La microbiota fecal desvela que miners dels Alps fa 2.700 anys tenien una dieta variada

Estudi multidisciplinari de femtes prehistòriques

Ara fa vora un any un grup d’investigadors del Tirol italià i d’Àustria van publicar un estudi (Maixner et al., 2021) molt complet de mostres de femtes prehistòriques —paleofemtes— de les mines de sal de Hallstatt, prop dels Alps austríacs, per tal de conèixer la dieta i nutrició, i també la microbiota intestinal, d’aquests miners (Figura 1). La difusió de l’estudi que van fer les xarxes de divulgació científica, com el New Scientist (Wong, 2021) o Cell Press (2021), cridava l’atenció, ja que afirmaven que aquests miners menjaven formatge blau i bevien cervesa.

Figura 1. Esquema de l’estudi realitzat amb paleofemtes de les mines de Hallstatt - Imatge: Maixner et al. (2021).

Vaig trobar aquest estudi molt interessant perquè toca diverses àrees que fa temps que m’interessen: a) la història i evolució de les diferents poblacions humanes; b) la microbiota intestinal, i c) els aliments fermentats i els diversos microorganismes implicats.

L’estudi multidisciplinari inclou anàlisis detallades de microscòpia, metagenòmica i proteòmica d’aquestes mostres. En concret les mostres de paleofemtes d’1-2 cm (Figura 2) són de 1300-1100 aC —edat del bronze—, de 600-500 aC —edat del ferro—, i de 1720-1780 dC, o sigui del segle XVIII. Les datacions foren fetes amb radiocarboni ¹⁴C.

Figura 2. Imatge d’una paleofemta humana del 600 aC de les mines de sal de Hallstatt on es veuen grans de fesols, mill i ordi - Imatge: Cell Press (2021) / Anwora/NHMW.

Perquè les mines de sal de Hallstatt ?

Hallstatt és un bonic petit poble a les vores d’un llac alpí a l’Alta Àustria, a uns 80 km de Salzburg, a la regió de Salzkammergut (Figura 3). Com veiem, els topònims fan referència a la sal, per la importància històrica d’aquesta en l’economia de la regió. El poble és conegut sobretot per l’anomenada "cultura de Hallstatt", el període final de l’edat del bronze (1200-800 aC) i inicial de l’edat del ferro (800-500 aC), que es desenvolupà sobretot al centre d’Europa, a les conques altes del Rin i el Danubi.

La cultura de Hallstatt es caracteritza per l’ús avançat del treball amb metalls, ferro sobretot, i l’agricultura. Eren pobles indoeuropeus, societats tribals avançades, precursors dels celtes, i amb molt de comerç amb els pobles mediterranis. A Hallstatt hi ha les mines de sal, explotades des del 1400 aC, i a prop hi ha nombrosos enterraments d’aquesta cultura, amb molts objectes d’ús quotidià i ornamentals. L’àrea de Hallstatt-Dachstein fou declarada patrimoni cultural per la UNESCO l’any 1997.

Figura 3. El poble de Hallstatt, a l’Alta Àustria - Imatge: viajandonuestravida.com

Les mines subterrànies de sal de Hallstatt (Figura 4), que es poden visitar, són de les més antigues conegudes, amb un registre continu d’explotació, i ofereixen unes condicions ideals de preservació. L’elevada concentració de sal i la temperatura constant de 8ºC a l’interior de les galeries aïllades preserven molt bé els materials orgànics relacionats amb els humans.

Des del segle XIX els arqueòlegs han estat treballant en més de 2.000 tombes protohistòriques entorn del poble de Hallstatt, i a les mines han excavat capes denses de diversos metres de residus, descobrint-hi milers d’eines de fusta i elements de construcció, instruments fets amb pell, centenars de fragments tèxtils de llana, herba, cordes i excrements humans, com els de les mostres d’aquest estudi.

Figura 4. Simulació del treball a les mines de sal de Hallstatt - Imatge:https://www.salzwelten.at/en/hallstatt.

La microbiota fecal dels miners

Per estudiar la microbiota fecal, les mostres de paleofemtes foren tractades per Maixner i els seus col·laboradors per extreure’n el DNA i generar-ne biblioteques gèniques per seqüenciació múltiplex amb una plataforma Illumina. Els quasi 300 milions de lectures obtingudes de seqüències de DNA foren analitzades i comparades amb les bases de dades de l’NCBI per tal de conèixer la taxonomia de les espècies microbianes i d’altres.

