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用舌辨糞? AI 判斷糞便化石是否來自狗

2020/4/20 — 18:22

資料圖片,圖片來源:安徽省文物考古研究所

資料圖片,圖片來源:安徽省文物考古研究所

1981 年,當時仍為研究生的 Melinda Zeder 正在伊朗西南部一個舊石器時代洞穴中分類挖掘出的動物骸骨化石,但她發現到一塊碎片無法分類。

現時為美國史密森尼學會國家自然歷史博物館考古學家的她向《科學》表示,如果無法知道發現到的是石頭還是骨頭,就要用舌頭去舔清楚,Zeder 更稱:「如果是骨頭,舌頭會黏住。」

不過,當年她舔的並無黏住舌頭,更甚的是在其舌上融化,令其感到非常困惑。她向其他一同工作的同事請教,結果得出的結論是:那些是鬣狗糞便。

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糞便可保留數千年,其原始形狀和顏色大多都不會因年代久遠而改變。考古學家通常可以根據其大小和其他屬性來區分人和動物的糞便,但事實證明,狗糞與人糞很難被區分,令考古學家難以了解人類祖先的飲食習慣。

不過,最新刊於 Peer J 的研究則指可透過人工智能開發的工具,準確辨出人狗糞便化石,不需如 Zedar 一樣要用舌頭去分;而該團隊更發現,很多已知的考古記錄都是狗糞。未有參與研究的 Zeder 表示,研究所用的方法能夠得以完善,將會大大幫助考古學界,也可更了解狗隻馴化歷史。

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該研究由哈佛大學分子考古學家 Christina Warinner 領導,她原本集中研究人類腸道微生物群系如何隨時間演化,這些演化會受人類居住地與飲食影響,並在糞便中殘留證據,但她用以研究的「人糞」化石樣本得出的結果卻非常奇怪。

史前人類可能會食用狗隻,因此人糞中有狗類 DNA 不足為奇,另一方面狗糞有人的 DNA 可能是狗吃了人糞所致。然而,當 Warinner 的團隊分析收到的樣本時卻發現,含太多的狗類 DNA ,只可能是屬於狗隻的糞便。

為了更準確辨別人與狗糞化石, Warinner 向她的一名研究生 Maxime Borry 尋求協助,後者現於馬克斯普朗克人類歷史科學研究所攻讀生物資訊博士學位。 Borry 首先收集所有糞便化石樣本中的 DNA ,當中不單含有人類與狗類的 DNA ,亦有植物、細菌與其他原主人腸道中生物的 DNA 。然後,他將數據輸入至人工智能學習程式,並使之在大量現代狗糞與人糞數據間建立關聯關係。

團隊最終將該稱為 coproID 的人工智能應用在 13 個樣本,當中包括有 7,000 年歷史的中國農村糞便,以及有 400 年歷史、在英國南部找到的糞便化石,團隊亦測試了 7 個對照樣本:不含糞便但可能出現糞便的垃圾堆沉積物、人類骨盆腔等。

該人工智能準確判斷出所有對照樣本並非糞便,而 7 個古糞便化石中程式確定有 5 個來自人類,另外三個樣本則指向是來自狗類。

當中最令團隊意外的是 1980 年代於一個 17 世紀興建的英國居所裝修時找到的化石。這數塊化石在原本的屋頂附近一個尿壺中找到,並送至當地博物館收藏,多年來都標示為「三塊人類糞便化石」,但 coproID 認為這是狗糞。到底當年的主人懶於放狗散步現時仍不得而知了。

人類在超過 15,000 年前已馴化狗,但確切的時間、地點和發生方式仍然是謎。 Zeder 指,在某個時候,隨著人類開始向狗類餵食桌上食物碎屑,原本的狼逐步演化為雜食性的狗,並跟隨人類生活。 Zeder 希望,透過這種人工智能,分析狗糞的微生物群系以及其基因組如何演化 ,能夠為人與狗之間的關係發展提供重要資訊。

不過,另一個有研究古糞便的哥本哈根大學分子地理考古學家 Ainara Sistiaga 認為, coproID 仍有進步空間,因為訓練程式的數據完全來自依賴吃寵物食品的現代西方狗隻,可能難以判斷部份糞便化石是否來自狗隻。

來源:
Science, The archaeological record is full of dog poop, 17 April 2020

報告:
Borry, M., Cordova, B., Perri, A. & et al. (2020). CoproID predicts the source of coprolites and paleofeces using microbiome composition and host DNA content. PeerJ 8:e9001. doi: 10.7717/peerj.9001

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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