东北伊比利亚半岛晚更新世晚期和早期新石器时代骨碎片形态学与蛋白质组学分类鉴定方法的互补性

《Journal of Archaeological Science: Reports》：Complementarity between morphological and proteomic taxonomic identification methods of Late Upper Palaeolithic and Early Neolithic bone fragments from the NE Iberian Peninsula

　　

质谱动物考古学（ZooMS）已被广泛用于碎骨的分类鉴定，然而大多数与形态学鉴定的直接比较均来自欧洲旧石器时代背景。本研究对位于东北伊比利亚半岛的一个晚更新世晚期和三个早期新石器时代骨组合进行了两种分类鉴定方法的总体评估。结果证实了先前报告的规律：大型体型分类群，尤其是牛属（Bos sp.），在ZooMS成分中更为丰富，或两种鉴定方法之间显示出高度相似性，无论当地生计经济如何。这些趋势在时间、文化及环境背景下大体一致，且与先前发表的27个其他背景中比较ZooMS与形态学数据的研究结果相比也是如此。然而，鹿科（Cervidae）分类群之间的变异表明，更细的分类细分对于进一步比较两种鉴定方法可能很重要。尽管宽泛的分类群和体型相关模式在骨组合中明显，但其在单个组合中的表达仍依赖于特定背景的埋藏学历史。因此，这些趋势不应被解释为特定分类群的内在属性，而应被视为埋藏事件的结果，这些事件在碎片大小等级内差异性地影响分类可鉴定性。

**论文解读：晚更新世晚期与早期新石器时代骨碎片形态学与蛋白质组学分类鉴定方法的互补性——以东北伊比利亚半岛为例**

**研究背景、问题与意义**

在考古学中，对大型骨组合的分类鉴定传统上依赖形态学方法，即通过比较骨骼标本的形态特征与参考收藏进行鉴定。然而，高度破碎的骨骼往往缺乏可诊断的形态特征，导致大量标本无法鉴定。近年来，一种基于蛋白质组学的方法——质谱动物考古学（ZooMS）——被广泛用于碎骨的分类鉴定，它通过胶原蛋白I型（COL1）的肽质量指纹图谱（PMF）实现分类鉴定，通常达到科、属甚至种的水平。ZooMS成本效益高、速度快，尤其适用于传统方法难以鉴定的高度破碎标本。然而，多数直接比较ZooMS与形态学鉴定结果的研究集中于欧洲旧石器时代背景，对早期新石器时代（EN）骨组合的研究较少，尤其是不同生计经济（如农业、狩猎采集）背景下的差异尚未被充分探讨。此外，大型体型分类群（如牛属Bos sp.）在ZooMS鉴定中比例偏高的现象已在旧石器时代背景下被观察到，但其是否适用于新石器时代背景以及其背后的形成过程机制尚不明确。本研究旨在通过分析东北伊比利亚半岛四个遗址（一个晚更新世晚期LUP遗址和三个早期新石器时代遗址）的高度破碎骨碎片，比较ZooMS与形态学鉴定方法的分类组成，并评估这些差异是否与分类群、骨碎片化程度、遗址特定埋藏学历史及生计实践相关。研究进一步将结果与27个其他已发表背景进行对比，以评估观察到的模式是否在更广泛的时间、地理和文化背景下持续存在。该研究发表在《Journal of Archaeological Science: Reports》上，首次系统评估了新石器时代背景下两种鉴定方法的互补性，为理解骨组合形成过程和分类可鉴定性提供了重要见解。

**关键技术与方法**

研究人员主要采用以下关键技术方法：（1）ZooMS分析：对从四个遗址（Matutano洞穴、Chaves洞穴、Fosca洞穴和La Draga遗址）随机选取的925个高度破碎、形态学无法鉴定的骨碎片进行取样，每个样本约5mg，经盐酸（HCl）脱矿、胰蛋白酶消化、C18脱盐纯化后，通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-ToF MS）或MALDI-tims-Q-ToF MS获取肽质量指纹图谱。部分样本因腐殖酸污染采用氢氧化钠（NaOH）清洗步骤重新处理。样本来源明确：Matutano（LUP, 278个碎片）、Chaves（EN, 320个碎片，来自Ia和Ib层）、Fosca（EN, 136个碎片）、La Draga（EN, 191个碎片，来自A区和D区）。（2）形态学鉴定：基于先前已发表的形态学鉴定数据（Casta?os Ugarte, 2004; Estévez and Olària, 1988; Sa?a Seguí, 2011; Sierra, 2019; Watson and Olária Puyoles, 1999）。（3）统计与模拟分析：使用R软件进行双因素方差分析（ANOVA）、Mann-Whitney U检验、Tukey HSD检验、双尾单样本t检验、卡方检验、Welch双样本t检验，以及基于Bootstrap的模拟重采样方法，比较两种鉴定方法在各分类群和遗址间的比例差异。（4）对La Draga遗址的数据，进一步测量了ZooMS分析标本和形态学鉴定标本的最大长度和最大皮质厚度，以评估碎片大小对鉴定方法的影响。

