Chemical traces of past human presence and activity in caves of Kraków-Częstochowa Upland

Praca ocenia wykorzystanie biomarkerów fekalnych (steroli i kwasów żółciowych), wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) oraz pierwiastków CNP do badania obecności człowieka w jaskiniach w przeszłości. Badania opierają się na próbkach osadów z siedmiu wybranych stanowisk jaskiniowych (Jaskinia Biśnik, Schronisko Bramka, Jaskinia Ciasna, Jaskinia Łabajowa, Jaskinia Łokietka, Jaskinia Sąspowska Zachodnia, Schronisko w Smoleniu III). Celem pracy jest określenie przydatności metod w badaniach osadów jaskiniowych oraz uzyskanie nowych danych dotyczących aktywności ludzkiej na wybranych stanowiskach. Sterole fekalne i kwasy żółciowe znajdowane są w odchodach. Występowanie oraz kompozycja tych związków zależy od diety i procesów metabolicznych. Są one wykorzystywane w badaniach ekologicznych i archeologicznych do wykrywania i identyfikacji zanieczyszczenia materiałem fekalnym. Najczęściej są one używane do identyfikacji odchodów ludzi i zwierząt domowych. Jednakże w środowisku jaskiniowym przewidywana jest przede wszystkim obecność odchodów dzikich zwierząt, głównie drapieżników lub owadożerców (nietoperzy). Uwzględniając ten problem, opracowano zestaw referencyjny profili fekalnych 14 gatunków współczesnej dzikiej fauny. Ten zestaw danych potwierdził unikalność profilu fekalnego człowieka i pozwolił na ocenę obecnych metod identyfikacji śladów fekalnych. Ponadto, ocena ta doprowadziła do opracowania zmodyfikowanego podejścia do identyfikacji bezpośrednich śladów człowieka, w szczególności w zastosowaniu do próbek mieszanych, zawierających także odchody drapieżników lub owadożerców. Markery fekalne były analizowane we wszystkich jaskiniach włączonych w projekt. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), wskazują na spalanie biomasy i mogą być użyte do pośredniego potwierdzenia obecności człowieka. Związki te były analizowane na pięciu stanowiskach (Jaskinia Biśnik, Jaskinia Ciasna, Jaskinia Łabajowa, Jaskinia Łokietka, Jaskinia Sąspowska Zachodnia). Analizy markerów fekalnych oraz WWA były uzupełnione analizą węgla organicznego, azotu i fosforu. Wyniki analiz chemicznych wskazują na ślady obecności człowieka w kilkunastu warstwach, także tych gdzie obecność człowieka wcześniej nie była potwierdzona zabytkami archeologicznymi. Markery fekalne wskazały na obecność człowieka w Jaskini Biśnik, Schronisku Bramka, Jaskini Łokietka i Schronisku w Smoleniu III. Wyniki analiz WWA wskazują na ślady lokalnego ognia, prawdopodobnie pochodzenia antropogenicznego, w kilku analizowanych warstwach, na wszystkich analizowanych stanowiskach. W Jaskini Łokietka sterole fekalne oraz kwasy żółciowe wskazały na użytkowanie jaskini jako schronienia dla zwierząt hodowlanych w okresie neolitu i w czasach późniejszych. Przeprowadzone analizy pozwoliły na potwierdzenie wysokiego potencjału wybranych markerów chemicznych do śledzenia obecności człowieka w jaskiniach oraz na ocenę możliwości oraz ograniczeń w ich wykorzystaniu. Konieczne są dalsze badania w celu rozszerzenia zestawu referencyjnego profili fekalnych zwierząt z okresu plejstocenu i opracowania metody dokładniejszego rozróżniania źródeł śladów materiału fekalnego w kontekście jaskiniowym. Wyniki wskazują także na potencjał wykorzystania markerów chemicznych do poszerzenia naszej wiedzy na temat funkcji i przestrzennego użytkowania jaskiń na przestrzeni dziejów.

This work evaluates the use of faecal biomarkers (sterols and bile acids), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), and CNP composition to trace human presence in caves in the past. Seven cave sites (Biśnik Cave, Bramka Rockshelter, Ciasna Cave, Łabajowa Cave, Łokietka Cave, Sąspowska Zachodnia Cave, Shelter in Smoleń III) were selected as case studies. The thesis aims to consider the methods' usefulness in gathering new data regarding human activity at selected sites. Faecal sterols and bile acids can be found in faeces. Their presence and composition are dependent on diet and metabolic processes and are used in ecological and archaeological contexts to detect and identify faecal contamination. They are commonly used to identify faecal matter from humans and domesticated animals. However, caves often contain faecal matter from wild animals, mainly carnivores or insectivores (bats). A reference dataset of faecal samples from 14 modern wildlife species was developed to address this. This dataset confirmed the uniqueness of human faecal profiles and allowed the assessment of current methodologies for identifying faecal traces. The evaluation led to a modified approach for detecting human faecal matter, specifically for mixed samples containing carnivore or insectivore faecal matter. These compounds were analysed at all cave sites in the project. PAHs, which indicate burning, were used to confirm human presence indirectly and were analysed at five sites (Biśnik Cave, Ciasna Cave, Łabajowa Cave, Łokietka Cave, Sąspowska Zachodnia Cave). The organic carbon, nitrogen, and phosphorus analysis supplemented both faecal biomarkers and PAHs. The study identified chemical traces of human presence in several layers and sites, often in layers where human presence was previously unnoticed or questionable. Faecal biomarkers indicated human presence in Biśnik Cave, Bramka Rockshelter, Łokietka Cave, and Shelter in Smoleń III. PAHs suggested nearby fires, presumably of anthropogenic origin, in several layers of all analysed sites. In Łokietka Cave, faecal biomarkers indicated its use as an animal shelter during the Neolithic and later periods. The research confirmed the high potential of the selected methods in tracing human activity in caves and allowed the evaluation of the possibilities and limitations of using chosen markers. Further studies are needed to expand the reference dataset for faecal profiles of Pleistocene animals and to distinguish specific faecal sources more accurately. The results also indicate a high potential for using these markers to enhance our understanding of caves' function and spatial use throughout history.