Die Cahokia Mounds in Illinois ragen hoch über die umgebende Landschaft und gelten als größte präkolumbianische Siedlung nördlich des Rio Grande. Archäologen haben lange über die genaue Anzahl der Menschen diskutiert, die Cahokia als ihr Zuhause bezeichneten, aber Schätzungen zufolge lebten unter den Hunderten von Häusern und riesigen Plätzen (darunter einer von 45 Fußballfeldern), die die Hügel der Stadt um 1000 überragten, bis zu 20.000 AD Dann verschwand aus Gründen, die nicht vollständig verstanden wurden, die Zivilisation, die solch massive irdene Strukturen baute. Um 1350 wurde die Region größtenteils aufgegeben.
Die Stadt, die vor etwa 700 Jahren verschwunden ist, stellt Archäologen vor eine faszinierende Frage: Was ist mit den Mississippiern passiert, die Cahokia gebaut haben? Der Schlüssel zur Lösung dieses Rätsels ist die weniger offensichtliche, aber ebenso wichtige Frage, wie sich die Bevölkerung der großen Hügelstadt im Laufe der Zeit verändert hat.
"Die Geschichte der Bevölkerung in der Archäologie zu erforschen war schon immer etwas schwierig und indirekt", sagt AJ White, ein Doktorand der Anthropologie an der UC Berkeley. Forscher können die häusliche Architektur untersuchen und die Anzahl der in Häusern lebenden Personen schätzen oder die Dichte von Artefakten wie Töpferfragmenten untersuchen oder sogar Bestattungen auf Friedhöfen zählen (sofern vorhanden). Bei diesen Methoden handelt es sich jedoch um Proxy-Messungen, die auf Schätzungen beruhen. Was Wissenschaftler wirklich brauchen, ist eine Verbindung, die von den Menschen in der Landschaft zurückgelassen wird. Dies könnte die Größe der Bevölkerung widerspiegeln, wenn sie steigt und fällt.
So etwas wie ein spezielles Molekül, das man in menschlichem Mist findet.
Monks Mound, das größte irdene Bauwerk in Cahokia. (Cahokia Mounts State Historic Site) Genau ein solcher Biomarker ist Gegenstand eines kürzlich von White und Kollegen verfassten und im Journal of Archaeological Science veröffentlichten Papers. Die Forscher untersuchten die Wirksamkeit der Messung von Coprostanol - einem Molekül von teilweise verdautem Cholesterin, das im menschlichen Darm produziert wird - als einen Weg, um die sich ändernde Population von Cahokia zu messen. Zu ihrer Freude entsprach die Menge an Coprostanol, die aus Sedimentkernen aus dem nahe gelegenen Horseshoe Lake gewonnen wurde, genau den in den archäologischen Aufzeichnungen angegebenen Bevölkerungsentwicklungen.
"Die Ergebnisse von Cahokia sind wirklich vielversprechend", sagt Elizabeth Arkush, Archäologin an der Universität von Pittsburgh. Es ist ein gutes Zeichen für Arkushs eigene Forschung; Sie ist eine der Hauptforscherinnen in einem laufenden Projekt, bei dem dieselben Kotmarker zur Untersuchung der Bevölkerungsveränderungen in Peru verwendet werden.
Cahokia war ein idealer Ausgangspunkt, zum Teil, weil es so ausführlich untersucht wurde. Archäologen haben bereits eine Vorstellung davon, wie sich die Bevölkerung dank der Überreste von Architektur und Artefakten im Laufe der Zeit verändert hat, auch wenn sie die genaue Anzahl der dort lebenden Menschen nicht genau bestimmen können. Außerdem hatten die Menschen in Cahokia keine domestizierten Schweine oder Schafe, die ebenfalls Coprostanol produzieren und die Messungen der Wissenschaftler an der menschlichen Bevölkerung verzerren könnten.
White's Gruppe nahm Proben aus den Kernen des Seesediments und isoliertes Coprostanol sowie eine Verbindung, die es abbaut, Epi-Coprostanol. "Beim Menschen ist Coprostanol ein wichtiger Bestandteil des Kots", sagt White. "Es kommt zu einem Dezimalpunkt eines Prozentsatzes der Gesamtzusammensetzung des Stuhls."
Wenn man bedenkt, dass menschlicher Kot etwa 75 Prozent Wasser enthält, macht sogar ein Bruchteil eines Prozentsatzes Coprostanol zu einer ziemlich bedeutenden Komponente. (Es ist auch eine der Verbindungen, die dem Kot seinen stechenden Geruch verleiht.) Das Team verglich die beiden Cholesterin-Nebenprodukte mit einem dritten Molekül, das ebenfalls in menschlichem Abfall vorhanden ist, sich jedoch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zersetzt. Die Kombination dieser Messungen spiegelte die Veränderungen in der Bevölkerung von Cahokia über mehrere Jahrhunderte wider. Die Untersuchung mehrerer Moleküle trug dazu bei, die Unsicherheiten zu verringern, die sich aus den abbauenden Verbindungen ergeben.
Die Studie dient als Proof-of-Concept, um die Kotmethode in einer gemäßigten Region wie Cahokia zu testen. Die Messung von Coprotanol ist eine relativ neue Methode zur Schätzung der Bevölkerungsgröße. Die ersten Versuche, menschliche Biomarker für die Untersuchung antiker Siedlungen zu verwenden, wurden an Orten wie Norwegen durchgeführt, wo die kalten Temperaturen zur Erhaltung der Verbindungen beitragen. White und seine Kollegen waren erfreut festzustellen, dass Moleküle aus Cahokia, wo die Temperaturen viel höher werden, gut genug konserviert waren, um die Zahl der Menschen, die vor Hunderten von Jahren in der Stadt lebten, zu schätzen.
