Nature and function of prehistoric plant-based artefacts: biomolecular approach

Abstract

Els artefactes d'origen vegetal són part essencials de la cultura material perible de les societats prehistòriques, aquests artefactes contenen informació significativa sobre la gestió dels recursos, l'artesania i les activitats de poblacions passades. No obstant això, estan poc representats en les narracions arqueològiques degut als processos naturals de degradació de la matèria orgànica. Per preservar aquests artefactes i evitar-ne la seva degradació natural, calen contextos ambientals específics, com ara contextos humits, secs o congelats, o que es produeixi la seva mineralització o carbonització parcial. Com a resultat, només un nombre limitat de contextos aporten coneixements sobre la riquesa i diversitat de l'ús de les plantes en el passat. Els mètodes habitualment emprats en l’estudi d'aquests material se centren en l'estudi de la cadena operativa o procés de producció dels artefactes, des de l'obtenció de matèries primeres vegetals fins al seu ús i rebuig. No obstant això, existeixen llacunes en el nostre coneixement en relació a aquest procés de producció i especialment en relació a la funció dels artefactes orgànics. L’objectiu d’aquesta tesi es aportar nous coneixements sobre el procés d’elaboració i la funció dels artefactes d'origen vegetal a partir de l’estudi dels residus i substàncies orgàniques associades a aquests artefactes. Tot i que ocasionalment s'han documentat residus orgànics amorfs associats a aquests artefactes, només alguns estudis n'han identificat la composició molecular. Això limita la nostra comprensió dels productes que poden haver estat associats, processats o emmagatzemats dins dels artefactes d'origen vegetal. Aquesta recerca de doctorat se centra a identificar materials i diversos residus implicats en la fabricació o l'ús d'artefactes d'origen vegetal. És el primer estudi que integra l'anàlisi de residus orgànics a la cadena operativa dels artefactes d'origen vegetal de tres assentaments arqueològics: La Cueva de Murciélagos (7986-3740 cal BC; Albuñol, Espanya), La Draga (5324-4977 cal BC; Banyoles, Espanya) i Dąbki 9 (5220-3580 cal BC, Dąbki, Poland). Aquests jaciments presenten una preservació excepcional d'elements orgànics, que permeten una investigació sobre la preservació de residus orgànics en contextos àrids, saturats d'aigua i torberes. Els mètodes analítics emprats han estat l’estudi morfològic dels objectes, l'examen visual i microscòpic dels residus, la seva classificació preliminar en funció de l'aspecte i l'aplicació de l'espectroscòpia i l'espectrometria per analitzar proteïnes i lípids. A més, s’ha implementat un protocol experimental per revertir els consolidants aplicats als artefactes de La Draga durant la seva restauració post-excavació i poder avaluar la presència de proteïnes en alguns dels residus identificats en aquesta col·lecció. Els resultats d'aquesta investigació proporcionen una imatge més completa de les pràctiques d’elaboració i ús dels diversos artefactes. Els resultats indiquen que les substàncies i residus orgànics s’introdueixen en diferents etapes de la cadena operativa. Ha estat possible la identificació d’adhesius i revestiments, però també residus generats durant l’ús i consum. A més, aquest treball millora la nostra comprensió sobre la preservació biomolecular en diferents entorns i posa de manifest la necessitat d'un examen sistemàtic dels artefactes de natura vegetal i els seus residus. Finalment es proposen qüestions a explorar en el futur per contribuir encara més a l'aplicació de l'arqueologia biomolecular a les anàlisis d'artefactes elaborats en plantes.

