一坨7000年前的粪便：为什么考古学家要研究数千年前的粪便?

你能区分人的粪便和狗的粪便吗？如果你家里有一只狗，或者你生活在一个有不省人事的狗主人的社区，似乎这对你来说不是问题——至少在大多数情况下，两种粪便在大小和形状上有明显的差异。

但是，这个问题是考古学家的另一个问题。在考古遗址中区分人粪和狗粪具有重要的科学意义，但也充满了挑战。最近，马克斯·普朗克人类历史研究所等机构的科学家开发了第一个利用人工智能区分人类粪便和狗粪便的系统。

考古现场有这么多珍贵的遗迹和文物，考古学家为什么要研究粪便？这些形成于几百年或几千年前的粪便，至今未矿化或仅部分矿化，所以仍保留着大量的原始成分，包括粪便制造者的DNA、肠道微生物、它们的饮食、食物DNA等。对于考古学家来说，这些成分是了解古代人类和社会进化的重要信息基础。

比如通过分析古代粪便的成分，可以了解古代饮食习惯的演变；其中，肠道微生物不仅反映了古人的肠道健康状况，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这些粪便确实来自人类。

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

考古问题

人类驯养狗的确切时间还存在争议，但至少在一万多年前，狗就开始出现在人类社会，并与人类建立了密不可分的关系。因此，在世界各地的考古遗址中，狗和粪便的遗骸经常与古代人类的遗骸一起出土。

虽然新鲜粪便不难分辨，但是经过几千年的沉淀，这些粪便都发生了不同程度的变形。且不说在这个过程中有大量粪便被压碎，变成只有毫米级的碎片，融入到周围的沉积物中。只有通过高磷和粪便固醇等化学特征，人们才能确认粪便在这里的存在。所以你所具备的鉴别粪便主人的技能，往往不适用于考古学家。

下图中的排泄物来自安徽小孙岗遗址。你猜，这些有7200年历史的狗狗是人做的还是狗做的？

图片来源：安徽省文物考古研究所图片来源:安徽省文物考古研究所

如果刚才这张照片还能被辨认出来的话，很明显肉眼对1300年前墨西哥库瓦德洛斯穆尔托斯(Cueva de los Muertos Chiquitos)遗址的粪便无能为力。

图片来源：LMAMR LABORATORY图片来源:LMAMR实验室

除了肉眼识别，是否可以用其他技术手段来区分古代粪便的主人？当然有，但也有问题。目前常用的方法是线粒体DNA测序。粪便通过肠道时，大量肠道上皮细胞脱落，提供了主人的遗传物质。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，饮食上有很多相似之处。反映在粪便里，意思是“你有我，我有你”:一方面，我们都知道一句话“狗改不了吃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DNA；另一方面，在一些地方文化中有吃狗肉的传统。因此，人和狗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

有没有更准确的手段帮助考古学家充分利用这些史料？

最近，马斯克·普朗克人类历史研究所和其他机构的科学家在人工智能的帮助下，开发了一种识别粪便来源——粪类的系统。这个系统发表在PeerJ杂志上。

在检测遗传物质的基础上，本研究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。另外，这个系统可以消除现代DNA的干扰。在研究了大量样本后，研究人员认为，通过将样本中的DNA与肠道微生物的特征相结合，coproID可以区分人类粪便和狗粪便。

于是，对coproID的测试开始了。这个系统面临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，时间跨度从7200年前到中世纪。另外7个样本是没有粪便的沉积物。CoproID有两个任务:识别每个样本是否属于粪便；如果是粪便，它的主人是什么。

因此，coproID准确识别了所有没有粪便的样本。粪检鉴定出13份粪便中7份的主人:5份是人的粪便，另外2份来自狗。

在这些样本中，以下来自英国17世纪夜壶的粪便样本值得特别关注。考虑到它们出现的地方，考古学家毫不犹豫地认为它们是人类的粪便，也在博物馆里打着“人类粪便”的标签躺了几十年。然而，coproID得出了相反的结论:粪便无疑来自狗。CoproID无法回答为什么夜壶里会出现狗屎，但至少博物馆可能会考虑换个标签。

夜壶以及其中的粪便夜壶及其粪便

至于六个粪样，could系统无法鉴定，研究人员说其中三个的遗传物质含量太低，不足以鉴定；剩下的三个来自墨西哥的样本就更有意思了:它们的肠道微生物符合人类特征，但是来自狗的DNA含量异常高。

既然样本只有一个主人，不可能是人和狗的粪便的混合物，那问题在哪里？

在研究人员看来，这两种可能性都不能排除。一方面，如果这些样本来自人类，合理的解释是他们在制作这些粪便之前都吃了狗肉。这需要一些机会，但也不是不可能。

另一种可能，如果这些粪便来自狗，我们如何解释有利于人类的肠道微生物的特征？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。这些狗都是现代家庭饲养的宠物狗。与1000多年前的狗相比，宠物狗的饮食发生了巨大的变化。接下来是肠道微生物的变化。作者说，为了进一步验证这一假设并改进CoCID系统，他们需要添加更多来自农村或野狗的数据。

“我们对犬科微生物了解不多，”这项研究的主要作者、马克斯·普朗克人类历史研究所的博士生马克西姆·博里说。“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。”