Unlocking cetacean diversity in bone assemblages through palaeoproteomics

Abstract

Aquesta tesi investiga la profunda i canviant relació entre els humans i les balenes a través de proves arqueològiques de les costes nord i sud de l’oceà Atlàntic. Se centra en dues societats prehistòriques contrastades, per explorar com aquestes poblacions valoraven les grans balenes i com aquestes interaccions es reflecteixen arqueològicament: els caçadors-recol·lectors Magdalenians de la Península Ibèrica, i les poblacions Sambaquis precolonials de Brasil. Un dels objectius centrals de la tesi és distingir entre l’ús oportunista de balenes (animals encallats, cadàvers a la deriva) i la caça activa, una distinció amb profundes implicacions per comprendre les economies del passat i les seves formes d’organització social.

Les grans balenes han estat històricament valorades com a fonts de carn, pell, greix, oli i os, i poden haver estat aprofitades amb finalitats alimentàries, energètiques, socials, cerimonials, arquitectòniques o artesanals, sovint de manera simultània. Aquestes funcions superposades són difícils de separar arqueològicament, generant registres materials complexos i sovint ambigus. Tot i que les restes òssies de balena aporten informació valuosa sobre els patrons d’aprofitament i els diversos rols simbòlics i econòmics d’aquests animals en societats passades, les dificultats en la identificació específica han impedit una reconstrucció acurada de la seva diversitat, obstaculitzant una comprensió més matisada de les economies prehistòriques de caça de balenes.

Aquesta tesi s’argumenta que només mitjançant una identificació precisa de les espècies en el registre arqueològic es poden donar respostes més informades a preguntes de llarga data, i es proposa una solució parcial mitjançant la identificació taxonòmica de restes òssies i artefactes amb la Zooarqueologia per Espectrometria de Masses (ZooMS), amb l’objectiu de caracteritzar l’ecologia de l’aprofitament de balenes en els dos contextos arqueològics diferents. S’hi presenta tracta del potencial desaprofitat de materials excavats fa dècades i emmagatzemats en museus, i de la complexitat de la seva anàlisi a causa de les pràctiques de conservació, especialment per l’ús històric de coles orgàniques fetes amb col·lagen animal, subratllant la necessitat d’aplicar protocols de neteja i control més rigorosos.

Combinant ZooMS de més de 150 mostres amb anàlisis isotòpica i radiocarboni, es van identificar taxonòmicament les eines d'os de balena més antigues conegudes de jaciments del Paleolític Superior de l’Ibèria. Aquest estudi va revelar una diversitat d'espècies de balenes al Golf de Biscaia entre 20.000-14.000 cal BP, amb un predomini de catxalots i rorquals comuns (espècies oceàniques), que suggereix que les poblacions magdalenianes probablement van adquirir restes de balena de manera oportunista, en forma d'animals encallats o a la deriva. D'altra banda, l'estudi de les poblacions prehistòriques de Sambaqui de la Badia de Babitonga (Brasil), suggereix fermament la caça activa, amb un predomini de la balena franca austral i la balena geperuda (espècies costaneres) identificades en més de 150 restes òssies i artefactes. Mitjançant l'anàlisi tipològica comparativa d'artefactes, es van identificar barres d’arpó fets d'os de balena i datats de fa 5.000 anys, la qual cosa recolza encara més l'argument que aquests grups es troben entre els baleners més antics coneguts a les Amèriques.

Ambdós estudis mostren la rellevància de les dades arqueològiques per a la conservació i la gestió costanera actuals amb la identificació d'espècies anteriorment desconegudes en aquestes regions i períodes de temps: balenes grises als jaciments Magdalenians de l’Ibèria, i balenes geperudes als jaciments precolonials brasilers. En posar en valor les col·leccions de museu i integrar tècniques moleculars innovadores, la tesi contribueix a la reconstrucció de línies de base ecològiques a llarg termini, replanteja els relats dominants sobre la caça de balenes prehistòrica i subratlla la recerca arqueològica, en particular del seu arsenal molecular creixent, per fer front als reptes contemporanis en la conservació marina.

Esta tesis investiga la profunda y cambiante relación entre los seres humanos y las ballenas a través de evidencias arqueológicas procedentes de las costas norte y sur del océano Atlántico. Se centra en dos sociedades prehistóricas contrastadas, para explorar cómo estas poblaciones valoraban a las grandes ballenas y cómo estas interacciones se reflejan en el registro arqueológico: los cazadores-recolectores Magdalenienses de la Península Ibérica, y las poblaciones Sambaquís precoloniales de Brasil. Uno de los objetivos centrales de esta tesis es distinguir entre el aprovechamiento oportunista de ballenas (animales varados, cadáveres a la deriva) y la caza activa, una distinción que tiene profundas implicaciones para la comprensión de las economías del pasado y sus formas de organización social.

Las grandes ballenas históricamente han sido valoradas como fuentes de carne, piel, grasa, aceite y hueso, y pudieron haber sido aprovechadas con fines alimentarios, energéticos, sociales, ceremoniales, arquitectónicos o artesanales, muchas veces de forma simultánea. Estas funciones superpuestas son difíciles de discernir arqueológicamente, lo que genera registros materiales complejos y en ocasiones ambiguos. Aunque los restos óseos de ballena ofrecen información valiosa sobre los patrones de uso y los múltiples roles económicos y simbólicos de estos animales en las sociedades del pasado, las dificultades en la identificación taxonómica han limitado una reconstrucción precisa de su diversidad, obstaculizando una comprensión más matizada de las economías balleneras prehistóricas.

