Kemisk analys av rester av råttor från arkeologiska platser under de senaste 2000 åren på tre polynesiska ösystem har visat människors inverkan på lokala miljöer. Analysen av ett internationellt team av forskare gjorde det möjligt för forskarna att rekonstruera råttornas dieter – och genom dem, de förändringar som människor gör på lokala ekosystem, inklusive utrotning av inhemska arter och förändringar av näringsvävar och marknäringsämnen.

Jorden har gått in i en ny geologisk epok som kallas antropocen, en era då människor skapar betydande, bestående förändring av planeten. Medan de flesta geologer och ekologer placerar ursprunget till denna era under de senaste 50 till 300 åren, många arkeologer har hävdat att långtgående mänskliga effekter på geologi, biologisk mångfald, och klimatet sträcker sig årtusenden in i det förflutna.

Forntida mänskliga effekter är ofta svåra att identifiera och mäta jämfört med dem som händer idag eller i nyare historia. En ny studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences av forskare vid Max Planck Institute for Science of Human History i Jena och University of California, Berkeley utvecklar en ny metod för att upptäcka och kvantifiera mänskliga transformationer av lokala ekosystem i det förflutna. Med hjälp av toppmoderna metoder, forskare sökte efter ledtrådar om tidigare mänskliga modifieringar av öns ekosystem från en ovanlig källa - benen från länge döda råttor som återhämtats från arkeologiska platser.

En av de mest ambitiösa och utbredda migrationerna i mänsklighetens historia började ca. 3000 år sedan, när människor började resa över Stilla havet – bortom den synliga horisonten – på jakt efter nya öar. För omkring 1000 år sedan, människor hade nått till och med de mest avlägsna stränderna i Stilla havet, inklusive gränserna för den polynesiska regionen:öarna Hawaii, Rapa Nui (Påskön) och Aotearoa (Nya Zeeland). Att inte veta vad de skulle stöta på i dessa nya länder, tidiga resande tog med sig en rad bekanta växter och djur, inklusive grödor som taro, brödfrukt, och jams, och djur inklusive grisen, hund, och kyckling. Bland de nyanlända fanns även Stillahavsråttan (Rattus exulans), som fördes till nästan varje polynesisk ö på dessa tidiga resor, kanske avsiktligt som mat, eller lika troligt, som en dold "fripassagerare" ombord på långfärdskanoter.

Råttans ankomst hade djupgående effekter på öns ekosystem. Stillahavsråttor jagade lokala sjöfåglar och åt frön från endemiska trädarter. Viktigt, kommensala djur som Stillahavsråttan intar en unik position i mänskliga ekosystem. Som husdjur, de tillbringar större delen av sin tid i och runt mänskliga bosättningar, överleva på matresurser som produceras eller ackumuleras av människor. Dock, till skillnad från sina inhemska motsvarigheter, dessa kommensala arter förvaltas inte direkt av människor. Deras dieter ger därmed inblick i maten som finns i mänskliga bosättningar samt förändringar i öns ekosystem mer brett.

Men hur kan man rekonstruera kosten för gamla råttor? Att göra detta, forskarna undersökte den biokemiska sammansättningen av råttben som återvunnits från arkeologiska platser över tre polynesiska ösystem. Kolisotopanalys av proteiner bevarade i arkeologiskt ben indikerar vilka typer av växter som konsumeras, medan kväveisotoper pekar på djurets position i en näringsväv. Kväveisotoper är också känsliga för luftfuktighet, jordkvalitet, och markanvändning. Denna studie undersökte kol- och kväveisotoperna av arkeologiska Stillahavsråttrester över sju öar i Stilla havet, som sträcker sig över 2000 års mänsklig ockupation. Forskarnas resultat visar effekterna av processer som mänsklig skogsröjning, jakt på inhemsk fågelfauna (särskilt landfåglar och sjöfåglar) och utveckling av nya, jordbrukslandskap på livsmedelsbanor och tillgång på resurser.

Ett nästan universellt mönster av förändrade värden för isotoper i råttbens kväve genom tiden var kopplat till inhemska arters utdöende och förändringar i markens näringskretslopp efter att människor anlänt till öarna. Dessutom, betydande förändringar i både kol- och kväveisotoper motsvarar jordbrukets expansion, mänsklig webbplatsaktivitet, och försörjningsval. "Vi har många starka arkeologiska bevis för att människor har modifierat tidigare ekosystem så långt tillbaka som i den sena pleistocenen, " säger huvudförfattaren Jillian Swift, från Max Planck Institute for Science of Human History. "Utmaningen ligger i att hitta datauppsättningar som kan kvantifiera dessa förändringar på ett sätt som gör att vi kan jämföra arkeologiska och moderna datauppsättningar för att hjälpa till att förutsäga vilken påverkan mänskliga modifieringar kommer att ha på ekosystemen i framtiden."

Prof. Patrick V. Kirch vid University of California, Berkeley, who supervised the study and led excavations on Tikopia and Mangareva, remarked that "the new isotopic methods allow us to quantify the ways in which human actions have fundamentally changed island ecosystems. I hardly dreamed this might be possible back in the 1970s when I excavated the sites on Tikopia Island."

"Commensal species, such as the Pacific rat, are often forgotten about in archaeological assemblages. Although they are seen as less glamorous 'stowaways' when compared to domesticated animals, they offer an unparalleled opportunity to look at the new ecologies and landscapes created by our species as it expanded across the face of the planet, " added Patrick Roberts of the Max Planck Institute for the Science of Human History, a co-author on the paper. "The development and use of stable isotope analysis of commensal species raises the possibility of tracking the process of human environment modification, not just in the Pacific, but around the world where they are found in association with human land use."

The study highlights the extraordinary degree to which people in the past were able to modify ecosystems. "Studies like this clearly highlight the human capacity for 'ecosystem engineering, '" notes Nicole Boivin, coauthor of the study and Director of the Department of Archaeology at the Max Planck Institute for the Science of Human History. "We clearly have long had the capability as a species of massively transforming the world around us. What's new today is our ability to understand, measure, and alleviate these impacts."