A real-world approach to identifying animal bones and Lower Pleistocene fossils by laser induced breakdown spectroscopy
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2021
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Abstract
Archaeological sites often contain accumulations of remains derived from different independent events produced by different agents. Thus, in Palaeolithic sites, it is normal to find alternating occupations between humans and carnivores. The faunal assemblages at these sites usually include hundreds or thousands of bone fragments, which are very difficult to associate them to specific individuals since there are no currently available techniques able to do it in a straightforward and cost-effective way. In this work we present a methodology that allows us to characterise the anatomical remains of a bone accumulation and relate them all back to the specific individuals to which they belong. In order to provide a real world application, we have used a selection of animal bones from different individuals belonging to deer and sheep (fed in a controlled way using the same diet). On the other hand, fossilized faunal remains have also been analysed to verify if these fossilized bones keep some of the fingerprinting of the animal from which they come from. For this purpose, we have developed a protocol using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) together with Neural Networks (NN) implemented here to discriminate and reassemble deer and sheep bones from different individuals, which we subsequently applied for these proposes to fossilized material. To the best of our knowledge, this is the first time that this technique has been applied for individual fingerprinting to actuality and fossil samples. The elemental composition of bones provides enough information to get a correct discrimination of different individuals. The spectral correlation has exceeded 95 %. and all individuals were correctly classified to the individual from which they come from. There have been no instances of false positives or false negatives in our tests or applications.
Description
Los yacimientos arqueológicos suelen contener acumulaciones de restos derivados de distintos acontecimientos independientes producidos por diferentes agentes. Así, en los yacimientos paleolíticos es normal encontrar ocupaciones alternantes entre humanos y carnívoros. Los conjuntos faunísticos de estos yacimientos suelen incluir cientos o miles de fragmentos óseos, que resultan muy difíciles de asociar a individuos concretos, ya que no existen en la actualidad técnicas capaces de hacerlo de forma sencilla y rentable. En este trabajo presentamos una metodología que permite caracterizar los restos anatómicos de una acumulación ósea y relacionarlos todos con los individuos concretos a los que pertenecen. Con el fin de proporcionar una aplicación en el mundo real, hemos utilizado una selección de huesos de diferentes individuos pertenecientes a ciervos y ovejas (alimentados de forma controlada con la misma dieta). Por otro lado, también se han analizado restos faunísticos fosilizados para comprobar si estos huesos fosilizados conservan parte de la huella dactilar del animal del que proceden. Para ello, hemos desarrollado un protocolo utilizando Espectroscopía de Descomposición Inducida por Láser (LIBS) junto con Redes Neuronales (NN) implementado aquí para discriminar y reensamblar huesos de ciervo y oveja de diferentes individuos, que posteriormente hemos aplicado para estas propuestas a material fosilizado. Hasta donde sabemos, es la primera vez que se aplica esta técnica para la dactiloscopia individual a muestras actuales y fósiles. La composición elemental de los huesos proporciona información suficiente para conseguir una correcta discriminación de los diferentes individuos. La correlación espectral ha superado el 95 %. y todos los individuos fueron clasificados correctamente al individuo del que proceden. No ha habido casos de falsos positivos o falsos negativos en nuestras pruebas o aplicaciones.