DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0351767
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42296110
تاريخ النشر: 2026-06-15
المؤلف: Paula Becerra Fuello وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الأنثروبولوجيا الجنائية والبيوآركيولوجيا
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة التجريبية جدوى نهج متعدد المؤشرات لتحديد مؤشرات الوضع الأفقي في رؤوس المحرقة من السياقات الأثرية والجنائية. تم إجراء حرقين تجريبيين باستخدام جماجم الخنازير لتقييم كيفية تأثير ظروف ما قبل الاحتراق، والموقع العمودي داخل المحرقة، وديناميات المحرقة على أنماط الاحتراق الجانبي. استخدمت الدراسة الملاحظات الماكروسكوبية، وتحليل التفتت، والقياسات اللونية، وطيفية الأشعة تحت الحمراء بتقنية الانعكاس الكلي المخفف (FTIR-ATR). تشير النتائج الأولية إلى وجود اختلافات كبيرة (p < 0.005) بين مناطق الاتصال المباشر (DCA) ومناطق الاتصال غير المباشر (ICA)، حيث أظهرت DCA لونًا أفتح واحتراقًا أكبر. ومن الجدير بالذكر أن الرأس الموضوع في أعلى المحرقة أظهر بلورية أعلى، بينما احتفظت الأسطح الداخلية بألوان أغمق بسبب تأثيرات حماية الأنسجة. تخلص الدراسة إلى أنه بينما تدعم الأدلة الأولية استخدام منهجيات متعددة المؤشرات لاستكشاف كيفية تأثير وضع الجسم على نتائج الاحتراق، فإن النتائج مقيدة بطبيعة البحث التجريبي. تشمل الملاحظات الرئيسية سلوك البقايا اللحمية مقابل الجافة تحت ظروف الحرق، حيث أظهرت الرؤوس اللحمية تفتتًا أكبر وتنوعًا في اللون. بالإضافة إلى ذلك، أثر الموقع العمودي في المحرقة وديناميات النار على وضوح التمايز بين DCA وICA. تعقد التغيرات الطبيعية التي أدخلتها حالة التحلل، والعوامل البيولوجية، وبنية المحرقة تفسيرات نتائج الحرق. وبالتالي، بينما كانت أنماط الاحتراق الجانبي قابلة للاكتشاف، ينبغي اعتبار هذه النتائج مؤشرات أولية على إمكانيات هذه المنهجية، مما يتطلب مزيدًا من التحقيق تحت ظروف مضبوطة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على أهمية فهم الوضع الأصلي للجثث في عمليات الحرق، وهو موضوع لم يحظَ باهتمام كبير في الدراسات الأثرية والجنائية. تقليديًا، كانت التحليلات تركز على متغيرات مثل وجود الأنسجة الرخوة، والكسور الناتجة عن الحرارة، وتكوينات المحرقة، وغالبًا ما يتم تجاهل آثار اتجاه الجسم وظروف ما قبل الاحتراق. لقد عززت التطورات الحديثة، وخاصة تطبيق طرق الأشعة تحت الحمراء بتقنية الانعكاس الكلي المخفف (FTIR-ATR) والطرق النظيرية، الفهم لكيفية تأثير هذه العوامل على عملية الاحتراق والتغيرات الناتجة في بنية العظام.
تهدف الدراسة إلى معالجة الفجوة في المنهجيات لتقييم أنماط الاحتراق الجانبي في العظام من خلال استخدام نهج متعدد المؤشرات يدمج الملاحظة الماكروسكوبية، واللونيمترية، وطيفية FTIR-ATR. تستكشف هذه الدراسة التجريبية تأثيرات عوامل مختلفة، بما في ذلك ظروف ما قبل الاحتراق وديناميات المحرقة، على اكتشاف أنماط الاحتراق المختلفة. لتحقيق ذلك، تم إجراء حرقين تجريبيين في جامعة غرناطة، وتم تحليل البقايا لاستكشاف التحولات الهيكلية والكيميائية في العظام. من المتوقع أن تسهم النتائج في تطوير منهجيات قوية للبحوث المستقبلية حول وضع الجسم في سياقات الحرق.
