Taxonomic, taphonomical and geochemical study of the late pleistocene faunal bone assemblages from Melitzia Cave Mani peninsula, Greece

Abstract

The present thesis focuses on reconstructing the ecological dynamics of the Upper Pleistocene in Greece. The study concentrates on analysing macrofaunal remains from Melitzia Cave in Mani Peninsula. Greece's geographical significance as a potential crossroads between Africa and Eurasia, coupled with favourable climatic conditions during glacial periods, contributed to its habitation by hominins. The research aims to dissect the ecological context of the time by examining the macrofaunal assemblage from Melitzia Cave, utilizing diverse techniques. The sediment deposits within the cave, organized into seven stratigraphic units, span a timespan from 45,500±947.5 BP to 10,915±235 BP. This chronological sequence offers a valuable opportunity to explore shifts in environmental conditions and the intricate interactions between humans and the surrounding ecosystem.While the Palaeolithic period in Greece remains relatively understudied compared to later historical phases, the rich archaeological record of the Mani Peninsula, characterised by numerous cave sites and hominid presence, makes it an ideal research location. Melitzia Cave, situated on Oitylo Bay, provides evidence of hominin occupation during specific time intervals. This research aims to thoroughly categorise, analyse taphonomy, and reconstruct paleoenvironments. The research methodology employs systematic palaeontology for species identification and taphonomical analysis to understand bone modifications and accumulation processes. Additionally, stable isotope analysis of tooth enamel is employed to infer dietary habits and mobility patterns. By integrating these methodologies, we seek to paint a comprehensive picture of the ecological context, the human-environment interactions, and the preservation conditions that prevailed during the Upper Pleistocene in Greece. The identified dominant species, including red deer (Cervus elaphus), fallow deer (Dama dama), alpine ibex (Capra ibex), and partridge (Alectoris graeca), suggest adaptability to temperate and rocky habitats. The presence of larger carnivore species in the lowermost units (I, II, and III), along with the absence of human traces and the reverse trend in the uppermost units, potentially reflects the intricate interplay between humans and carnivores, both sharing the same ecological niche. Evidence of human presence is evident across the uppermost units of Melitzia Cave through recovered lithic artifacts. The cave was utilized for various activities, exhibiting varying intensities over time. Units VIa and VIb showcase a denser concentration of lithics, and faunal remains compared to lower units. The assemblage predominantly consists of artiodactyls, typical of butchery sites. Although not monospecific, all artiodactyls are present in varying concentrations among units. This diversity aligns with kill-butchering sites observed during the Middle Palaeolithic in Europe. The avifauna is well-represented, reflecting a trend towards hunting smaller, swifter game during the Upper Palaeolithic. Skeletal remains in the cave exhibit signs of human-induced bone modifications, with minimal evidence of carnivore damage. The data suggests that human predation played a primal role in shaping the assemblage, primarily involving meat and marrow extraction. However, due to the scarcity of skeletal remains in some units, identifying the responsible agent (human or non-human predator) poses challenges. Human-induced bone modifications become more conspicuous in Unit V, characterised by abundant percussion marks. Unit VI showcases extensive human contribution through remains dominated by ungulates, displaying butchery marks, burning traces, and percussion marks. Larger artiodactyls, mainly C. elaphus, dominate this unit. The presence of skeletal elements with low food utility suggests a hunting stand or primary butchery location, with high-utility parts possibly transported elsewhere.The reconstruction of palaeoenvironmental and palaeoclimatic conditions around the cave during the Last Glacial Maximum, using stable isotope analysis on teeth of the three most abundant ruminant taxa, confirms the presence of a refugium. The study indicates prevailing arid conditions and open canopy vegetation, mirroring modern conditions. Seasonal shifts in δ18O values point to fluctuations in humidity and aridity, with stable climate seasonality observed throughout the Melitzia Cave sedimentary sequence. Slightly increased aridity is noted during the Younger Dryas. The strontium isotope ratios of enamel in three ruminant taxa suggest a local origin, with potential movement between similar areas. The higher strontium ratios of Taygetos mountain in the northeast indicate limited migration southeast. Geochemical analysis of bones from the cave indicates modifications in apatite structure. Discrepancies in mineral composition and crystallinity index (CI) are observed across units, with lower units showing higher CI values. FTIR spectra reveal variations in characteristic bands, including a band at 1087 cm-1 linked to fluoride ions and diagenesis. Bands at 1020 cm-1 and 1030 cm-1 correspond to nonstoichiometric and stoichiometric apatite, respectively, with the latter dominating in older samples. Lower units' samples display higher diagenetic modification, supported by CI values and FTIR characteristics. In summary, the multidisciplinary investigation of the macrofaunal remains in Melitzia Cave not only enhances our understanding of past ecosystems but also illuminates the intricate interaction between humans and their environment during the Upper Pleistocene. Consistent habitation patterns in this region imply that the relatively stable local environment supported prolonged human presence. This study underscores the importance of the Mani Peninsula and its caves as fertile grounds for exploring the complexities of prehistoric human existence and their ecological contexts as well.

Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην σύνθεση των οικολογικών δυναμικών κατά το Άνω Πλειστόκαινο περιόδου στην Ελλάδα. Η μελέτη επικεντρώνεται στην ανάλυση των ζωικών καταλοίπων από το Σπήλαιο Μελιτζιά στη Χερσόνησο της Μάνης. Η γεωγραφική σημασία της Ελλάδας ως πιθανή δίοδος μεταξύ Αφρικής και Ευρασίας, σε συνδυασμό με ευνοϊκές κλιματικές συνθήκες κατά τις παγετώδεις περιόδους, συνέβαλαν στην εκτεταμένη κατοίκησή της. Η έρευνα αποσκοπεί στην ανάλυση του οικολογικού πλαισίου της εποχής, διερευνώντας τις συναθροίσεις των σπονδυλωτών από το Σπήλαιο Μελιτζιά, χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές. Από τη στρωματογραφία του σπηλαίου, προκύπτουν εφτά στρωματογραφικές ενότητες που καλύπτουν ένα χρονικό διάστημα από 45,500±947.5 BP έως 10,915±235 BP. Η στρωματογραφική ακολουθία παρέχει μια πολύτιμη ευκαιρία για να εξερευνήσουμε τις αλλαγές στις περιβαλλοντικές συνθήκες και τις περίπλοκες αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στους ανθρώπους και το περιβάλλον τους. Ενώ η Παλαιολιθική περίοδος στην Ελλάδα παραμένει σχετικά ανεξερεύνητη σε σύγκριση με τις ακόλουθες ιστορικές φάσεις, το πλούσιο αρχαιολογικό υλικό της Χερσονήσου της Μανής, που προέρχεται από πολλά σπήλαια αλλά και της ανθρώπινης παρουσίας, το καθιστούν ιδανική τοποθεσία έρευνας. Το Σπήλαιο Μελιτζιά, που βρίσκεται στον Όρμο Οίτυλο, χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενδείξεων ανθρώπινης κατοίκησης κατά συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Η μεθοδολογία της έρευνας περιλαμβάνει τη συστηματική παλαιοντολογία για τον προσδιορισμό των ειδών και την ταφονομική ανάλυση για τον προσδιορισμό των τροποποιήσεων των οστών και των διαδικασιών κατά τις οποίες δημιουργήθηκε η απολιθωματοφόρος θέση. Επιπλέον, η ανάλυση των σταθερών ισοτόπων της αδαμαντίνης των δοντιών χρησιμοποιείται για να εξάγει συμπεράσματα για τα διατροφικά μεταναστευτικά πρότυπα. Με την ολοκλήρωση των μεθοδολογιών αυτών, αναζητούμε να σχηματίσουμε μια συνολική εικόνα του οικολογικού πλαισίου, των αλληλεπιδράσεων ανθρώπου-περιβάλλοντος και των συνθηκών διατήρησης κατά την Άνω Πλειστοκαίνικη περίοδο στην Ελλάδα.Το είδος που κυριαρχεί είναι το κόκκινο ελάφι (Cervus elaphus), και ακολουθούν το πλατώνι (Dama dama), ο αλπικός αίγαγρος (Capra ibex) και η πέρδικα (Alectoris graeca), τα οποία υποδεικνύουν εύκρατο κλίμα και πετρώδη οικοσυστήματα. Η παρουσία μεγάλων σαρκοφάγων στα κατώτερα στρώματα (I, II και III), καθώς και η απουσία ενδείξεων ανθρώπινης κατοίκισης σε αυτά, αντίθετα με την τάση που επικρατεί στα ανώτερα στρώματα, πιθανώς υποδεικνύει την περίπλοκη αλληλεπίδραση και συνύπαρξη ανάμεσα στους ανθρώπους και τα μεγάλα σαρκοφάγα ζώα που καλύπτουν τον ίδιο οικολογικό θώκο. Το σπήλαιο χρησιμοποιήθηκε για διάφορες δραστηριότητες, με μεταβαλλόμενη ένταση κατά τη διάρκεια του χρόνου. Τα στρώματα VIa και VIb παρουσιάζουν μεγαλύτερη συγκέντρωση λίθινων τέχνεργων και ζωικών καταλοίπων σε σύγκριση με τα υποκείμενα στρώματα, μαρτυρώντας την ένταση της παρουσίας τους στα στρώματα αυτά. Η συνάθροιση, παρόλο που δεν είναι «μονοειδική», αποτελείται κυρίως από αρτιοδάκτυλα σε διαφορετικά ποσοστά όπως είναι σύνηθες σε «θέσεις θανάτωσης» της Μέσης Παλαιολιθικής περιόδου στην Ευρώπη. Η έντονη παρουσία των πτηνών στην συνάθροιση αντικατοπτρίζει μια τάση προς το κυνήγι μικρότερων ζώων κατά την Ανώτερη Παλαιολιθική. Τα σκελετικά κατάλοιπα στο σπήλαιο