**研究结果**

**3.1 一般度量、埋藏学及骨骼元素特征**
- Matutano洞穴：骨碎片保存良好，风化程度低（0.26±0.5 SD），常见肢骨，平均最大长度38.15mm，皮质厚度2.97mm。11个标本有切割痕，主要来自鹿科（Cervidae）和羊亚科（Caprinae）。
- Chaves洞穴：风化程度低（0.89±0.83 SD），Ia层和Ib层最大长度相似，但皮质厚度有显著差异（Mann-Whitney U, p=0.029），可能反映不同活动强度。肢骨为主要类别，骨骼元素组成与形态学鉴定标本相似（Sierra, 2019）。
- Fosca洞穴：风化程度较低（1.33±0.99 SD），肢骨比例高达74.27%，明显高于其他遗址，表明现场解肢活动较少，更多地依赖狩猎肉类。无作物栽培证据，推测主要用作羊圈（sheepfold）。
- La Draga遗址：A区风化程度显著高于D区（Tukey HSD, p=0.001），D区为厌氧饱水环境，保存更好。骨骼元素组成与Chaves相似，表明以家养动物现场屠宰为主，辅以少量狩猎。

**3.2 分类组成**
- 总体鉴定成功率：Matutano 83.09%，Chaves Ia层86.89%，Ib层94.34%，Fosca 96.32%，La Draga 45.03%。La Draga成功率最低，因其保存条件较差。
- 通过ZooMS鉴定出两个新属：Matutano的牛属（Bos sp.）和马属（Equus sp.），其中Bos sp.曾在更年轻的地层中被形态学记录。
- 鹿科（Cervidae）鉴定：主要来自马鹿（Cervus elaphus），仅4个狍（Capreolus capreolus）在EN遗址中被鉴定。50%的鹿科只能鉴定到科水平，因缺乏肽标记COL1α2 793-816。
- 羊亚科（Caprinae）组成：通过层次化方法结合形态学和ZooMS数据，初步估计EN遗址中绵羊（Ovis aries）占主导，山羊（Capra hircus）次之，野生山羊（Capra pyrenaica）极少；而Matutano则以野山羊（C. pyrenaica）为主，比例为6:1（与岩羚羊Rupicapra rupicapra 相比）。

**3.2.1 比较ZooMS与形态学鉴定NISP计数**
- 基于五个考古背景的Bootstrap分析：牛属（Bos sp.）、鹿科（Cervidae）和马属（Equus sp.）在ZooMS鉴定成分中比例显著更高（双尾单样本t检验，p=0.001）；羊亚科（Caprinae）在形态学鉴定成分中比例显著更高（p=0.001）；猪属（Sus sp.）无显著偏向（p=0.183）。这些趋势在不同生计经济、遗址类型和环境中基本一致，但程度因埋藏学历史而异。

**3.2.2 额外区域对比**
- 纳入27个其他背景后，牛属/野牛属（Bos sp./Bison sp.）和马科（Equidae）在ZooMS成分中仍显著更高（p=0.001），且牛属/野牛属的差异最大（平均差11.4±21.07 SD）。羊亚科、鹿科和猪科（Suidae）在形态学成分中显著更高（p=0.001），但鹿科变异最大（平均差-5.12±35.33 SD），这可能与驯鹿（Rangifer tarandus）等特定物种的鉴定偏向有关。总体而言，大型体型（LTM）分类群在ZooMS中更丰富，而中小型体型（MTM/STM）分类群在形态学中更丰富，但鹿科的非均匀性强调了解释需结合具体背景。

**3.2.3 La Draga最大长度与皮质厚度比较**
- 在La Draga，形态学鉴定的牛属（Bos sp.）标本中40.34%位于>5 cm最大长度区间，表明形态学鉴定可能依赖较大尺寸阈值。对于皮质厚度，形态学鉴定在<0.5 cm区间罕见，提示ZooMS可捕获皮质厚度小于0.5 cm的标本，这些标本可能无法通过形态学鉴定。但该阈值并非普遍适用，需进一步研究。

