讓AI聞了聞「古大便」,結果發現考古記錄滿是狗糞味!

哈佛大學分子考古學家克莉絲汀娜·沃林納在演講時常讓聽眾們來猜測人大便或者狗大便,而大家總是猜錯。現在,克莉絲蒂娜團隊開發了一種AI工具可以準確區分人和狗的「古糞便」。在分析了十幾個跨越數千年的樣本之後,他們得出了令人驚訝的結論:考古記錄中充滿了狗大便。

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一切都要回到1981年。

當時美蘭妲·柴德(Melinda Zeder)還是研究生,在伊朗西南部的一個舊石器時代洞穴中,她正對動物屍骨進行分類,突然她發現了一個無法辨認的碎片。

「當你無法分辨石頭和骨頭的時候,舔它一下,如果是骨頭的話,舌頭會被粘住。」如今美蘭妲已成為史密森尼國家自然歷史博物館的考古學家,她這麼分享到她的經驗。

但意味深長的是,那個碎片非但沒有被粘住,它還在美蘭妲的舌頭上溶解了。

困惑不解的美蘭妲便跑去詢問經驗更豐富的同事,同事微笑著說:「那是鬣狗的大便。」

讓AI聞了聞「古大便」,結果發現考古記錄滿是狗糞味!

事實上,這種古老的糞便可以保留數千年,甚至連原始形狀和顏色都能經過歷史的洗禮。考古學家也通常根據大小和其他屬性來糞便人和動物的糞便。

但是更多情況下,雖然能透過舌頭分辨骨頭和大便,但是要再細緻地將狗大便和人大便區分開,就有一定難度了,這也為研究人員試圖重建古代人的飲食圖譜帶來不小困難。

哈佛大學分子考古學家克莉絲汀娜·沃林納(Christina Warinner)說:「我演講時常讓聽眾們來猜測人大便或者狗大便,而他們總是猜錯。」

現在,克莉絲汀娜及其同事開發了一種AI工具,他們表示該工具可以準確區分人和狗的「古糞便」。在分析了十幾個跨越數千年的樣本之後,他們得出了令人驚訝的結論:考古記錄中充滿了狗大便。

人類的糞便?狗類的糞便?

美蘭妲認為,「你可以用這個工具做很多非常偉大的事情」,她將這項新工作稱為一次「飛躍」。她說,加以完善的話,該方法可以幫助我們揭示犬類馴化的關鍵里程碑。

然而當克莉絲汀娜向世界各地的考古學家索要古代人類糞便的樣本時,這些都不在她的考慮範圍內。克莉絲汀娜的研究課題是人類微生物組(human microbiome,居住在我們腸道中的大量細菌)是如何隨著時間變化的。這種變化受我們的住所和飲食影響,並與包括關節炎和肥胖症在內的疾病有關。它們還在我們的糞便中留下痕跡。

但是,克莉絲汀娜收到的樣品讓她感到困惑,她說:「我們認為這些樣品都是人類的糞便,但是得到的數據確實很奇怪。」

從一個有7000年歷史的中國農業村莊中回收的狗大便。/安徽省文物考古研究所

由於某些人吃狗肉,所以人類的古糞便可能含有犬類遺傳物質。狗的排泄物中也可能含有人類DNA的痕跡,因為狗有時會吃人的糞便。但是當克莉絲汀娜的研究小組分析了樣本 (其中有一些糞化石(coprolite))中的遺傳物質時,其中一些樣本含有非常多的犬類DNA,它們只能來自犬類。

為了找到一種更好的區分兩者的方法,克莉絲汀娜求助於她的一名研究生,正在馬克斯·普朗克(Max Planck)人類歷史科學研究所攻讀生物訊息學博士學位的馬克西姆·鮑里(Maxime Borry),馬克西姆收集了糞便樣本中的所有DNA,這些樣本不僅包括人和狗的遺傳物質,還包括微生物,植物和標本主人腸道中任何其他物質的基因序列。然後,他用現代人和狗排泄物的樣本搭建了「機器學習」程式,該程式可以在大量數據之間建立關聯。

研究人員將得到的程式(名為coproID)應用於13個樣本,樣本範圍從一個具有7000年歷史的中國農業村莊中回收的糞便,到一個在英格蘭南部具有400年歷史的家族的糞便。他們還測試了七個對照樣品,即不含糞便但來自可能夠找到糞便的地方,其中包括古老的垃圾堆和人體骨骼的骨盆腔。

該程式將所有對照樣品歸類為不太可能是糞便。研究小組在《PeerJ》上報告稱,coproID還成功識別了7個古代糞便,其中5個是人類糞便,兩個是犬類糞便。克莉絲汀娜說,其他三個樣本的遺傳特徵表明它們也來自犬類。

最令人驚訝的發現之一是從17世紀的英國家庭收集到的糞便樣本。在1980年代的一次翻修中,工人在屋頂附近遇到了一個帶有沉積物的容器。他們將其送給當地的一家博物館,並在該博物館展覽了數十年。博物館給它的標籤是「三個人的糞便」。但是,coproID報告說這些糞便其實來自狗。

阿伯丁大學的考古學家Kate Britton笑著說:「沒人知道這些糞便是如何到屋頂上的。」她懷疑是一些中世紀後的主人們懶得溜狗,或者是最先發現這些糞便的裝修工在惡作劇。

可以通過食物的進化揭示「人狗關係」的演變

美蘭妲希望這種新方法能夠為人類與犬類之間關係的演變提供新的視角。

我們在超過15,000年前就馴化了狗,但確切的時間,地點和發生方式仍然是個謎。她說,在某個時間點,隨著人類開始向他們餵食餐桌上的剩菜,我們的犬類朋友就開始從食肉狼類演變為雜食的狗,用糞便辨識狗的微生物組和基因組為了處理加工這些新的食物是如何進化的,可以揭示人類與犬類關係中的里程碑。

她說:「可以追蹤這些進化過程確實令人興奮。」

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但是,哥本哈根大學分子地理考古學家愛娜拉·西斯蒂亞加(Ainara Sistiaga)說,這種方法還不夠成熟。

愛娜拉研究了從恐龍到尼安德塔人(Neanderthals)的所有糞便。她注意到用於訓練coproID的犬類數據完全來自吃寵物食品的西方狗,但是寵物食品和古代的飲食截然不同。這可能就是該程式難以辨識某些狗大便的原因。她說:「我們輸入的數據越多,該工具將越有用。」

同時,馬克西姆已經習慣了自己的新身份,即「從事狗大便工作的人」。他說,在最近的部門團聚上,克莉絲汀娜給每個人一個突擊考試,而馬克西姆的團隊輸了。他的安慰獎是一隻會拉出橡皮泥的塑膠狗。他說:「我不認為這是給失敗者的獎勵,克莉絲汀娜只是真的想把這個塑膠狗給我。」

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