Human teeth characteristics and its development during Holocene time until Current Era in the Lowland part of Papua Indonesia

Abstract

The human teeth characteristics in this study carried out two different themes, namely human demography and behavior from the late Holocene to the Current Era. The human teeth were unearthed in the seven archaeological sites in the lowlands of Papua Indonesia was analyses to answer the questions about human ancestry, kinship group relationship, and their diet behavior in the past. The molecular analysis was performed with two different methods: ancient DNA and stable isotope analysis, to answer the study questions. In addition, the morphological metric dental study and wear pathology identification was conducted to provide another perspective on human ancestry and diet behavior. The results present evidence of human genetic impact from Asia in the lowlands of Papua, using two different pathways, from Taiwan through the Philippines to the coastland part of Papua and from Peninsular Southeast Asia by the use of Sundaland as a route to eastern Indonesia until Oceania. At the same time, intermarriage happened between population lineage: Papuan and Asian, derived from the mtDNA and Y-haplogroups results in this study. The diet behavior identification resulted from the evidence of the humans living in the late Holocene time, their diet subsistence by gathering the marine sources and foraging the terrestrial foods. The impact of these diet activities is displayed by the morphological analysis of their teeth, presenting a high wear rate due to food consumption. Because of the tropical climate, high temperatures, high humidity, and other preservation factors, not all samples processed in this study could go through all intended molecular analyses. Hence, it is hoped that future scientific discoveries will reveal further details or harden the theories derived from this study. This dissertation is organized as follows: Chapter 1 gives an introduction about Modern Human history, including the theory about human dispersal originating from Africa into all parts of the world, including to the area of Papua or New Guinea, which was developed in several decades. Chapter 2 provides a literature review with a broad overview of human history based on linguistic studies, archaeology, physical anthropology, and genetic studies done in New Guinea island. The brief review of human history from these study sources helps explore human migrations, contact, diet behavior, and other human cultural practice in this area. Thus, these studies were performed to understand human history and behavior in the lowland area of Papua-Indonesia. Chapter 3 presents the methods and materials employed in this dissertation. The metric teeth traits are described in this section, and the statistical methods used to divine the frequency of trait variation. The ancient DNA analysis contains several steps, including sampling, DNA extraction, library preparation, and genomic data processing, to compare the DNA of the individuals in this study for ancestry identification. Finally, the stable isotope study is performed to determine the past human diet intake and identify teeth wear and pathology impacted by human diet behavior and diseases experienced by the lowland Papuan. Chapter 4 provides the statistical analyses of metric dental traits, aDNA result, the stable isotopes of nitrogen, carbon, and oxygen, and the results from wear and teeth pathology analysis. Chapter 5 presents the discussion of the statistical metric analysis and aDNA results, compares them to the hypothesis, and describes the resulting interpretation and implications. The discussion of stable isotope results and their correlations to the ecofact distributions provide human diet patterns and movement behavior in the past. The discussion about wear, including macro and microwear and teeth pathology, is discussed in this chapter and connected with the stable isotope results. Chapter 6 provides a conclusion and the potential future directions of research to understand the history and behavior of the lowland inhabitants of Papua in terms of metric traits, ancient DNA results, diet behavior, teeth wear, and teeth pathology. The literature, appendices, and glossary are provided at the end of this dissertation.