الطرق
في هذه الدراسة، تم بناء محرقتين تجريبيتين في الهواء الطلق في جامعة غرناطة للتحقيق في عملية حرق جماجم الخنازير. تم بناء المحرقتين في أكتوبر وديسمبر 2024، مع وضع جماجم الخنازير بشكل مختلف على كل محرقة—واحدة في الأعلى والأخرى في الأسفل. قام أكثر من عشرة مراقبين بمراقبة كل حدث حرق، موثقين التغيرات النوعية في عملية الاحتراق باستخدام نماذج موحدة (نموذج S1 ملف). تم استخدام مقياس حرارة واحد لقياس درجة الحرارة طوال التجارب. سهل العدد الكبير من المراقبين تسجيل التفاصيل الدقيقة للتغيرات الطفيفة في بنية المحرقة وحالة العينة.
قدم جميع المشاركين موافقة شفهية مستنيرة، ولم يتم جمع أي بيانات شخصية، مما يضمن عدم الكشف عن الهوية في تحليل الملاحظات. استخدمت التجارب رأسين لحمين من الخنازير وجمجمة خنزير جافة واحدة، تم اختيارها بناءً على توفرها كأحشاء تجارية، مما يلتزم بالمعايير الأخلاقية بعدم ذبح الحيوانات خصيصًا للبحث. تم جمع البيانات الملاحظات في أيام أحداث الحرق، وتحديدًا في 11 أكتوبر و13 ديسمبر 2024، مع تفاصيل النتائج النوعية في المعلومات التكميلية S1 ملف.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة التجريبية حول أنماط الاحتراق الجانبي أن عدة عوامل رئيسية أثرت بشكل كبير على نتائج التحليلات. تشمل هذه العوامل حالة المواد قبل الاحتراق (لحمية مقابل جافة)، والموقع العمودي للمواد داخل المحرقة (أعلى مقابل أسفل)، وديناميات المحرقة المختلفة مثل توزيع الوقود، والتوقيت، والانهيار الهيكلي، والظروف البيئية.
ستفصل الأقسام الفرعية التالية النتائج المحددة لكل تحليل مع الأخذ في الاعتبار هذه العوامل المؤثرة، مما يوفر فهمًا شاملاً لكيفية تأثيرها على أنماط الاحتراق التي لوحظت في الدراسة.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون المنهجية والنتائج من حرقهم التجريبي لرؤوس الخنازير لتقييم التغيرات الحرارية في بقايا العظام. استخدمت الدراسة رأسين لحمين من الخنازير البالغة وجمجمة جافة واحدة، تم اختيارها بناءً على توفرها وتشابهها التشريحي مع البشر. تم بناء المحرقتين باستخدام خشب الزيتون ومواد قابلة للاحتراق الأخرى، مع ظروف هيكلية وبيئية مميزة تؤثر على ديناميات الاحتراق. كشفت مراقبة درجة الحرارة عن درجات حرارة قصوى بلغت 870 درجة مئوية للمحرقة 1 و953 درجة مئوية للمحرقة 2، مع درجات حرارة متوسطة بلغت 390 درجة مئوية و644 درجة مئوية، على التوالي. أشارت النتائج إلى فقدان كبير في الكتلة وتفتت، حيث أظهرت الرؤوس اللحمية درجة أعلى من التفتت مقارنة بالجمجمة الجافة.
أظهرت التقييمات الماكروسكوبية أنماط لون مميزة بين مناطق الاتصال المباشر (DCA) ومناطق الاتصال غير المباشر (ICA)، حيث كانت شظايا DCA محروقة بشكل رئيسي وبيضاء، بينما احتفظت شظايا ICA بألوان أغمق. أظهر التحليل اللوني اختلافات كبيرة في قيم اللون بين الرؤوس اللحمية والجمجمة الجافة، حيث أظهرت الرؤوس اللحمية نطاقًا أوسع من الألوان. أشارت تحليلات طيف الأشعة تحت الحمراء (FTIR-ATR) إلى اختلافات في التركيب الكيميائي والبلورية بين العينات، مع تسليط الضوء بشكل خاص على الاختلافات في عامل الانقسام تحت الحمراء (IRSF) ونسب الكربونيل إلى الكربونات (C/C) بين الرأسين اللحمين. بشكل عام، تؤكد النتائج تأثير ظروف المحرقة على التغيرات الحرارية وإمكانية استخدام هذه الطرق لتحليل البقايا المحروقة في السياقات الأثرية.