**3.3 保存状态：肽标记与脱酰胺**
- 洞穴遗址（Matutano、Chaves、Fosca）的肽标记数量（平均6.59±2.46）显著高于露天遗址La Draga（3.25±3.18），表明洞穴环境有利于胶原蛋白保存。
- 脱酰胺率（α值）分析：LUP遗址Matutano的脱酰胺率显著高于EN遗址（Tukey HSD, p=0.001）；Chaves Ib层脱酰胺率高于Ia层（Mann-Whitney U, p=0.034）；La Draga D区（饱水环境）脱酰胺率高于A区（干旱环境）（Mann-Whitney U, p=0.024）。脱酰胺率与骨骼元素类型、最大长度、皮质厚度及风化程度无显著相关，但与分类来源有关（“No ID”标本脱酰胺率更高）。

**总结讨论与结论**

讨论部分强调：ZooMS与形态学鉴定方法通常作用于不同碎片化程度的骨组合，ZooMS可鉴定缺乏形态特征的细小碎片。观察到的分类群和体型相关差异不应被解释为分类群的内在属性，而是特定埋藏学历史下碎片化过程的结果。例如，大型体型分类群在ZooMS中过高的比例可能源于其更高的松质骨比例，更易碎裂，或与人类加工行为（如骨髓提取）相关。鹿科的高变异提示需要更细的分类层级（如区分驯鹿与马鹿）以明确模式。La Draga的皮质厚度阈值表明ZooMS能捕获形态学无法鉴定的细小标本，但该阈值需谨慎推广。总体而言，两种方法应被视为互补而非可互换的动物考古信息来源。

**研究结论翻译**：本研究评估了ZooMS与形态学分类鉴定在东北伊比利亚半岛晚更新世晚期和早期新石器时代骨组合中的差异，以及这些模式是否在更广泛的时间、地理和文化背景下持续存在。在伊比利亚数据集和扩展对比框架中，大型体型分类群，特别是牛属/野牛属（Bos sp./Bison sp.）和马科（Equidae），通常在ZooMS分析成分中更丰富，而中小型体型分类群，包括羊亚科（Caprinae）、鹿科（Cervidae）和猪科（Suidae），则倾向于在形态学评估成分中更丰富。然而，这些差异的大小和一致性在不同分类群和考古背景中有所变化，部分遗址（如La Draga）两种鉴定方法之间的差异相对较小。鹿科中变异尤为突出，表明更宽泛的分类分组可能掩盖物种特异性模式，在数据允许的情况下，分离单个鹿科分类群可能更清楚地理解两种鉴定方法之间分类组成的差异。总之，这些变异表明，观察到的模式既非普遍，也不能仅由体型或分类隶属关系充分解释。这些更广泛模式背后的潜在变异强调了在解释ZooMS分析与形态学评估标本间差异时，骨组合形成过程的重要性。两种方法通常作用于不同碎片化程度的骨组合，ZooMS可对高度破碎、缺乏形态特征的标本进行分类鉴定。在La Draga，最大长度和皮质厚度比较提供了进一步见解：ZooMS分析标本在皮质厚度低于约0.5 cm时表现突出，表明ZooMS可促进形态学难以鉴定的标本的分类鉴定。然而，最大长度和皮质厚度本身并不能解释ZooMS分析组合内部的分类间变异。观察到的阈值不应被视为两种鉴定方法之间的一般界限，而是仅针对本研究材料的一种模式，需要进一步研究。更广泛地说，鉴定方法之间的分类群和体型相关差异不应被解释为特定分类群的内在属性，因为它们在单个组合中的表达可能受具体情况下的埋藏学历史影响，这些历史影响碎片化程度，进而影响分类可鉴定性。对于伊比利亚半岛的考古学而言，这些发现尤其相关，因为ZooMS正越来越多地应用于高度破碎的动物骨材料。对早期新石器时代组合（具有不同生计和居住系统）与晚更新世晚期背景的比较表明，ZooMS与形态学分类组成之间的差异不仅限于旧石器时代组合。此外，对羊亚科（Caprinae）模糊鉴定的初步整合进一步说明了结合两种方法信息的潜在价值，而非将其分类输出视为独立组合。尽管需要进一步验证，但此类整合方法在单一鉴定方法分类分辨率有限的背景下可能特别有用。更广泛地说，这些发现支持先前的研究，即形态学鉴定和ZooMS鉴定应被视为互补而非可互换的动物考古信息来源。需要进一步研究以确定观察到的模式是否扩展到更广泛的分类群和体型范围，包括不同大小的食肉动物、小型哺乳动物（如啮齿类）以及非常大的体型分类群（如犀科和象科），并将比较方法扩展到哺乳动物以外的其他脊椎动物类群，如鸟类和鱼类。跨分类群、考古背景和地理区域扩展此类比较，可为理解ZooMS和形态学评估如何获取骨组合的不同成分，以及它们的整合如何有助于更全面地重建过去动物群落和生计实践提供更坚实的基础。