Considerant l’edat de les mostres, el DNA danyat fou excepcionalment baix. Aquesta preservació tan bona probablement és deguda a la ràpida dessecació de les mostres a les mines de sal, que redueix molt el dany hidrolític de les biomolècules. La majoria del DNA identificat corresponia a bacteris, d’un 79 a 94%, essent Firmicutes i Bacteroidetes els fílums més abundants.

De les 15 espècies més abundants identificades a les mostres (Figura 5), n’hi ha 13 que són sovint associades a la microbiota intestinal humana. Una de les dues "alienes" és Halococcus morrhuae, un arqueu halòfil, que normalment viu en altes concentracions de sal, i que probablement s’incorporà a partir dels cristalls de sal que envoltaven la mostra. L’altra no usual als humans sans és Clostridium perfringens, conegut patogen alimentari que causa fortes diarrees. Però com que aquest fet no s’ha detectat a les mostres, és probable que fos un contaminant, segons els autors. Com veiem a la mateixa Figura 5, les espècies identificades foren comparades quant a la seva prevalença amb mostres actuals de poblacions no occidentalitzades i occidentalitzades, entenent per no occidentalitzades les d’estil de vida no urbanitzat, dieta amb menjar poc processat i molta fruita i verdura, higiene senzilla, i accés limitat a l’assistència sanitària i els productes farmacèutics.

Figura 5. Les 15 espècies més abundants identificades a les mostres de paleofemtes a partir de l’anàlisi metagenòmica del DNA, i comparació de la seva prevalença amb mostres contemporànies de poblacions no occidentalitzades (blau, 725 mostres) i occidentalitzades (marró, 8.243 mostres). A la dreta en vermell els fílums i subfílums corresponents. Els triangles blaus són les espècies que són el doble de presents en poblacions no occidentalitzades - Imatge: gràfic adaptat de Maixner et al. (2021).

Entre les 13 espècies trobades com a més abundants, n’hi ha 8 Firmicutes (5 clostridials, 2 Erysipelotrichia i 1 lactobacil), 1 bacteroidal (Prevotella), 3 Actinobacteria incloent-hi 2 bifidobacteris) i 1 metanogen. Cal destacar que 5 d’aquestes més abundants són de les predominants a la microbiota de poblacions actuals no occidentalitzades, assenyalades amb triangle blau a la Figura 5. El cas més rellevant és Prevotella, el bacteroidal ben conegut en poblacions no occidentalitzades amb dietes més riques en carbohidrats i menys en proteïnes i greixos animals, que en les mostres de paleofemtes és al voltant del 7%. Prevotella copri en particular s’associa amb la digestió de carbohidrats complexos, components majoritaris d’una dieta vegetal rica en fibra i no processada. També és rellevant la presència de dos bifidobacteris i un lactobacil, bacteris sovint relacionats amb productes làctics i probiòtics.

No hi ha gaires diferències entre les microbiotes de les mostres de l’edat de ferro, les del segle XVIII i les de poblacions actuals no occidentalitzades. Això concorda amb el fet que la dieta majoritària en tots aquests casos és d’aliments no processats, sobretot cereals, i fruites i verdures fresques. En efecte, en l’anàlisi microscòpica de les paleofemtes s’observen restes d’ordi, blat, mill, llegums i diversos fruits silvestres. La principal diferència en la mostra del segle XVIII és que el material vegetal és molt més fi, com si hagués estat més triturat. Això suggereix que els miners protohistòrics devien menjar els cereals i llegums en una espècie de puré mentre que els del segle XVIII ho devien fer en forma de pa o galetes.

En analitzar DNA animal, com era d’esperar, en el cas de l’humà, eren tots homes, mascles, els miners, és clar. Respecte a altres animals que serien part de la dieta, se n’ha trobat de boví i porcí, en totes les mostres.

I menjaven formatge blau i bevien cervesa?

Sembla que sí. Bé, de fet no ens hauria d’estranyar. Els humans coneixen i elaboren aliments fermentats des de fa alguns milers d’anys. Quant als formatges i llets fermentades, és molt probable que amb la revolució neolítica agrícola en diferents llocs fa més de 10.000 anys ja s’aprofités la llet de diversos animals domesticats i s’elaboressin aquests productes fermentats, més duradors que la llet i més digeribles que aquesta. Pel que fa a la cervesa, està ben registrat que els antics egipcis i mesopotamis ja n’elaboraven, en principi com a subproducte dels cereals, fa uns 6.000 anys.

