Forskare, ledd av en antropologiprofessor vid Purdue University, har funnit att statistiska metoder och 3D-avbildning kan användas för att noggrant mäta djurbensskärningsmärken gjorda av förhistorisk mänsklig slakt, och för att hjälpa till att svara på angelägna frågor om mänsklig evolution.

Arkeologen och biostatistikern Erik Otárola-Castillo leder forskargruppen som använde 3-D-avbildning, formanalys och Bayesiansk statistik för att identifiera slaktmärken med 88 procent framgång i klassificeringen av slaktbeteenden. 3D-bildtekniken liknar den som ingenjörer använder för att mäta repor på mikrochips och kirurgiska bladskärpa.

"Detta tillvägagångssätt representerar en stor förbättring av noggrannheten jämfört med många arkeologiska metoder, och att förbättra den här tekniken kommer att hjälpa oss att få den mänskliga evolutionsberättelsen korrekt, " sade Otárola-Castillo. "Genom att stärka kvantitativa metoder för att utvärdera arkeologiska bevis, vi kommer att kunna lära oss mer om tidiga människor mycket snabbare."

Resultaten publiceras i Journal of Archaeological Science . Otárola-Castillo är biträdande professor vid institutionen för antropologi.

"Inom arkeologi, slaktmärken på djurben är ett viktigt bevis som används för att svara på frågor om matinsamling i förhistoriska jägare- och samlarpopulationer, sade Otárola-Castillo, som studerar jägare-samlares dieter för att svara på frågor om människans evolution. Hans expertis spänner över nordamerikansk arkeologi för jägare och samlare, evolutionsbiologi, statistik och beräkningsmodellering.

Människotillverkade stenverktyg lämnar skärmärken på djurben, som får, rådjur eller bison, genom slakt. Dessa skärmärken kan variera i storlek från 1 till 5 centimeter, men skärdjupet är ofta litet, mäter ungefär 1/15 millimeter. Arkeologer försöker ofta skilja mellan skärmärken gjorda av en människas stenverktyg, som lämnar en "V"-form, och andra skador, som trampning av ett klövdjur, vilket kan lämna märken med mer av en "U"-form.

Arkeologer har försökt identifiera slaktmärken sedan 1800-talet. Även om metoderna för att analysera benmärken har förbättrats under decennierna, det råder fortfarande en hel del osäkerhet och brist på konsensus om hur de bäst mäts. Nuvarande mättekniker sträcker sig från kvalitativa bedömningar med blotta ögat till kraftfull mikroskopi, såsom svepelektronmikroskopi eller mikrofotogrammetri.

Otárola-Castillo och forskarkollegor Emma James från University of Queensland; Curtis W. Marean från Arizona State University; och Jessica C. Thompson från Emory University, specialiserat sig på att utvärdera skärmärken på ben.

Det finns fall då märken kan vara tvetydiga. 2010, ett par forskarlag publicerade motsägelsefulla fynd om benmärken från en förhistorisk plats, Dikika i Etiopien. Resultaten från deras analyser varierade så mycket att de inte var överens om huruvida märkena gjordes av människors verktyg eller djurs hovar, eller kanske repad av sandpartiklar eller andra stenkanter. Ny debatt hävdar nu att några av dessa märken kunde ha gjorts genom att mata krokodiler.

"Spänningen kring den här debatten har varit stor, eftersom källan till nedskärningarna har stor betydelse. Om de är gjorda av stenverktyg, då är detta ett exempel på användning av stenverktyg av några av de tidigaste mänskliga förfäderna, " sa Otárola-Castillo. "Nyligen, forskare skickade ben med skärmärken till olika experter för analys. Målet var att utvärdera konvergensen mellan olika experters bedömningar av egenskaperna hos benmärkena med hjälp av traditionella metoder. Alarmerande, Resultaten visade att de kvalitativa bedömningarna var inkonsekventa mellan alla experter. Liknande oro gäller också moderna kriminaltekniska bevis, så vårt arbete är ett fynd som kan vara av intresse för det området också."

Otárola-Castillo, Marean, Thompson, och Shannon P. McPherron från Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology, började arbeta med metodologiska förbättringar för benmärkesanalys 2010. Andra gruppmedlemmar är Jacob A. Harris från Arizona State University, Purdue doktorand Melissa G. Torquato och Purdue student Hannah C. Hawkins. McPherron och Marean var medlemmar i ett av teamen som utvärderade ben från Dikika-platsen i Etiopien.

I deras nya studie, Otárola-Castillo och teamet använde mer än 40 snitt och skivor gjorda av frivilliga slaktare på fårben med hjälp av stenverktyg. Ett "snitt" representerar en 90-graders snittvinkel, och en "skiva" representerar en 45-graders snittvinkel. Forskarna mätte sedan snitten med en profilometer, ett 3D-mikroskop som mäter topografi, grovhet och skikttjocklek i mikro- och nanometerintervallen. Efter att ha mätt dem, forskarna genomförde en 3D-form och storleksanalys av kurvorna och ytorna för att jämföra skärmärkena.

"När de digitala data jämfördes, vi använde Bayesiansk statistik, som ger ett kvantitativt mått på vetenskaplig trovärdighet. Till exempel, med tanke på bevisen, sannolikheten för att exakt bestämma identiteten för ett märke på ett ben är 88 procent i detta fall, " sa Otárola-Castillo.