"Ich sehe dies nicht als etwas, das frühere Methoden zur Bevölkerungsschätzung ersetzen wird, sondern unser Wissen auf eine neue Art und Weise ergänzen kann, die herkömmliche Methoden nicht können", sagt White.
Die Technik hat immer noch viele Knicke, um zu arbeiten. Zum einen baut sich Coprostanol nach Ansicht der Wissenschaftler nicht mit gleichbleibender Geschwindigkeit ab. Zum anderen hängt die Menge an Coprostanol, die ein einzelner Mensch produziert, von seiner Ernährung ab - obwohl White sagt, der Einfluss der Ernährung eines Menschen sei nicht ganz klar.
„Wenn jemand nur einen Monat lang Fleisch essen und dann ein paar grobe Laborarbeiten ausführen und dann einen Monat lang Tofu essen und noch mehr grobe Laborarbeiten ausführen wollte, wäre das sehr produktiv“, sagt er. "Aber ich weiß nicht, ob der Laborleiter sehr glücklich wäre, wenn ich es vorschlagen würde."
Schematische Darstellung der Bildung, Ablagerung und des Abbaus menschlicher Stuhlstanole. (AJ White et al.) Elemente der Umwelt und der menschlichen Kultur können auch verändern, wie viel Kot in Gewässern landet, in denen die Moleküle in Sedimenten aufbewahrt werden. Wenn sich eine Gemeinde in der Nähe des Sees befindet und von Hügeln umgeben ist, könnte dies bedeuten, dass mehr ins Wasser abfließt und mehr Biomarker im Kot vorhanden sind. Auf der anderen Seite ist es wahrscheinlich, dass weniger Coprostanolmoleküle im Seedatensatz auftauchen, wenn die Gemeinde Gülle als Düngemittel verwendet.
Diese Überlegungen sind besonders wichtig für Arkush und ihr Team, die daran gearbeitet haben, ähnliche Ergebnisse in den Anden um das Becken des Titicacasees zu erzielen, wo die menschliche Präsenz bis etwa 5000 v. Chr. Zurückreicht. Die Bevölkerungsgeschichte der Region ist viel komplizierter als das von Cahokia, das für zahlreiche Zivilisationen und Städte verantwortlich ist. Die Stadt Tiwanaku war die Hauptmacht der Region im Jahr 400 n. Chr., Gefolgt von der Ankunft der Inkas um 1450 n. Chr. Und den spanischen Eroberern im Jahr 1500 n. Chr.
Das Projekt in Peru startete 2015 und befindet sich noch in der Laboranalysephase. Das Team hat jedoch erfolgreich Coprostanol in Seekernen identifiziert. Die Arbeit stellt eine Möglichkeit dar, frühere archäologische Messungen zu ergänzen, wie z. B. ein langwieriges und mühsames Unterfangen, das als vollständige Erhebung bezeichnet wird. Bei diesen Erhebungen gehen Gruppen von Menschen in geraden Linien mit auf den Boden geklebten Augen auf der Suche nach Artefakten und zeichnen dann den Ort und die Dichte dieser Artefakte auf, um eine Karte der antiken Siedlungen zu erstellen.
"Wenn Sie gerne wandern und spazieren gehen, ist dies eine großartige Möglichkeit, Ihre Tage zu verbringen", sagt Arkush. Es kann jedoch äußerst schwierig sein, die Nomadenpopulationen zu messen, die nur kurz in der Region lebten. „Wenn sich herausstellt, dass Stanole die Bevölkerung im Laufe der Zeit nachverfolgen, eröffnen sich viele wunderbare Möglichkeiten, die Bevölkerungszahl in Gebieten zu verstehen, in denen dies archäologisch schwierig ist“ - Orte wie die Lager von Jägern und Sammlern.
Fäkale Biomarker könnten Archäologen auch helfen, zu verstehen, wie intensiv diese Gruppen domestizierte Tiere wie Lamas verwendeten, da auch eindeutige Biomarker in Tierkot identifiziert werden können. Es ist jedoch ein langwieriger Prozess, winzige Moleküle aus all dem alten Müll herauszuholen.
„Eine Probe vom frischen Sediment bis zur Analyse zu entnehmen, würde eine Woche dauern“, sagt Josef Werne, ein Biogeochemiker, der ebenfalls am Peru-Projekt arbeitet. Das Team hat ungefähr 30 Proben von jedem der drei Seen in der Region (Umayo, Arapa und Orurillo), was bedeutet, dass viele Stunden lang Sedimente durch verschiedene Maschinen geleitet und die Ergebnisse analysiert werden.
Auch nach all dem können zahlreiche Variablen das Bild bei der Untersuchung von Biomarkern für den Stuhl komplizieren. Die endgültigen Ergebnisse in Peru werden hoffentlich ein neues Instrument zur Untersuchung der Bevölkerungsströme in der Region bieten, anstatt die absolute Anzahl der Beschäftigten einer bestimmten Siedlung. Aber wenn der Katalog der Fäkalienreste wächst, erzählen uns die Nebenprodukte menschlicher Abfälle vielleicht so viel über historische Bevölkerungsgruppen wie begrabene Häuser und Töpfereien.
"Ich bin vorsichtig optimistisch", sagt Werne über ihre Arbeit. Es bleibt noch viel zu tun, bevor das peruanische Team bereit ist, Ergebnisse zu veröffentlichen. Wenn die Ergebnisse jedoch so vielversprechend sind wie die Cahokia-Studie, könnte die Zukunft der Archäologie eine ganze Menge uralter Probleme bereiten.