El treball de Maixner amb les paleofemtes té el mèrit de demostrar aquest consum, a partir de la microbiota fecal, d’aquests miners de Hallstatt. En l’anàlisi metagenòmica del DNA present a les mostres van estudiar també els fongs, i van trobar sobretot en una de les mostres de l’edat del ferro (del 600 aC, fa 2.600 anys) una gran abundància (fins a un 20% del DNA eucariòtic) de Penicillium roqueforti i de Saccharomyces cerevisiae, així com proteïnes d’aquests fongs a l’estudi proteòmic. Els autors van confirmar que aquests fongs eren d’origen antic perquè els nivells de DNA danyat eren semblants als del DNA humà endogen de les mateixes mostres. Com que P. roqueforti s’utilitza per a la fermentació de formatges i S. cerevisiae és el llevat present a l’elaboració de cervesa i vi, es pot suposar que aquests identificats haurien estat implicats en el processament d’aquests aliments d’aquella època. Per confirmar-ho, els autors van recórrer a reconstruir els genomes i fer filogènia comparativa amb soques actuals de diferents procedències.

Amb això, van veure que aquests P. roqueforti de les paleofemtes de l’edat del ferro s’assemblen genèticament a les soques de formatges blaus, però no de les de rocafort en concret. Per tant, aquests miners devien elaborar formatges blaus, però no rocafort. Malgrat la semblança, les soques modernes presenten molts fragments de soques d’altres formatges, resultat de transferència genètica horitzontal (TGH), relacionada amb la selecció i encreuaments a què han estat sotmesos, mentre que les de l’edat de ferro no presenten signes de TGH.

El suggeriment que aquests miners consumien formatges blaus té una bona base si tenim en compte que avui dia s’elaboren amb una aplicació de sal a la superfície, fins a un 7%, la qual cosa era ben factible al voltant de mines de sal. El quallat i elaboració del formatge devien ser fets en recipients de fusta com els trobats a les mateixes mines. Aquests formatges blaus, a banda d’aportar nous aromes i textures, tenen els avantatges —com la majoria de formatges i llets fermentades— d’una caducitat molt llarga i un baix contingut en lactosa, la qual cosa afavoreix la digestió, sobretot en pobles amb baixa tolerància, com devia ser el cas en aquella època.

En el cas de les S. cerevisiae, les de l’edat del ferro foren comparades amb 157 soques actuals de pa, cerveses, vins, sake, bioalcohols, de laboratori i silvestres. En una primera anàlisi es constatà que les de les paleofemtes s’assemblaven més a les de vi i cervesa, i eren ben diferents de les silvestres. Per tant, eren soques ja domesticades en l’elaboració de begudes alcohòliques. En una PCA (Figura 6) es va veure més similitud amb S. cerevisiae de cerveses actuals, en concret d’un grup de llevats cervesers (beer 2), més propers als del vi. Les anàlisis d’alguns gens marcadors i la proteòmica també van confirmar que les soques antigues estaven relacionades amb la fermentació alcohòlica, sigui de cerveses o de vins.

Figura 6. Anàlisi de components principals (PCA) dels genomes de soques de Saccharomyces cerevisiae de diferents procedències. 2604 és el genoma de S. cerevisiae de les paleofemtes de l’edat del ferro - Imatge: Maixner et al. (2021).

La proposta que fossin S. cerevisiae de cerveses també lliga amb les anàlisis de la dieta, amb abundància de cereals, com en altres cultures i civilitzacions protohistòriques, com els sumeris i egipcis més o menys des del 3000 aC, força abans que aquestes mostres de les mines de sal.

Bé, tot plegat, aquest és un treball molt interessant que per un costat confirma que els humans elaboren aliments fermentats des de fa alguns milers d’anys, i per altre costat, demostra l’efectivitat dels mètodes moleculars més innovadors per identificar microorganismes de la microbiota, en aquest cas per la bona conservació de les mostres gràcies a la sal. Com sabeu, el protagonisme de la sal al llarg de la història li ha conferit un caràcter quasi sagrat i certament carregat de simbolisme.

Bibliografia

Cell Press (2021) “Ancient feces shows people in present-day Austria drank beer and ate blue cheese up to 2,700 years ago”. Science Daily, 13 October.

Maixner F, Sarhan MS, Huang KD, .... 15 ....., Zink KD, Reschreiter H, Kowarik K (2021) “Hallstatt miners consumed blue cheese and beer during the Iron Age and retained a non-Westernized gut microbiome until the Baroque period”. Current Biology 31, 1-14. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.09.031

Wong C (2021) “Ancient faeces show iron age miners ate blue cheese and drank Beer”. New Scientist, 13 October.

Article adaptat de l’original publicat l’1 de novembre de 2021 al blog "Bios i altres" d’Albert Bordons