粪便生物标志物揭示克拉科夫-琴斯托霍瓦高地洞穴古人类活动痕迹

本研究针对洞穴考古中人类活动证据匮乏的难题，通过分析粪便生物标志物（包括固醇类、胆汁酸和磷元素），对波兰克拉科夫-琴斯托霍瓦高地7处洞穴的53份沉积物样本进行检测。研究发现人类粪便标记物与考古证据存在显著关联，尤其在旧石器时代地层中检出率最高，为洞穴人类活动研究提供了新的分子证据。成果发表于《Journal of Archaeological Science》，推动了考古学与分子生物学的交叉创新。

　　

在探索人类演化历史的过程中，洞穴遗址犹如时间胶囊，封存着远古人类的生活痕迹。然而传统考古学依赖的器物和骨骼证据往往残缺不全，特别是对于短暂停留或特定功能区域（如如厕区）的活动，常规方法难以捕捉。更棘手的是，洞穴环境复杂的沉积过程和动物干扰使得人类活动信号与非人为因素难以区分。这种证据缺口严重制约了我们对史前人类洞穴利用模式的理解，亟需开发新的检测技术来"解码"这些沉默的考古记录。

华沙大学生物学院的研究团队另辟蹊径，将分子考古学的利器——粪便生物标志物分析引入洞穴研究。他们聚焦三类关键指标：固醇类（尤其是5β-斯坦醇及其差向异构体）、胆汁酸（如DCA和LCA）以及总磷含量，通过对波兰克拉科夫-琴斯托霍瓦高地7处洞穴53个沉积物样本的系统分析，成功在《Journal of Archaeological Science》上揭示了旧石器时代人类在洞穴深处的活动证据。这项研究不仅证实了分子标志物与考古材料的互补性，更开创性地建立了洞穴环境中人类粪便标记的鉴别体系。

研究团队采用多技术联合作战策略：通过加速溶剂萃取(ASE)从沉积物中分离脂质组分，气相色谱-质谱联用(GC-MS)精准定量固醇和胆汁酸；参照国际标准(ISO/EPA)测定总磷(TP)、总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量；创新性地应用10种固醇比值（如cop/(cop+cholestanol)≥0.7判定粪便来源）进行溯源分析。所有实验均在严格控制条件下完成，确保数据可比性。

5.1 洞穴人类活动的分子证据

在比什尼克洞穴的中旧石器时代地层（11-15层），胆固醇与粪固醇的显著富集（148.3–1790.1 ng/g）与大量石器、火塘遗迹完美呼应。尤为关键的是第13层样本同时检出人类特征性胆汁酸谱（DCA≈LCA），这是首次在该地区旧石器序列中获得双指标验证。而布拉姆卡岩厦第7层的发现更令人振奋——这个曾被误判为基岩的层位，在缺乏典型遗物的情况下，凭借260.7 ng/g的5β-斯坦醇和2.4%的磷异常值，有力证明了早期人类的到访。

5.2 洞穴形态学的化学启示

研究揭示了空间利用的深层规律：在比什尼克和沃基特卡等大型洞穴系统中，人类粪便标记集中出现在远离入口的"化石廊道"区域，这暗示古人可能将洞穴深处作为卫生区。反观齐亚斯纳洞穴入口处的样本，尽管考古材料丰富却缺乏粪便标记，说明采样位置对结果具有决定性影响。这种空间分布模式为理解史前人类洞穴功能分区提供了新视角。

5.3 生物标志物的时空博弈

胆汁酸的保存状况呈现明显年代梯度：全新世地层（如布拉姆卡1层）保持完整谱系（DCA 258.4 ng/g），而旧石器样品中仅13%检出LCA。与之对比，固醇类展现出惊人稳定性——在沃基特卡洞穴距今4万年的地层中，粪固醇仍高达7615.7 ng/g。这种差异提示在古老沉积中，固醇比值（如(cop+epicop)/24ethylcop>1）可能比胆汁酸更具诊断价值。

这项研究构建了洞穴考古的分子研究范式，其科学价值体现在三个维度：方法学上，确立了5β-斯坦醇比值在古人类活动鉴别中的金标准；理论上，揭示了洞穴空间利用的"核心-边缘"模式；应用层面，为缺乏典型遗存的遗址（如布拉姆卡7层）提供了新的断代依据。特别值得注意的是，在?okietka洞穴22-23层发现的胆固醇/粪固醇共富集现象（16913.3 ng/g），暗示可能存在高脂饮食的尼安德特人活动区，这为古人类饮食重建开辟了新途径。尽管胆汁酸低浓度（平均<300 ng/g）仍是技术瓶颈，但通过TP与TOC/TN比值的辅助判读，研究者成功将检测灵敏度提升了47%。这些突破不仅填补了中欧地区旧石器时代粪便生物标志物研究的空白，更为全球洞穴遗址的微遗存分析提供了可复制的技术框架。