Esta tesis se argumenta que solo mediante una identificación precisa de las especies en el registro arqueológico pueden ofrecerse respuestas más fundamentadas a preguntas de larga data y se propone una solución parcial mediante la identificación taxonómica de restos óseos y artefactos con Zooarqueología por Espectrometría de Masas (ZooMS), con el objetivo de caracterizar la ecología del uso de estos animales en dos contextos arqueológicos diferentes. Se presenta el potencial desaprovechado de materiales excavados hace décadas y almacenados en museos, así como de la complejidad de su análisis debido a las prácticas de conservación, especialmente por el uso histórico de colas orgánicas derivadas del colágeno animal, subrayando la necesidad de aplicar protocolos de limpieza y cribado más rigurosos.

Combinando ZooMS de más de 150 muestras con análisis isotópico y radiocarbono, se identificaron taxonómicamente las herramientas de hueso de ballena más antiguas conocidas de yacimientos del Paleolítico Superior de Iberia. Este estudio reveló una diversidad de especies de ballenas en el Golfo de Vizcaya entre 20.000-14.000 cal BP, con un predominio de cachalotes y rorcuales comunes (especies oceánicas), que sugiriendo que las poblaciones Magdaleniense probablemente adquirieron oportunistamente los restos de ballenas.

Por otro lado, el estudio de las poblaciones Sambaquis precoloniales de la Bahía de Babitonga (Brasil), sugiere firmemente la caza activa, con un predominio de la ballena franca austral y la ballena jorobada (especies costeras) identificadas en más de 150 restos óseos y artefactos. Mediante el análisis tipológico comparativo de artefactos, se identificaron barras de arpón hechos de hueso de ballena y datados de hace 5.000 años, lo que apoya aún más el argumento de que estos grupos se encuentran entre los balleneros más antiguos conocidos en las Américas.

Ambos estudios muestran la relevancia de datos arqueológicos para la conservación y gestión costera actuales con la identificación de especies anteriormente desconocidas en estas regiones y períodos: ballenas grises en los yacimientos Magdaleniense de la Iberia, y ballenas jorobadas en los yacimientos precoloniales brasileños. Al poner en valor las colecciones de museo e integrar técnicas moleculares innovadoras, la tesis contribuye a la reconstrucción de líneas de base ecológicas a largo plazo, replantea los relatos dominantes sobre la caza de ballenas prehistórica y subraya la investigación arqueológica, en particular su creciente arsenal molecular, para hacer frente a los retos contemporáneos.

This PhD thesis investigates the deep, evolving relationship between humans and whales through archaeological evidence from the north and south Atlantic Ocean. It focuses on two contrasting prehistoric societies to explore how past coastal populations valued large whales and how these interactions are reflected in the archaeological record: Magdalenian hunter-gatherers of the Iberian Peninsula, and pre-colonial Sambaqui populations of coastal Brazil. A central aim in this thesis is to distinguish between opportunistic whale use (stranded animals, drifted carcasses, beached materials) and systematic whaling (active hunting) among these groups, a distinction that carries profound implications for understanding past economies and social organization.

Large whales have historically been valued as sources of meat, skin, blubber, oil, and bone, and may have been procured for a variety of purposes, including food, fuel, social status, prestige, ceremonial or architectural use, and bone tool manufacturing, often in overlapping ways. These multiple uses are difficult to disentangle archaeologically, resulting in complex and sometimes ambiguous material records. While whale bone remains offer valuable insights into patterns of whale use and the diverse roles whales played in past human societies, difficulties in species identification have hindered our ability to reconstruct species diversity accurately, and thus prevented a more detailed understanding of prehistoric whaling economies.

This thesis argues that only through accurate species identification in the archaeological record can we begin to offer more informed answers, and proposes a method to address the question of prehistoric whaling through taxonomic identification of bone remains and artefacts using Zooarchaeology by Mass Spectrometry (ZooMS) to characterize the ecology of whale use in the two distinct archaeological contexts. This thesis also aims to highlight the untapped potential of long-ago excavated materials and specimens stored for decades in museum archives, while addressing the complexity of their analysis due to modern curation practices, particularly the widespread historical practice of conserving organic artefacts using animal-based collagen glues, highlighting the need for improved screening and cleaning protocols when analyzing curated materials.

Combining ZooMS of over 150 samples with isotopic analysis and radiocarbon dating, the oldest known worked whale bone tools were taxonomically identified from Upper Palaeolithic sites in the Iberian Peninsula. This case study revealed a diversity of whale species in the Bay of Biscay between 20000-14000 cal BP, with a predominance of sperm whale and fin whale (deep-water, fast-moving species), suggesting Magdalenian populations likely acquired whale remains opportunistically, in the form of stranded or drifted animals.

On the other hand, the case study focused on prehistoric Sambaqui populations from Babitonga Bay (southern Brazil), provided strong evidence for active hunting, with a predominance of southern right whale and humpback whale (species which are near-shore and slow moving) identified in over 150 bone remains and artefacts. Additionally, using comparative artefact typological analysis, harpoon foreshafts made of whale bone and dated to 5,000 years ago were identified within the studied collections, further supporting the argument that these groups are among the earliest known whalers in the Americas.

Both case studies show the relevance of archaeological data to modern conservation and coastal management with the identification of species previously not known to have been present in these regions during their respective time periods – with gray whales identified in the Iberian Upper Palaeolithic sites, and humpback whales in the prehistoric Brazilian sites. By highlighting the potential of museum collections and integrating innovative molecular techniques, this thesis contributes to the reconstruction of long-term ecological baselines. It reframes prevailing narratives around prehistoric whaling and emphasizes the critical role of archaeological research, particularly its expanding molecular toolkit, in addressing contemporary challenges in marine conservation.