Los artefactos de origen vegetal son parte esencial de la cultura material perecedera de las sociedades prehistóricas, estos artefactos contienen información significativa sobre la gestión de los recursos, la artesanía y las actividades de poblaciones pasadas. Sin embargo, están poco representados en las narraciones arqueológicas debido a los procesos naturales de degradación de la materia orgánica. Para preservar estos artefactos y evitar su degradación natural, se necesitan contextos ambientales específicos, como contextos húmedos, secos o congelados, o que se produzca su mineralización o carbonización parcial. Como resultado, sólo un número limitado de contextos aporta conocimientos sobre la riqueza y diversidad del uso de las plantas en el pasado. Los métodos habitualmente empleados en el estudio de la cadena operativa o proceso de producción de los artefactos, desde la obtención de materias primas vegetales hasta su uso y desecho. Sin embargo, existen lagunas en nuestro conocimiento en relación a este proceso de producción y especialmente en relación a la función de los artefactos orgánicos. El objetivo de esta tesis es aportar nuevos conocimientos sobre el proceso de elaboración y función de los artefactos de origen vegetal a partir del estudio de los residuos y sustancias orgánicas asociadas a estos artefactos. Aunque ocasionalmente se han documentado residuos orgánicos amorfos asociados a estos artefactos, sólo algunos estudios han identificado su composición molecular. Esto limita nuestra comprensión de los productos que pueden haber sido asociados, procesados o almacenados en los artefactos de origen vegetal. Esta investigación de doctorado se centra en la identificación de materiales y diversos residuos implicados en la fabricación o uso de artefactos de origen vegetal. Es el primer estudio que integra el análisis de residuos orgánicos en la cadena operativa de los artefactos de origen vegetal de tres asentamientos arqueológicos: La Cueva de Murciélagos (7986-3740 cal BC; Albuñol, España), La Draga (5324-4977 cal BC; Banyoles, España) i Dąbki 9 (5220-3580 cal BC, Dąbki, Poland). Estos yacimientos presentan una preservación excepcional de elementos orgánicos, que permiten una investigación sobre la preservación de residuos orgánicos en contextos áridos, saturados de agua y turberas. Los métodos analíticos empleados han sido el estudio morfológico de los objetos, el examen visual y microscópico de los residuos, su clasificación preliminar en función del aspecto y aplicación de la espectroscopia y espectrometría para analizar proteínas y lípidos. Además, se ha implementado un protocolo experimental para revertir los consolidantes aplicados a los artefactos de La Draga durante su restauración post-excavación y poder evaluar la presencia de proteínas en algunos de los residuos identificados en esta colección. Los resultados de esta investigación proporcionan una imagen más completa de las prácticas de elaboración y uso de los distintos artefactos. Los resultados indican que las sustancias y residuos orgánicos se introducen en distintas etapas de la cadena operativa. Ha sido posible la identificación de adhesivos y revestimientos, pero también residuos generados durante el uso y consumo. Además, este trabajo mejora nuestra comprensión sobre la preservación biomolecular en distintos entornos y pone de manifiesto la necesidad de un examen sistemático de los artefactos de naturaleza vegetal y sus residuos. Por último, se proponen cuestiones a explorar en el futuro para contribuir aún más a la aplicación de la arqueología biomolecular a los análisis de artefactos elaborados en plantas.

Plant artefacts are an essential part of the perishable material culture of prehistoric societies, these artefacts contain important information about resource management, craftsmanship and the activities of past populations. However, they are poorly represented in the archaeological narratives due to the natural processes of degradation of organic matter. To preserve these artefacts and avoid their natural degradation, specific environmental contexts are needed, such as humid, dry or frozen contexts, or their mineralization or partial carbonization. As a result, only a limited number of contexts provide knowledge about the richness and diversity of plant use in the past. The methods commonly used to study plant artefacts focus on the study of the operational chain or production process of the artefacts, from obtaining plant raw materials to their use and disposal. However, there are gaps in our knowledge in relation to this production process and especially in relation to the function of organic artefacts. The objective of this thesis is to provide new knowledge about the process of making and the function of plant-based artefacts from the study of the organic substances associated with these artefacts. Although amorphous organic residues associated with these artefacts have occasionally been documented, only some studies have identified their molecular composition. This limits our understanding of the products that may have been associated, processed or stored in the artefacts of plant origin. This doctoral research focuses on the identification of materials and residue involved in the manufacture or use of artefacts of plant origin. It is the first study that integrates the analysis of organic residues in the operational chain of artefacts of plant origin from three archaeological settlements: La Cueva de Murciélagos (7986-3740 cal BC; Albuñol, Spain), La Draga (5324-4977 cal BC; Banyoles, Spain) and Dąbki 9 (5220-3580 cal BC, Dąbki, Poland). These sites present an exceptional preservation of organic elements, which allow an investigation into the preservation of organic residue in arid contexts, saturated with water and peatlands. The analytical methods used have been the morphological study of the objects, the visual and microscopic examination of the residues, their preliminary classification according to the aspect and the application of spectroscopy and spectrometry to analyse proteins and lipids. In addition, an experimental protocol has been implemented to reverse the consolidants applied to the La Draga artefacts during their post-excavation restoration and to be able to evaluate the presence of proteins in some of the residues identified in this collection. The results of this research provide a more complete picture of the practices of making and using the different artefacts. The results indicate that organic substances are introduced at different stages of the operational chain. It has been possible to identify adhesives and coatings, but also residues generated during use or consumption. In addition, this work improves our understanding of biomolecular preservation in different environments and highlights the need for a systematic examination of natural plant artefacts and their residues. Finally, questions to be explored in the future are proposed to contribute even more to the application of biomolecular archaeology to the analysis of artefacts made in plants.