Die menschlichen Zahnmerkmale aus dem Tiefland von Papua-Indonesien beleuchteten zwei verschiedene Themen, nämlich die Geschichte der Demographie und des menschlichen Verhaltens vom späten Holozän bis zur heutigen Zeit. Die menschlichen Zähne in dieser Studie wurden in sieben archäologischen Stätten im Tiefland von Papua-Indonesien ausgegraben, um die Fragen über die menschliche Abstammung, ihre Verwandtschaftsgruppenbeziehungen und ihr Ernährungsverhalten in der Vergangenheit zu beantworten. Die molekulare Studie wurde mit zwei verschiedenen Methoden durchgeführt: alte DNA und stabile Isotopenanalyse, um die Studienfragen zu beantworten. Darüber hinaus wurden die morphologisch-metrische Zahnstudie und die Bestimmung der Abnutzungspathologie durchgeführt, um Evidenz aus einer anderen Perspektive über die menschliche Abstammung und das Ernährungsverhalten zu liefern. Die Ergebnisse dieser Studie präsentieren Hinweise auf einen genetischen Einfluss des Menschen aus Asien in das Tiefland von Papua, wobei zwei verschiedene Wege benutzt wurden: von Taiwan über die Philippinen in den Küstenlandteil von Papua und von der südostasiatischen Halbinsel durch die Nutzung von Sundaland als Route nach Ostindonesien bis nach Ozeanien, einschließlich des Tieflandteils von Papua. Zur gleichen Zeit kam es zu Mischehen zwischen der Papua- und der asiatischen Bevölkerungslinie, die sich aus den Ergebnissen der mtDNA und Y-Haplogruppen in dieser Studie ableiten lassen. Die Identifizierung des Ernährungsverhaltens ergab sich aus den Spuren der Menschen, die im späten Holozän im Tiefland lebten und ihre Ernährung durch das Sammeln von marinen Quellen und die Nahrungssuche auf dem Land sicherstellten. Die Auswirkung dieser Ernährungsaktivitäten wird durch die morphologische Analyse ihrer Zähne gezeigt, die eine hohe Abnutzungsrate aufgrund der Nahrungsaufnahme aufweisen. Aufgrund des tropischen Klimas, der hohen Temperaturen, der hohen Luftfeuchtigkeit und anderer Konservierungsfaktoren konnten nicht alle in dieser Studie bearbeiteten Proben alle vorgesehenen molekularen Analysen durchlaufen. Es bleibt daher zu hoffen, dass zukünftige wissenschaftliche Entdeckungen weitere Details aufdecken oder die aus dieser Studie abgeleiteten Theorien erhärten. Diese Dissertation ist wie folgt gegliedert: Kapitel 1 gibt eine Einführung in die Geschichte des modernen Menschen, einschließlich der Theorie über die Ausbreitung des Menschen von Afrika aus in alle Teile der Welt, auch in das Gebiet von Papua oder Neuguinea, die in mehreren Jahrzehnten entwickelt wurde. Kapitel 2 bietet eine Literaturübersicht mit einem breiten Überblick über die menschliche Geschichte, basierend auf linguistischen Studien, Archäologie, physischer Anthropologie und genetischen Studien, die auf der Insel Neuguinea durchgeführt wurden. Der kurze Überblick über die menschliche Geschichte aus diesen Studienquellen hilft dabei, menschliche Migrationen, Kontakte, Ernährungsverhalten und andere menschliche kulturelle Handlungen in diesem Gebiet zu untersuchen. So wurden diese Studien durchgeführt, um die menschliche Geschichte und das Verhalten im Tieflandgebiet von Papua-Indonesien zu verstehen. Kapitel 3 stellt die Methoden und Materialien vor, die in dieser Dissertation verwendet wurden. In diesem Abschnitt werden die metrischen Zahnmerkmale beschrieben und die statistischen Methoden, die verwendet wurden, um die Häufigkeit der Merkmalsvariation zu ermitteln. Die Analyse alter DNA beinhaltet mehrere Schritte, einschließlich der Probennahme, der DNA-Extraktion, der Aufbereitung und der Verarbeitung der genomischen Daten, um die DNA der Individuen in dieser Studie zur Identifizierung der Abstammung zu vergleichen. Schließlich wird die Studie der stabilen Isotope durchgeführt, um die frühere menschliche Nahrungsaufnahme zu bestimmen und die Abnutzung der Zähne und die Pathologie zu identifizieren, die durch das menschliche Ernährungsverhalten und Krankheiten der Menschen im Tiefland von Papua beeinflusst wurden. Kapitel 4 liefert die statistischen Analysen der metrischen Zahnmerkmale, der stabilen Isotopen von Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff und die Ergebnisse der Abnutzungs- und Zahnpathologie-Analyse. Kapitel 5 präsentiert die Diskussion der statistischen Ergebnisse der metrischen Analyse, vergleicht sie mit der Hypothese und beschreibt die daraus resultierende Interpretation und Implikationen. Die Diskussion der Ergebnisse der stabilen Isotope und ihre Korrelationen zu den Verteilungen der Ökofakten geben Aufschluss über menschliche Ernährungsmuster und Bewegungsverhalten in der Vergangenheit. Die Diskussion über Abnutzung, einschließlich Makro- und Mikroabnutzung und Zahnpathologie, wird in diesem Kapitel erörtert und mit der Analyse der stabilen Isotope verbunden. Kapitel 6 bietet eine Schlussfolgerung und die möglichen zukünftigen Forschungsrichtungen, um die Geschichte und das Verhalten der Tieflandbewohner Papuas in Bezug auf metrische Merkmale, DNA-Ergebnisse, Ernährungsverhalten, Zahnabnutzung und Zahnpathologie zu verstehen. Die Literatur, Anhänge und Begriffsdefinitionen befinden sich am Ende dieser Arbeit.