القيود
ت stem القيود في الدراسة التجريبية بشكل أساسي من استنتاج النتائج من جثث الحيوانات، وبالتحديد أنسجة الخنازير، إلى الحالات البشرية. بينما أشارت الأبحاث السابقة إلى أنماط احتراق متوقعة في أنسجة رؤوس البشر خلال التدمير الحراري، قد تؤثر الاختلافات التشريحية والفسيولوجية بين الخنازير والبشر على قابلية تطبيق هذه النتائج. يقتصر تركيز الدراسة على الرؤوس بدلاً من الجثث الكاملة على نتائجها، حيث تظهر الأجسام الكاملة أنماط احتراق إضافية متباينة تتأثر بالموقع التشريحي وسوائل الجسم. وبالتالي، فإن العدد المحدود من المحرقة التجريبية يتطلب تطبيقًا حذرًا لاستنتاجات الدراسة، خاصة في السياقات الجنائية.
تشمل القيود الإضافية التباين في ظروف المحرقة، والعوامل البيئية، والاختلافات في توقيت إدخال الجمجمة وإزالة الأنسجة الرخوة، وكلها قد أثرت على النتائج. تؤكد هذه العوامل على ضرورة إجراء دراسات مضبوطة ومتكررة للتحقق من الفرضيات المقترحة. على الرغم من هذه القيود، تُظهر الدراسة إمكانيات النهج متعدد المؤشرات للتحقيق في تأثيرات وضع الجسم على نتائج الاحتراق، مما يشير إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تتوسع لتشمل مناطق تشريحية متنوعة، ومراحل التحلل، وتكوينات محرقة مضبوطة لتعزيز الأطر التفسيرية وتحسين المنهجيات.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0351767
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42296110
Publication Date: 2026-06-15
Author(s): Paula Becerra Fuello et al.
Primary Topic: Forensic Anthropology and Bioarchaeology Studies
Overview
This pilot study investigates the feasibility of a multi-proxy approach to identify indicators of horizontal positioning in cremated heads from archaeological and forensic contexts. Two experimental cremations using pig crania were conducted to assess how pre-burning conditions, vertical placement within the pyre, and pyre dynamics influence lateralized burning patterns. The study employed macroscopic observations, fragmentation analysis, colorimetric measurements, and Fourier-Transform Infrared Spectroscopy in Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR) mode. Preliminary findings indicate significant differences (p < 0.005) between direct contact areas (DCA) and indirect contact areas (ICA), with DCA exhibiting lighter coloration and greater calcination. Notably, the head placed on top of the pyre showed higher crystallinity, while inner surfaces retained darker hues due to tissue shielding effects. The study concludes that while preliminary evidence supports the use of multi-proxy methodologies to explore how body positioning affects burning outcomes, the results are constrained by the pilot nature of the research. Key observations include the differential behavior of fleshed versus dry remains under cremation conditions, with fleshed heads displaying greater fragmentation and variability in color. Additionally, vertical placement in the pyre and fire dynamics influenced the clarity of differentiation between DCA and ICA. The inherent variability introduced by decomposition state, biological factors, and pyre structure complicates interpretations of cremation outcomes. Thus, while lateralized burning patterns were detectable, these findings should be viewed as initial indicators of the potential of this methodology, warranting further investigation under controlled conditions.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significance of understanding the original positioning of bodies in cremations, a topic that has received limited attention in archaeological and forensic studies. Traditionally, analyses have focused on variables such as the presence of soft tissues, heat-induced fractures, and pyre configurations, often neglecting the implications of body orientation and pre-burning conditions. Recent advancements, particularly the application of Fourier-transform infrared attenuated total reflectance (FTIR-ATR) and isotopic methods, have enhanced the understanding of how these factors influence the burning process and the resultant alterations in bone structure.
