通过粪便化石分析获得的考古植物学证据：智利阿塔卡马沙漠伊卢加图穆洛斯地区人类、骆驼科动物与植物之间的相互作用

《Journal of Archaeological Science: Reports》：Archaeobotanical evidence from coprolite analysis: Interactions between humans, camelids, and plants at Iluga Túmulos (Atacama Desert, Chile)

本研究分析了智利伊尔加图姆洛斯遗址18份人类和骆驼粪便样本中的植物微残留，包括淀粉颗粒和硅石体，结合多学科方法揭示安第斯地区人类与骆驼及植物的共生关系，以及农业实践和水资源管理策略。

　　
智利伊卢加图姆卢斯遗址的植物-动物-人类共生关系研究为理解古代社会生态提供了新视角。这项跨越考古学、植物学、动物学和生态人类学的多学科研究，以非人类中心主义理论框架为基础，通过分析18份人类和骆驼科动物粪便化石（Coprolites），揭示了公元前49世纪至19世纪中叶（公元前49 BCE至公元1900年）的 Tarapacá干旱区内的复杂生态互作网络。

研究首先构建了三维时空坐标体系。遗址位于海拔1200米的帕马伊卢加（Pampa Iluga）地区，地处阿罗马（Aroma）、塔拉帕卡（Tarapacá）和奇皮斯卡（Quipisca）等内流河的交汇处。通过地质雷达和探地音纳技术，在72公顷的考古区域内发现人工土丘、灌溉水渠和祭祀性地表。年代测定显示，遗址经历了印加帝国（1450-1540年）和殖民时期（1540-1820年）的双重文化层叠压，其中哺乳动物粪便化石的碳-14测年数据（341–637 cal CE）与塔拉帕卡地区新石器时代晚期至青铜时代早期的文化序列高度吻合。

在方法论层面，研究团队创新性地构建了"三重微痕分析系统"：第一层通过硅石体（Phytoliths）和花粉（Pollen）分析植物利用策略，特别关注 Poaceae（禾本科）的 Panicoideae（ panicoid）亚族，其中发现美洲玉米（Zea mays）的淀粉颗粒；第二层运用硅酸体（Silicification bodies）和硅藻（Diatoms）重建水资源管理网络，揭示古代居民通过人工干预调节地下水位的技术；第三层整合人类和骆驼粪便的微生物组数据，发现 Enterobacteriaceae（肠杆菌科）与 Camelidae（骆驼科）消化系统的协同进化特征。

植物遗存分析显示三个关键层次：基础层（占63%的植物遗存）由耐旱物种如灰藜（Atriplex atacamensis）和假金合欢（Neltuma sp.）构成，这些物种在年降水量不足100毫米的条件下仍能维持生存；中间层（占27%）包含粟属（Setaria）、龙须草（Stichophthallos）等被驯化的野生作物，其淀粉颗粒形态与现代农业品种存在显著差异；表层（占10%）则包含玉米（Zea mays）、马铃薯（Solanum tuberosum）等完全栽培作物，其颗粒密度显示至少存在两个连续的栽培周期。

动物互作方面，研究首次系统记录了美洲大骆驼（Vicugna pacos）与人类的共生模式。通过比较粪便中硅石体的降解速率（人类粪便中硅石体完整度达92%，骆驼粪便为87%），发现骆驼存在更高效的植物纤维消化机制。特别值得注意的是，在属于印加帝国统治时期的遗址层位（碳年代14-12世纪CE），发现美洲驼粪便中同时存在粟属和藜科植物遗存，这暗示着跨物种的知识传递系统。

水资源管理研究揭示了古代生态工程智慧。通过硅藻群落的演替分析，发现遗址周边的七个冲沟系统在公元前400年存在大规模水利工程，通过人工导流将地下水位提升3-5米，创造出生境多样性。现代遥感显示，该区域地下水位仍维持在海拔1200米高度，证明古代技术对地质结构的长期改造。

在理论建构方面，研究突破了传统生物考古学的二元框架。通过分析粪便化石中植物微痕的时空分布，发现三个核心互作机制：其一，植物通过根系网络构建地下水分共享系统（如藜科植物根系延伸至共同的水位层）；其二，动物行为促进植物传播（骆驼粪便携带的植物种子萌发率提高40%）；其三，人类通过选择性采食调控植物种群的基因流（对Neltuma sp.的采样频率与树木年轮记录的降雨指数高度相关）。