δείχνουν σημάδια ανθρωπογενών τροποποιήσεων των οστών, όπως ίχνη κοπής. Τα δεδομένα υποδεικνύουν ότι η ανθρώπινη κυνηγητική δραστηριότητα αποτέλεσε τον κύριο παράγοντα που διαμόρφωσε τη συνάθροιση, καθώς και ενδείξεις κατεργασίας των οστών με στόχο την κατανάλωση κρέατος αλλά και μυελού των οστών. Ωστόσο, λόγω της έλλειψης σκελετικών καταλοίπων σε ορισμένες στρωματογραφικές ενότητες, ο προσδιορισμός του θηρευτή (ανθρώπινος ή μη) καθίσταται αδύνατος. Οι ανθρωπογενείς τροποποιήσεις των οστών γίνονται πιο εμφανείς στο στρώμα V και συνεχίζεται στα υπερκείμενα στρώματα. Η ενότητα VI επιδεικνύει εκτεταμένη ανθρώπινη επίδραση και η οποία μαρτυρείται μέσω καταλοίπων που κυριαρχούνται από θηλαστικά, με ίχνη κατεργασίας, σημάδια καύσης και κοπής. Η παρουσία οστικών στοιχείων με χαμηλή διατροφική αξία υποδηλώνει μια θέση κυνηγιού ή μια πρωταρχική θέση θανάτωσης-κατεργασίας, με τα μέρη υψηλής χρησιμότητας πιθανόν να μεταφέρονται αλλού. Η ανασύνθεση των παλαιοπεριβαλλοντικών και παλαιοκλιματικών συνθηκών γύρω από το σπήλαιο κατά τη διάρκεια της Τελευταίας Παγετωνικής περιόδου, χρησιμοποιώντας ανάλυση σταθερών ισοτόπων οξυγόνου και άνθρακα σε δόντια των τριών πιο συχνών αρτιοδάκτυλων της θέσης, επιβεβαιώνει την παρουσία ενός “καταφυγίου”. Η μελέτη υποδεικνύει επικρατούσες συνθήκες αυξημένης ξηρασίας και αραιή βλάστησης, όμοιες με τις σύγχρονες. Οι εποχικές αλλαγές στις τιμές δ18O υποδεικνύουν διακυμάνσεις στην υγρασία και την ξηρασία, με τη σταθερή εποχικότητα του κλίματος να παρατηρείται κατά τη διάρκεια σχηματισμού των στρωματογραφικών στρωμάτων του σπηλαίου. Σημειώνεται μια ελαφρά αυξημένη ξηρασία κατά τη διάρκεια της Ανώτερης Δρυάδας. Οι λόγοι των ισοτόπων του στροντίου στην αδαμαντίνη των αρτιοδάκτυλων υποδεικνύουν τοπική προέλευση, με δυνητική κίνηση μεταξύ περιοχών με παρόμοιο 87Sr/86Sr. Οι υψηλότεροι λόγοι στροντίου εμφανίζονται στο βουνό Ταΰγετος στο βορειοανατολικό κομμάτι της χερσονήσου και υποδεικνύουν περιορισμένη μετακίνηση προς την νοτιοανατολική κατεύθυνση. Η γεωχημική ανάλυση των οστών από το σπήλαιο υποδεικνύει τροποποιήσεις στη δομή του απατίτη. Διαφορές στην ορυκτή σύνθεση και στον δείκτη κρυσταλλικότητας (CI) παρατηρούνται ανάμεσα στα στρώματα, με τα χαμηλότερα να παρουσιάζουν υψηλότερες τιμές CI. Τα φασματογράμματα αποκαλύπτουν διακυμάνσεις στις χαρακτηριστικές κορυφές, συμπεριλαμβανομένου της κορυφής στα 1087 cm-1 που σχετίζεται με την ενσωμάτωση φθορίου κατά τη διαγένεση. Οι κορυφές στα 1020 cm-1 και 1030 cm-1 αντιστοιχούν σε μη-στοιχιομετρικό και στοιχιομετρικό απατίτη, αντίστοιχα, με την τελευταία να κυριαρχεί στα δείγματα από τα κατώτερα στρώματα. Ο δείκτης κρυστάλλωσης, καθώς και οι μεταβολές που παρατηρούνται στη μορφή των φασμάτων υποδεικνύουν ότι τα δείγματα αυτά έχουν υποστεί υψηλότερη διαγενετική τροποποίηση. Συνολικά, η πολυδιάστατη έρευνα των ζωικών καταλοίπων στο Σπήλαιο Μελιτζιά όχι μόνο βελτιώνει την κατανόηση των οικοσυστημάτων του Ανώτερου Πλειστοκαίνου, αλλά φωτίζει επίσης την περίπλοκη αλληλεπίδραση ανάμεσα στους ανθρώπους και το περιβάλλον τους κατά την περίοδο αυτή. Η συνεχής κατοίκηση που έχει αναφερθεί στην περιοχή αυτή υποδηλώνει το σχετικά σταθερό κλίμα που καθιστά την περιοχή ευνοϊκή. Αυτή η μελέτη υπογραμμίζει τη σημασία της Χερσονήσου της Μάνης και των σπηλαίων της ως εύφορο έδαφος για την εξερεύνηση του παλαιοπεριβάλλοντος και της οικολογίας κατά την ταραγμένη περίοδο του Άνω Πλειστοκαίνου.