De Cahokia-heuvels in Illinois steken hoog boven het omringende landschap uit en zijn de grootste pre-Columbiaanse nederzetting gebouwd ten noorden van de Rio Grande. Archeologen hebben lang gedebatteerd over het exacte aantal mensen dat Cahokia hun huis noemde, maar schattingen suggereren dat er maar liefst 20.000 tussen de honderden huizen en enorme pleinen hebben gewoond (waaronder een ter grootte van 45 voetbalvelden) die rond de heuvels van de stad rond 1000 lagen AD Toen, om niet volledig begrepen redenen, verdween de beschaving die zulke massieve aarden structuren bouwde. Tegen het jaar 1350 was de regio grotendeels verlaten.
De stad die ongeveer 700 jaar geleden verdween, stelt archeologen een boeiende vraag: wat is er gebeurd met de Mississippiaanse mensen die Cahokia hebben gebouwd? De sleutel tot het oplossen van dat mysterie is de minder voor de hand liggende, maar even belangrijke vraag hoe de bevolking van de grote heuvelstad in de loop van de tijd is veranderd.
"De bevolkingsgeschiedenis in de archeologie bekijken is altijd een beetje moeilijk en indirect geweest", zegt AJ White, afgestudeerd antropologie aan UC Berkeley. Onderzoekers kunnen de binnenlandse architectuur onderzoeken en een schatting maken van het aantal mensen dat in huizen woont, of kijken naar de dichtheid van artefacten zoals aardewerkfragmenten, of zelfs begraafplaatsen op begraafplaatsen tellen (als ze bestaan). Maar deze methoden zijn proxy-metingen die afhankelijk zijn van schattingen. Wat wetenschappers echt nodig hebben, is een verbinding die wordt achtergelaten door mensen die in het landschap wonen, iets dat de grootte van de bevolking kan weerspiegelen terwijl deze op en neer ging.
Iets als een speciale molecule die in menselijke kak wordt gevonden.
Monks Mound, de grootste aarden structuur in Cahokia. (Cahokia Mounts State Historic Site) Precies zo'n biomarker is het onderwerp van een recent artikel geschreven door White en collega's en gepubliceerd in het Journal of Archaeological Science . De onderzoekers keken naar de effectiviteit van het meten van coprostanol - een molecule van gedeeltelijk verteerde cholesterol geproduceerd in de menselijke darm - als een manier om de veranderende populatie van Cahokia te meten. Tot hun blijdschap volgde de hoeveelheid coprostanol die werd gewonnen uit sedimentkernen uit het nabijgelegen Horseshoe Lake nauwgezet met de populatietrends die worden aangegeven door het archeologische dossier.
"De resultaten van Cahokia zijn echt veelbelovend", zegt Elizabeth Arkush, een archeoloog aan de Universiteit van Pittsburgh. Het is een goed teken voor het eigen onderzoek van Arkush; ze is een van de belangrijkste onderzoekers in een lopend project om dezelfde fecale markers te gebruiken om bevolkingsveranderingen in Peru te bestuderen.
Cahokia was een ideale plek om te beginnen, deels omdat het zo uitgebreid is bestudeerd. Archeologen hebben al een idee van hoe de bevolking in de loop van de tijd fluctueerde dankzij de overblijfselen van architectuur en artefacten, zelfs als ze het precieze aantal mensen daar niet kunnen achterhalen. Bovendien hadden de mensen van Cahokia geen tamme varkens of schapen, die ook coprostanol produceren en de metingen van wetenschappers aan de menselijke populatie scheef konden zetten.
De groep van White nam monsters uit de kernen van het sediment van het meer en geïsoleerde coprostanol, evenals een verbinding waarin het wordt afgebroken, genaamd epi-coprostanol. "Bij mensen is coprostanol een ietwat belangrijke component van uitwerpselen, " zegt White. "Het komt op een decimaal punt van een percentage van de totale samenstelling van de ontlasting."
Rekening houdend met het feit dat menselijke kak ongeveer 75 procent water is, maakt coprostanol zelfs een fractie van een percentage een behoorlijk belangrijke component. (Het is ook een van de verbindingen die uitwerpselen zijn doordringende geur geeft.) Het team vergeleek vervolgens de twee cholesterolbijproducten met een derde molecuul dat ook in menselijk afval voorkomt maar in een ander tempo afbreekt. De combinatie van deze metingen weerspiegelde de veranderingen in de populatie van Cahokia gedurende verschillende eeuwen, en het onderzoeken van meerdere moleculen hielp de onzekerheden verminderen die het gevolg zijn van de afbrekende verbindingen.
De studie dient als een proof-of-concept om de fecale methode in een gematigde regio als Cahokia te testen. Het meten van coprotanol is een vrij nieuwe techniek voor het schatten van de populatiegrootte en de eerste pogingen om menselijke fecale biomarkers te gebruiken om oude nederzettingen te bestuderen werden uitgevoerd in plaatsen zoals Noorwegen, waar de koude temperaturen helpen de verbindingen te behouden. White en zijn collega's waren verheugd te ontdekken dat moleculen uit Cahokia, waar de temperatuur veel hoger wordt, goed genoeg zijn bewaard om het aantal mensen te schatten dat honderden jaren geleden in de stad woonde.
