环球科学：一坨7000年前的粪便，如何分辨它来自人还是狗？

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　　你能区分出人类与犬类的粪便吗？如果你家中养了狗狗，或者你居住的小区里有不够自觉的养狗人，那么这对你来说似乎够不上难题——至少在大多数情况下，这两种粪便在尺寸形态上有着明显的差异。

　　但是，这个问题对于考古学家来说，就是另一回事了。区分考古遗址中人与犬类的粪便，有着重要的科学意义，但同时也充满了挑战性。最近，来自马克斯·普朗克人类历史研究所等机构的科学家就借助人工智能手段，开发了首款能够区分人类与犬类粪便的系统。

　　撰文|吴非

　　考古遗址中有价值的遗骸与文物那么多，为什么考古学家还要研究粪便呢？这些形成于几百或数千年前的粪便，至今尚未或仅仅部分矿化，因此还保留了大量原始成分，包括粪便制造者的DNA、肠道微生物、他们的饮食以及食物的DNA。对于考古学家来说，这些成分就是了解古代人类与社会演化的重要信息库。

　　例如，通过分析古人粪便的成分，我们可以了解古人饮食习惯的演化；而其中的肠道微生物，不仅映射出古人的肠道健康状况，还能反映他们是否患上了炎症性肠病、糖尿病、肥胖症等特定的疾病。而实现这一切的第一步，就是确认这些粪便的确是来自人类。

　　正因为粪便蕴藏的信息量惊人，在辨别粪便主人时，考古学家遇到了一些困难。最大的挑战，就是区分人类与犬类的粪便。

　　考古学难题

　　人类驯化犬类的确切时间还存在争议，但至少在超过1万年前，犬类已经开始出现在人类社会中，与人类建立起密不可分的联系。因此在世界各地的考古遗址中，犬类的遗骸，以及粪便，就常常与古代人类的一同出土。

　　尽管新鲜的粪便不难辨别，但经过了千百年的沉积过程，这些粪便都经历了不同程度的形变。更不用说很多粪便在这一过程中已经被压碎，成为只有毫米级的碎块，融入周围的沉积物中。只有通过高磷、粪甾醇等化学特征，人们才能确认这里有粪便存在。因此，你掌握的那些辨认粪便主人的技巧，对于考古学家来说往往并不适用。

　　粪便，来自安徽省的小孙岗遗址。猜一猜，这些有着7200年历史的便便，是由人还是犬类制造的?

　　如果刚才这张照片还可以辨别，那么对于下面这坨来自1300年前墨西哥的Cueva de los Muertos Chiquitos遗址，已经完全融入沉积物中的粪便，肉眼显然是无能为力了。

　　除了肉眼识别，还有其他技术手段可以用于分辨古代粪便的主人吗？当然有，但问题同样存在。目前常用的手段是线粒体DNA测序。粪便在通过肠道的过程中，有大量肠上皮细胞脱落，这些细胞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。

　　古代人类与犬类密切关联，在饮食上也有不少相似之处。体现在粪便中，就是“你中有我，我中有你”：一方面，我们都知道一句“狗改不了吃X”的俗语。一些犬类的确有着进食人类排泄物的习惯，因此它们的粪便中可能包括了人类的DNA；另一方面，在一些地区的文化中，有着吃狗肉的传统。这样一来，人类与犬类的遗传物质可能出现在对方的粪便中，互相形成干扰。

　　粪化石鉴定系统

　　还有更加准确的手段，可以帮助考古学家充分利用这些史料吗？

　　最近，马斯克·普朗克人类历史研究所等机构的科学家借助人工智能，开发了一套识别粪便来源的系统——coproID（coprolite identification，即粪化石鉴定）。这项系统发表于PeerJ期刊。

　　在检测遗传物质的基础上，这项研究的作者还关注了粪便中的肠道微生物特征。为了训练这套系统，研究团队收集了大量相关的基因序列，包括现代人类、犬类的遗传物质，以及两者的肠道微生物等信息。此外，这套系统还能够排除现代DNA的干扰。经过大量样本学习，研究人员相信，coproID能够结合样本中的DNA与肠道微生物特征，区分人类与犬类的粪便。

　　于是，对coproID的测试开始了。这套系统面对的是20个样本，其中13份是来自考古遗址的粪便，这些样本来自中国、墨西哥、欧洲的10个遗址，时间从7200年前到中世纪不等。（前文来自安徽小孙岗遗址与墨西哥的两张粪便照片，也属于coproID的考题。）而另外7份样本则是不含粪便的沉积物。coproID的任务有两项：辨认出每一份样本是否属于粪便；如果是粪便，其主人又是什么。

　　结果，coproID准确识别出所有不含粪便的样本。而在13份粪便中，coproID辨认出其中7份的主人：5份是人类粪便，其余两份来自犬类。（其中，图片中小孙岗遗址的粪便属于犬类，而另一份已经不成型的粪便样本属于人类，你猜对了吗？）

　　在这些样本中，下面这份来自英国17世纪的一个夜壶中的粪便样本尤其值得关注。考虑到其出现的地点，此前考古学家毫不犹豫地认为它们是人类粪便，它们也顶着“人类粪便”的标签在博物馆里躺了几十年。但coproID却给出了相反的结论：这些粪便毫无疑问来自犬类。至于为什么犬类的排泄物会出现在夜壶中，coproID无法回答，但至少博物馆或许可以考虑更换标签了。

　　夜壶以及其中的粪便

　　至于6份coproID系统无法识别的粪便样本，研究人员表示，其中3份的遗传物质含量太低，因此不足以鉴定；剩余3份来自墨西哥的样本更加有趣：其肠道微生物符合人类特征，但来自犬类的DNA含量却异常地高。

　　既然样本的主人只有一个，而不可能是由人类与犬类粪便混合而成的，那么问题出在哪呢？

　　在研究人员看来，两种可能性均无法排除。一方面，如果这些样本来自人类，那么合理的解释是，他们在制造这些粪便之前，都恰好吃了狗肉。需要一些偶然性，但也并非不可能出现。

　　另一种可能性，如果这些粪便来自犬类，那么偏向人类的肠道微生物特征又该如何解释？还记得研究人员是如何训练coproID的吗？他们收集的数据中，包含了犬类的肠道微生物。而这些犬类，都是来自现代家庭喂养的宠物狗。与一千多年前的犬类相比，宠物狗的饮食出现了天翻地覆的变化。随之而来的，是肠道微生物的改变。论文作者表示，要进一步验证这种假说并改进coproID系统，他们需要加入更多来自农村或野生的犬类的数据。

　　“对于犬类的微生物，我们了解得还不多，”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Maxime Borry说，“我们希望人们可以关注犬类肠道微生物的多样性，这将帮助我们更准确地判断古代粪便的主人。”