The study aims to address the gap in methodologies for assessing lateralized burning patterns in bones by employing a multiproxy approach that integrates macroscopic observation, colorimetry, and FTIR-ATR spectroscopy. This pilot study investigates the effects of various factors, including pre-burning conditions and pyre dynamics, on the detection of differential burning patterns. To achieve this, two experimental cremations were conducted at the University of Granada, with the remains analyzed to explore structural and chemical transformations in the bones. The findings are expected to contribute to the development of robust methodologies for future research on body positioning in cremation contexts.
Methods
In this study, two experimental outdoor cremation pyres were constructed at the University of Granada to investigate the cremation process of pig crania. The pyres were built in October and December 2024, with the pig crania positioned differently on each pyre—one at the top and the other at the bottom. Over ten observers monitored each cremation event, documenting qualitative changes in the burning process using standardized forms (Form S1 File). A single pyrometer was employed to measure temperature throughout the experiments. The high observer count facilitated detailed recording of subtle alterations in the pyre structure and sample condition.
All participants provided informed verbal consent, and no personal data were collected, ensuring anonymity in the analysis of observations. The experiments utilized two fleshed pig heads and one dry pig cranium, selected based on their availability as commercial offal, thus adhering to ethical standards by not slaughtering animals specifically for the research. Observational data were collected on the days of the cremation events, specifically on October 11 and December 13, 2024, with qualitative findings detailed in the Supplementary Information S1 File.
Results
The results of the pilot study on lateralised burning patterns reveal that several key factors significantly influenced the outcomes of the analyses. These factors include the pre-burning condition of the materials (fleshed versus dry), the vertical placement of the materials within the pyre (top versus bottom), and various pyre dynamics such as fuel distribution, timing, structural collapse, and environmental conditions.
Subsequent subsections will detail the specific findings of each analysis while accounting for these influential factors, thereby providing a comprehensive understanding of how they affected the burning patterns observed in the study.
Discussion
In this section, the authors discuss the methodology and findings from their experimental cremation of pig heads to assess thermal alterations in bone remains. The study utilized two adult fleshed pig heads and one dry cranium, selected for their availability and anatomical similarities to humans. The pyres were constructed using olive wood and other combustible materials, with distinct structural and environmental conditions affecting combustion dynamics. Temperature monitoring revealed maximum temperatures of 870 °C for Pyre 1 and 953 °C for Pyre 2, with average temperatures of 390 °C and 644 °C, respectively. The results indicated significant mass loss and fragmentation, with the fleshed heads exhibiting a higher degree of fragmentation compared to the dry cranium.
Macroscopic evaluations showed distinct color patterns between Direct Contact Areas (DCA) and Indirect Contact Areas (ICA), with DCA fragments being predominantly calcined and white, while ICA fragments retained darker hues. Colorimetric analysis demonstrated significant differences in color values between the fleshed heads and the dry cranium, with the fleshed heads showing a wider range of colors. Fourier-Transform Infrared spectroscopy (FTIR-ATR) analyses indicated variations in chemical composition and crystallinity among the samples, particularly highlighting differences in the Infrared Splitting Factor (IRSF) and carbonyl-to-carbonate ratios (C/C) between the two fleshed heads. Overall, the findings underscore the impact of pyre conditions on thermal alterations and the potential for using these methods to analyze cremated remains in archaeological contexts.
Limitations
The limitations of the pilot study primarily stem from the extrapolation of findings from animal carcasses, specifically pig tissues, to human cases. While previous research has indicated predictable burning patterns in human head tissues during thermal destruction, the anatomical and physiological differences between pigs and humans may affect the applicability of these results. The study’s focus on heads rather than complete carcasses further restricts its findings, as complete bodies exhibit additional differential burning patterns influenced by anatomical placement and body fluids. Consequently, the limited number of experimental pyres necessitates cautious application of the study’s conclusions, particularly in forensic contexts.
Additional limitations include variability in pyre conditions, environmental factors, and differences in the timing of cranium introduction and soft-tissue removal, all of which may have influenced the results. These factors underscore the necessity for controlled and replicated studies to validate the proposed hypotheses. Despite these limitations, the study demonstrates the potential of multiproxy approaches to investigate body placement effects on burning outcomes, suggesting that future research should expand to include various anatomical regions, decomposition stages, and controlled pyre configurations to enhance interpretive frameworks and refine methodologies.