Des chercheurs, dirigé par un professeur d'anthropologie de l'Université Purdue, ont découvert que les méthodes statistiques et l'imagerie 3D peuvent être utilisées pour mesurer avec précision les marques de coupe d'os d'animaux faites par la boucherie humaine préhistorique, et pour aider à répondre à des questions urgentes sur l'évolution humaine.

L'archéologue et biostatisticien Erik Otárola-Castillo dirige l'équipe de recherche qui a utilisé l'imagerie 3D, analyse de forme et statistiques bayésiennes pour identifier les marques de coupe de boucherie avec un taux de réussite de 88 % dans la classification des comportements de boucherie. La technologie d'imagerie 3D est similaire à celle utilisée par les ingénieurs pour mesurer les rayures sur les micropuces et la netteté des lames chirurgicales.

"Cette approche représente une amélioration majeure de la précision par rapport à de nombreuses méthodes archéologiques, et l'amélioration de cette technique nous aidera à obtenir l'histoire de l'évolution humaine correcte, " Otárola-Castillo a déclaré. "En renforçant les méthodes quantitatives pour évaluer les preuves archéologiques, nous pourrons en apprendre plus sur les premiers humains beaucoup plus rapidement."

Les résultats sont publiés dans le Journal des sciences archéologiques . Otárola-Castillo est professeur adjoint au Département d'anthropologie.

« En archéologie, les marques de boucherie sur les ossements d'animaux sont un élément de preuve clé utilisé pour répondre aux questions sur l'acquisition de nourriture dans les populations préhistoriques de chasseurs-cueilleurs, " dit Otarola-Castillo, qui étudie l'alimentation des chasseurs-cueilleurs pour répondre aux questions sur l'évolution humaine. Son expertise s'étend à l'archéologie des chasseurs-cueilleurs nord-américains, Biologie de l'évolution, statistiques et modélisation informatique.

Les outils en pierre fabriqués par l'homme laissent des marques de coupe sur les os d'animaux, comme les moutons, cerf ou bison, par la boucherie. Ces marques de coupe peuvent varier en taille de 1 à 5 centimètres, mais la profondeur des coupes est souvent infime, mesurant à environ 1/15 de millimètre. Les archéologues tentent souvent de faire la distinction entre les marques de coupe faites par l'outil en pierre d'un humain, qui laisse une forme de "V", et autres dommages, comme le piétinement par un animal à sabots, ce qui peut laisser des marques avec plus d'une forme de "U".

Les archéologues ont tenté d'identifier les marques de boucherie depuis les années 1800. Alors que les méthodes d'analyse des marques osseuses se sont améliorées au fil des décennies, il y a encore beaucoup d'incertitude et un manque de consensus sur la meilleure façon de les mesurer. Les techniques de mesure actuelles vont des évaluations qualitatives à l'œil nu à la microscopie haute puissance, comme la microscopie électronique à balayage ou la micro-photogrammétrie.

Otárola-Castillo et ses coéquipiers de recherche Emma James de l'Université du Queensland; Curtis W. Marean de l'Université d'État de l'Arizona; et Jessica C. Thompson de l'Université Emory, se spécialiser dans l'évaluation des marques de coupe sur l'os.

Il y a des cas où les marques peuvent être ambiguës. En 2010, quelques équipes de recherche ont publié des découvertes contradictoires concernant les traces d'os d'un site préhistorique, Dikika en Éthiopie. Les résultats de leurs analyses variaient tellement qu'ils étaient en désaccord si les marques étaient faites par des outils humains ou des sabots d'animaux, ou peut-être rayé par des particules de sable ou d'autres arêtes rocheuses. Un nouveau débat soutient maintenant que certaines de ces marques auraient pu être faites en nourrissant des crocodiles.

"La tension autour de ce débat a été grande, parce que la source des coupures est très importante. S'il est fait avec des outils de pierre, alors c'est un exemple d'utilisation d'outils en pierre par certains des premiers ancêtres humains, " a déclaré Otárola-Castillo. "Récemment, les chercheurs ont envoyé des os avec des marques de coupure à divers experts pour analyse. L'objectif était d'évaluer la convergence des appréciations de différents experts sur les caractéristiques des marques osseuses à l'aide de méthodes traditionnelles. De façon alarmante, les résultats ont montré que les évaluations qualitatives étaient incohérentes entre tous les experts. Des préoccupations similaires concernent également les preuves médico-légales modernes, notre travail est donc une découverte qui peut également intéresser ce domaine. »

Otarola-Castillo, Marean, Thompson, et Shannon P. McPherron du Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology, a commencé à travailler sur des améliorations méthodologiques pour l'analyse des marques osseuses en 2010. Les autres membres de l'équipe sont Jacob A. Harris de l'Arizona State University, L'étudiante diplômée de Purdue Melissa G. Torquato et l'étudiante de premier cycle de Purdue Hannah C. Hawkins. McPherron et Marean étaient membres de l'une des équipes évaluant les ossements du site de Dikika en Éthiopie.

Dans leur nouvelle étude, Otárola-Castillo et l'équipe ont utilisé plus de 40 coupes et tranches réalisées par des bouchers bénévoles sur des os de mouton à l'aide d'outils en pierre. Une "coupe" représente un angle d'incision de 90 degrés, et une "tranche" représente un angle d'incision de 45 degrés. Les chercheurs ont ensuite mesuré les coupures avec un profilomètre, un microscope 3D qui mesure la topographie, rugosité et épaisseur de couche dans les gammes micro et nanométrique. Après les avoir mesurés, les chercheurs ont effectué une analyse 3D de la forme et de la taille des courbes et des surfaces pour comparer les marques de coupe.

« Une fois les données numériques comparées, nous avons utilisé des statistiques bayésiennes, qui fournissent une mesure quantitative de la crédibilité scientifique. Par exemple, étant donné les preuves, la probabilité de déterminer avec précision l'identité d'une marque sur un os est de 88 pour cent dans ce cas, " a déclaré Otárola-Castillo.