Mysterierna med en uråldrig civilisation som överlevde i mer än ett årtusende på ön Malta – och sedan kollapsade inom två generationer – har avslöjats av arkeologer som analyserat pollen begravt djupt i jorden och forntida DNA från skallar och ben.

Det är en del av ett arbetsfält som utökar användningen av arkeologiska tekniker till miljöer där de tidigare ansågs vara oanvändbara.

Tempelkulturen i den maltesiska ögruppen i Medelhavet började nästan 6, 000 år sedan och på sin höjd räknade troligen flera tusen människor — långt tätare än vad folket på det europeiska fastlandet kunde klara av vid den tiden. Öfolket byggde utarbetade heliga platser, såsom det berömda tempelkomplexet Ġgantija, och deras byggnader är bland de tidigaste fristående byggnaderna som är kända.

Men, efter 1, 500 år, de var borta.

Professor Caroline Malone, förhistorisk specialist vid Queen's University Belfast, Norra Irland, ville förstå hur den ömtåliga öns ekologi upprätthöll människorna så länge trots torka, våldsamma stormar och jorderosion – och varför det till slut misslyckades.

Hon drev ett ambitiöst projekt, Fragsus, som använde sig av flera verktyg för att hitta några svar. Forskare borrade jordkärnor som sträckte sig från åtta till 30 meter djupa, datera sedimentet med hjälp av koldatering för att förstå vilken tidsperiod det avsåg.

De räknade pollen med 2 cm intervall och analyserade individuella pollenkorn med hjälp av kemiska signaturer präglade av den omgivande miljön för att förstå vilka näringsämnen föräldraväxterna absorberade från marken. Blötdjur inbäddade i jorden avslöjade glimtar av landskapet eftersom 'sniglar är mycket speciella med var de bor och inte rör sig långt, " sa prof. Malone.

Under tiden, andra specialister bedömde slitaget på tiotusentals människoben från en gravplats för att förstå öbornas livsstil. Teamet bröt ny mark genom att analysera ben med en teknik som kallas forntida DNA (aDNA) analys, säger prof. Malone. Man hade tidigare trott att värmen från vilket klimat som helst söder om Alperna skulle förstöra så gammalt DNA. Men det visade sig att skallar begravda på ett relativt svalt fem meters djup fortfarande hyste aDNA i tjockt ben bakom örat.

Erosion

Från vad de har upptäckt, teamet tror att dessa människor förstod vikten av markvård för att avvärja svält. Inom hundra år efter deras ankomst till den lilla, 316 kvadratkilometer skärgård hade de fällt de flesta träden, utsätter marken för drastisk erosion.

Att överleva, de föde upp mjölkdjur snarare än att prioritera kött – att döda nyfödda boskap innan de fick en chans att beta. De blandade boskapsgödsel tillbaka i jorden och kan till och med ha gjort ryggbrytande resor med att köra jord som sköljdes in i dalarna tillbaka uppför backen för att fräscha upp fälten i höglandet. Bevisen för detta ligger i konstigt, parallella spår i marken som kan vara vagnspår, samt tecken från skeletten på att mjuk vävnad ibland hade slitits bort helt av hårda, repetitiv aktivitet.

Underligt, säger prof. Malone, de åt nästan ingen fisk.

För att uppnå ett så komplext samarbete måste något kraftfullt ha hållit samman samhället:templen.

Tills nu, tempelkulturen troddes ha centrerats på dyrkan av en modergudinna, men prof. Malone tror att det var mer en klubbhuskultur, fokuserade på ritualer och fester men där mat – snarare än en gudom – vördades. I komplexen är det nu tydligt att folket visade upp sin boskap och sina skördar på speciella bänkar och altare, festade, och även lagrad mat.

Det finns inga skelettbelägg för våldsam död och inga befästningar, sa prof. Malone. Istället verkar samhället ha överlevt genom samarbete och delning.

Brister

Trots samhällets styrka och framgång, allt eftersom århundraden passerade markerosionen och klimatförhållandena förvärrades, vilket framgår av de olika typerna av pollen i jorden, det minskande antalet trädrester och de mänskliga benen spacklade med bevis på kostbrister.

Under de sista århundradena av tempelkulturen, mellan 2600 f.Kr. och 2400 f.Kr. hälften av de döende var barn.

Andra faktorer bidrog sannolikt, sa prof. Malone. Vuxna skallar från denna tid är mycket varierande, deras DNA som indikerar ankomsten av invandrare från så långt som de eurasiska stäpperna och Afrika söder om Sahara, möjligen orsaka befolkningstryck och nya sjukdomar.

Det avgörande slaget kan ha varit en okänd katastrof som inträffade omkring 2350 f.Kr. en period under vilken, enligt trädringanalys, hela regionen drabbades av en katastrofal klimathändelse – möjligen ett dammmoln orsakat av ett vulkanutbrott.

Laboratorier

Öar kan användas som laboratorier för att förstå förändringar i omvärlden, sa prof. Malone.

Dock, öarnas geografiska särdrag kan också ställa till problem genom att göra konventionella forskningstekniker överflödiga. På Spaniens Kanarieöar, till exempel, forntida pollen är inte välbevarat i den lokala terrängen. Vad mer, många viktiga växter på öarna – såsom dess symboliska lagerträd – producerar inga, eller lite, pollen, och miljöförhållandena har även eroderat andra bevis, som makrofossiler.

Dr Lea de Nascimento, en specialist i ekologi vid Universidad de La Laguna på Teneriffa sa:"Vi saknar (bra bevarande av) alla konventionella proxyservrar."

Hon vill sätta ihop historien om växtligheten på Kanarieöarna – i synnerhet, hur de var innan människor kom över 2, 000 år sedan. Att göra så, hon använder en ny paleoekologisk teknik som kallas paleomiljö-DNA-analys.

eDNA

Miljö-DNA (eDNA) lämnas kvar i mark eller vatten av mikroorganismer, växt- och djurarter, och forskare söker allt mer efter det för att ta reda på vad som händer i dagens miljö. Det är ett relativt nytt paleoekologiskt verktyg, som hittills använts på de kallaste och torraste platserna på grund av sin sårbarhet för värme och fukt. Men Dr. de Nascimento undersöker nu efter det i kärnprover som sträcker sig över flera tusen år från öarna.

För ISLANDPALECO-projektet, hon har tillbringat två år med att lära sig av experter vid ett dedikerat laboratorium i Nya Zeeland hur man söker efter palaeo-miljö-DNA i sedimentkärnor. Efter ett år av motgångar, hon har nu hittat 100 år gammalt DNA av en mycket rikare sort än vad som finns i pollenregistret. Hon hoppas fortfarande på att få tillbaka äldre palaeo-miljö-DNA.

"Om du har ett långt perspektiv kommer du att känna till ekosystemens motståndskraft, " sa hon. "Det kommer att hjälpa oss att förstå hur ett ekosystem kommer att reagera om vi fortsätter att sätta press på det i framtiden - eller som svar på klimatförändringar."

Hon säger att att veta mer om tidigare ekosystem också kommer att hjälpa dagens naturvårdare att återställa landskap som utarmats av människor och djuren de tagit med sig.

"Problemet är att du kan investera mycket pengar för att återställa ett ekosystem som aldrig fanns där, " Hon sa.