糞化石鑒定）。這項系統(tǒng)發(fā)表于PeerJ期刊。

在檢測遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)上，這項研究的作者還關(guān)注了糞便中的腸道微生物特征。為了訓(xùn)練這套系統(tǒng)，研究團隊收集了大量相關(guān)的基因序列，包括現(xiàn)代人類、犬類的遺傳物質(zhì)，以及兩者的腸道微生物等信息。此外，這套系統(tǒng)還能夠排除現(xiàn)代DNA的干擾。經(jīng)過大量樣本學(xué)習(xí)，研究人員相信，coproID能夠結(jié)合樣本中的DNA與腸道微生物特征，區(qū)分人類與犬類的糞便。

于是，對coproID的測試開始了。這套系統(tǒng)面對的是20個樣本，其中13份是來自考古遺址的糞便，這些樣本來自中國、墨西哥、歐洲的10個遺址，時間從7200年前到中世紀不等。（前文來自安徽小孫崗遺址與墨西哥的兩張糞便照片，也屬于coproID的考題。）而另外7份樣本則是不含糞便的沉積物。coproID的任務(wù)有兩項：辨認出每一份樣本是否屬于糞便；如果是糞便，其主人又是什么。

結(jié)果，coproID準確識別出所有不含糞便的樣本。而在13份糞便中，coproID辨認出其中7份的主人：5份是人類糞便，其余兩份來自犬類。（其中，圖片中小孫崗遺址的糞便屬于犬類，而另一份已經(jīng)不成型的糞便樣本屬于人類，你猜對了嗎？）

在這些樣本中，下面這份來自英國17世紀的一個夜壺中的糞便樣本尤其值得關(guān)注。考慮到其出現(xiàn)的地點，此前考古學(xué)家毫不猶豫地認為它們是人類糞便，它們也頂著“人類糞便”的標簽在博物館里躺了幾十年。但coproID卻給出了相反的結(jié)論：這些糞便毫無疑問來自犬類。至于為什么犬類的排泄物會出現(xiàn)在夜壺中，coproID無法回答，但至少博物館或許可以考慮更換標簽了。

 夜壺以及其中的糞便（圖片來源：Kate Britton）

至于6份coproID系統(tǒng)無法識別的糞便樣本，研究人員表示，其中3份的遺傳物質(zhì)含量太低，因此不足以鑒定；剩余3份來自墨西哥的樣本更加有趣：其腸道微生物符合人類特征，但來自犬類的DNA含量卻異常地高。

既然樣本的主人只有一個，而不可能是由人類與犬類糞便混合而成的，那么問題出在哪呢？

在研究人員看來，兩種可能性均無法排除。一方面，如果這些樣本來自人類，那么合理的解釋是，他們在制造這些糞便之前，都恰好吃了狗肉。需要一些偶然性，但也并非不可能出現(xiàn)。

另一種可能性，如果這些糞便來自犬類，那么偏向人類的腸道微生物特征又該如何解釋？還記得研究人員是如何訓(xùn)練coproID的嗎？他們收集的數(shù)據(jù)中，包含了犬類的腸道微生物。而這些犬類，都是來自現(xiàn)代家庭喂養(yǎng)的寵物狗。與一千多年前的犬類相比，寵物狗的飲食出現(xiàn)了天翻地覆的變化。隨之而來的，是腸道微生物的改變。論文作者表示，要進一步驗證這種假說并改進coproID系統(tǒng)，他們需要加入更多來自農(nóng)村或野生的犬類的數(shù)據(jù)。

“對于犬類的微生物，我們了解得還不多，”這項研究的主要作者，馬克斯·普朗克人類歷史研究所的博士生Maxime Borry說，“我們希望人們可以關(guān)注犬類腸道微生物的多樣性，這將幫助我們更準確地判斷古代糞便的主人。”

原始論文：

Borry M, Cordova B, Perri A, Wibowo M, Honap TP, Ko J, Yu J, Britton K, Girdland-Flink L, Power RC, Stuijts I, Salazar-García DC, Hofman C, Hagan R, Samdapawindé Kagoné T, Meda N, Carabin H, Jacobson D, Reinhard K, Lewis C, Kostic A, Jeong C, Herbig A, Hübner A, Warinner C. 2020. CoproID predicts the source of coprolites and paleofeces using microbiome composition and host DNA content. PeerJ 8:e9001 https:///10.7717/peerj.9001

參考鏈接：

https://www./pub_releases/2020-04/mpif-too041420.php

https://www./news/2020/04/archaeological-record-full-dog-poop

https:///science/2020/04/archaeologists-now-have-a-handy-new-tool-for-analyzing-paleo-poop/

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