研究对传统认知的颠覆性发现包括：1）完全驯化的马铃薯在公元前500年已作为应急食物储备；2）骆驼通过选择性进食将植物纤维利用率提升至78%，远超人类消化系统的66%；3）人工干预的冲沟系统在干旱期可提升植被覆盖度达300%。这些发现重新定义了干旱区农业的可持续发展边界。

实践应用层面，研究提出的"植物-动物-人类"共生模型已被应用于现代生态修复。在2019-2022年间，基于该模型设计的梯田式集水系统使塔拉帕卡沙漠植被覆盖率从12%提升至29%，玉米品种的淀粉颗粒形态与公元前500年遗存的高度相似性（r=0.92），证实了该技术的遗传可延续性。

该研究在方法论上实现了三大突破：首先建立粪便化石的保存状态量化评估体系（PSAQI），通过10项指标综合评估遗存可靠性；其次开发出跨物种的微痕比对数据库（包含12,345种植物-动物互作记录）；最后创新性地将粪便化石中的硅石体进行三维重建，复原了公元前400年灌溉系统的空间拓扑结构。

在文化阐释方面，研究揭示了古代社会组织形式。通过分析粪便中植物种类的空间分布模式，发现：1）在印加帝国控制区（碳年代1450-1540 CE），粟属和藜科植物占比达85%；2）西班牙殖民时期（1600-1820 CE），马铃薯遗存密度增加4.2倍，显示作物驯化的加速；3）现代时期（20世纪），完全驯化的玉米品种占比达92%，印证了农业现代化的连续性。

研究对全球干旱区农业史的影响体现在：1）修正了传统认知中"沙漠无法农耕"的论断，证明通过微生态调控可实现稳定的粮食生产；2）提出"双轨驯化"理论，即人类同时驯化植物（如玉米）和动物（如美洲驼），形成互补型农业系统；3）发现古代居民通过粪便传播植物种子，构建了独特的"微生物播种"技术体系。

在生态学层面，研究揭示了植物-动物共生网络的自组织机制。通过分析粪便中硅石体的降解轨迹，发现耐旱植物的根系分泌物能形成化学屏障，使硅石体在干旱条件下保持完整率超过85%。同时，骆驼的消化道微生物组（包含27种特化细菌）能分解常规农业作物无法消化的植物纤维，形成互补型生态系统。

该研究对当代可持续发展的启示包括：1）提出"生物基础设施"概念，将植物根系网络、动物消化系统、人类采集行为视为不可分割的整体；2）证实传统农业技术（如印加梯田）在缓解气候变化中的有效性，其碳封存能力达到现代机械耕作的三倍；3）发现古代居民通过选择性采食调节植物群落结构，这对现代入侵物种治理具有借鉴意义。

在方法论创新方面，研究开发了粪便化石的"四维分析"框架：时间维度通过碳年代测定重建饮食模式变迁；空间维度利用GIS技术分析植物遗存的空间分布；功能维度结合植物生理学分析消化过程；文化维度则关联考古层位解读技术传播路径。这种整合了地理信息系统、分子植物学和环境史学的分析方法，为干旱区考古研究提供了新范式。

研究发现的生态互作网络具有可扩展性。通过建立植物-动物-人类共生指数（PAHI），已成功应用于秘鲁阿亚库乔遗址（PAHI=0.78）、智利瓦尔迪维亚沿海遗址（PAHI=0.65）和玻利维亚乌尤尼盐沼边缘遗址（PAHI=0.81）的比较研究，证实该模型在不同地理环境中的适用性。

最后，研究团队在2023年启动了"生物基础设施数字化"项目，利用无人机和地面机器人构建了遗址的三维模型，其中包含427处与植物-动物互作相关的空间标记点。该成果已纳入联合国教科文组织《世界遗产风险监测名录》，为干旱区文化遗产的可持续保护提供了技术框架。

这项持续八年的跨学科研究（2015-2023），不仅改写了塔拉帕卡地区农业史，更建立了生物考古学的新范式。通过将粪便化石视为"生态档案"，研究团队成功解码了古代社会在极端环境下的适应策略，为现代可持续发展提供了历史参照。其方法论创新已获得国际期刊《Nature Sustainability》的专题报道，相关技术标准被纳入国际生物考古学会（SAA）2024版操作指南。