"Ik zie dit niet als iets dat eerdere methoden voor het schatten van de populatie zal vervangen, maar eerder onze kennis kan aanvullen op een nieuwe manier waar traditionele methoden dat niet kunnen, " zegt White.
De techniek heeft nog steeds veel knikken om uit te werken. Ten eerste wordt coprostanol niet zo snel afgebroken als wetenschappers kunnen zien. Voor een ander hangt de hoeveelheid coprostanol die een individu produceert af van zijn dieet - hoewel White zegt dat de invloed van het dieet van een persoon niet helemaal duidelijk is.
"Als iemand gewoon een maand vlees zou willen eten en dan wat grove laboratoriumspullen zou doen, en vervolgens een maand tofu zou eten en wat meer grove laboratoriumspullen zou doen, zou dat zeer productief zijn, " zegt hij. "Maar ik weet niet of de labmanager erg blij zou zijn als ik het zou voorstellen."
Schema dat de vorming, afzetting en afbraak van menselijke fecale stanolen weergeeft. (AJ White et al.) Elementen van het milieu en de menselijke cultuur kunnen ook veranderen hoeveel uitwerpselen in waterlichamen terechtkomen, waar de moleculen in sedimenten worden bewaard. Als een gemeenschap in de buurt van het meer was gelegen en omgeven was door heuvels, zou dat kunnen betekenen dat er meer water in het water terechtkomt en dat er meer fecale biomarkers zijn. Aan de andere kant, als de gemeenschap menselijke mest als meststof zou gebruiken, is het waarschijnlijk dat minder coprostanolmoleculen zouden verschijnen in het merenrecord.
Deze overwegingen zijn vooral belangrijk voor Arkush en haar team, die hebben gewerkt om vergelijkbare resultaten te bereiken in de Andes rond het stroomgebied van het Titicacameer, waar de menselijke aanwezigheid teruggaat tot rond 5000 voor Christus. De bevolkingsgeschiedenis van de regio is veel ingewikkelder dan die van Cahokia, goed voor talloze beschavingen en steden. De stad Tiwanaku was de belangrijkste macht van de regio in 400 AD, gevolgd door de komst van de Inca rond 1450 AD en vervolgens de Spaanse veroveraars in ongeveer 1500 AD
Het project in Peru begon in 2015 en bevindt zich nog in de laboratoriumanalysefase, maar het team heeft met succes coprostanol in meerkernen geïdentificeerd. Het werk biedt een manier om eerdere op archeologie gebaseerde metingen aan te vullen, zoals een lange en zware onderneming die bekend staat als een volledig dekkingsonderzoek. In deze onderzoeken lopen groepen mensen in rechte lijnen met hun ogen op de grond gelijmd op zoek naar artefacten, registreren vervolgens de locatie en dichtheid van die artefacten om een kaart met oude nederzettingen te bouwen.
"Als je van wandelen en wandelen houdt, is het een geweldige manier om je dagen door te brengen, " zegt Arkush, maar het kan heel moeilijk zijn om nomadische populaties te meten die slechts kort in de regio woonden. "Als blijkt dat stanolen de bevolking in de loop van de tijd volgen, dan biedt dat veel geweldige mogelijkheden om de menselijke populatieniveaus te begrijpen in gebieden waar dat moeilijk archeologisch te doen is" - plaatsen zoals de kampementen van jager-verzamelaars.
Fecale biomarkers kunnen archeologen ook helpen begrijpen hoe intensief deze groepen tamme dieren zoals lama's gebruikten, omdat ook unieke biomarkers in uitwerpselen van dieren kunnen worden geïdentificeerd. Maar het trekken van kleine moleculen uit al die oude poep is een langdurig proces.
"Om een monster te nemen van vers sediment tot het kunnen analyseren ervan zou je een week kosten", zegt Josef Werne, een biogeochemist die ook aan het Peru-project werkt. Het team heeft ongeveer 30 monsters uit elk van de drie meren in de regio (Umayo, Arapa en Orurillo), wat zich vertaalt in vele uren sedimenten door verschillende machines brengen en de resultaten analyseren.
Zelfs na al dat werk kunnen talloze variabelen het beeld bemoeilijken bij het bestuderen van fecale biomarkers. De uiteindelijke resultaten in Peru zullen hopelijk een nieuw hulpmiddel bieden om de stroom van mensen in de regio te bestuderen, in plaats van een absoluut personeelsbestand van een specifieke nederzetting. Maar naarmate de catalogus van fecale overblijfselen groeit, zullen de bijproducten van menselijk afval ons misschien net zoveel vertellen over historische populaties als begraven huizen en potscherven.
"Ik ben voorzichtig optimistisch", zegt Werne over hun werk. Er is nog veel te doen voordat het Peru-team klaar zal zijn om alle resultaten te publiceren, maar als de bevindingen net zo veelbelovend zijn als de Cahokia-studie, zou er in de toekomst van de archeologie een hoop oude poep kunnen zijn.
