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Diet and Mobility in Byzantine Western Anatolia: Carbon and Nitrogen Isotopic Ratios and Ancient DNA Evidence from Barcın Höyük and Kadıkalesi Anaia

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2026

Rana Özbal*
Affiliation:
Department of Archaeology and History of Art, Koç University, Istanbul, Turkey
Ali Metin Büyükkarakaya
Affiliation:
Department of Anthropology, Hacettepe University, Ankara, Turkey
Gülfem Uysal
Affiliation:
Department of Anthropology, Hacettepe University, Ankara, Turkey
Erge Bütün
Affiliation:
Department of Anthropology, Hacettepe University, Ankara, Turkey
Fokke Gerritsen
Affiliation:
Netherlands Institute in Turkey, Leiden University, The Netherlands, and Istanbul, Turkey
Ali Akbaba
Affiliation:
Anthropology, Muş Alparslan University, Muş, Turkey
N. Ezgi Altınışık
Affiliation:
Department of Anthropology, Hacettepe University, Ankara, Turkey
Mehmet Somel
Affiliation:
Molecular Biology and Genetics, Middle East Technical University, Ankara, Turkey
*
Corresponding Author: Rana Özbal; Email: rozbal@ku.edu.tr
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

This study presents the integrated results of stable carbon (δ13C) and nitrogen (δ15N) isotope and aDNA analyses, conducted to examine dietary and mobility practices in two mid- to late Byzantine communities in western Anatolia: the coastal cosmopolitan site of Kadıkalesi Anaia and the rural inland settlement of Barcın Höyük. Isotopic data from thirty-eight individuals indicate that both populations primarily consumed terrestrial C₃-based resources. At Kadıkalesi, δ15N values show greater variability, suggesting more differentiated access to animal protein sources, whereas the rural community at Barcın Höyük exhibits isotopic homogeneity, consistent with more uniform dietary practices and an equitable access to food. Kadıkalesi also shows intra-site dietary variation by age and sex, while Barcın is again more homogeneous. At Barcın, aDNA results indicate a predominant local genetic continuity, suggesting a stable population; a single instance of external ancestry is attested by a male individual with affinities to western populations, particularly from eastern Europe, in line with historical military resettlement patterns (stratiotika ktemata). By integrating isotopic and genomic evidence, this study demonstrates how ancestry and mobility shaped dietary habits, offering insights into the interplay of urbanism, mobility, and social organization in the Byzantine period.

Cette étude présente les résultats combinés d’analyses des isotopes stables du carbone (δ13C) et de l’azote (δ15N) et des analyses de l’ADN ancien extraits d’échantillons provenant de deux communautés en Anatolie occidentale : le site cosmopolitan de Kadıkalesi Anaia sur la côte ionienne et le site rural de Barcın Höyük dans l’intérieur du pays. Le but était d’examiner les pratiques alimentaires et la mobilité attestées sur ces deux sites d’époque byzantine moyenne à tardive. Les données isotopiques provenant de trente-huit individus indiquent que les deux populations consommaient principalement des ressources terrestres de type C3. Les valeurs de l’azote à Kadıkalesi sont plus variables qu’à Barcın, ce qui suggère un accès plus différencié aux protéines d’origine animale; la communauté rurale de Barcın révèle un profil isotopique plus homogène, correspondant à un régime alimentaire plus uniforme et à un accès équitable aux ressources alimentaires. Une alimentation plus vairée selon l’âge et le sexe des habitants est attestée au sein du site de Kadıkalesi, tandis qu’elle est à nouveau plus homogène à Barcın. Les analyses de l’ADN ancien de Barcın révèlent une communauté essentiellement locale, ce qui indiquerait une population stable; un seul cas d’ ascendance génétique externe a été relevé; il s’agit d’un individue masculin dont les affinités avec les populations occidentales, en particulier d’Europe orientale, pourraient être mises en rapport avec la relocalisation de personnel militaire connu historiquement (stratiotika ktemata). L’intégration des données génomiques et isotopiques illustre comment l’ascendance et la mobilité des populations influençaient leurs pratiques alimentaires et nous éclaire sur les interactions entre l’urbanisme, la mobilité et l’organisation sociale à l’époque byzantine. Translation by Madeleine Hummler

Diese Studie enthält die kombinierten Ergebnisse von Analysen der stabilen Isotope von Kohlenstoff (δ13C) und Stickstoff (δ15N) sowie von aDNA, die aus zwei Gemeinschaften in Westanatolien stammen: die kosmopolitische Stadt Kadıkalesi Anaia an der ionischen Küste und die ländliche Siedlung Barcın Höyük im Landesinnern. Ziel war es, die Ernährung und die Mobilität in diesen mittel- bis spätbyzantinischen Stätten zu untersuchen. Die Isotopenanalyse von achtunddreißig Individuen zeigt, dass beide Gemeinschaften hauptsächlich terrestrische Nahrungsmittel von Typus C3 konsumierten. In Kadıkalesi weisen die Sickstoffwerte eine größere Variabilität als in Barcın auf, was auf einen differenzierten Zugang zu tierischen Proteinquellen deutet; hingegen weist die ländliche Gemeinschaft in Barcın ein homogenes Isotopenprofil auf, das mit einer einheitlichen Ernährung und einem gleichberechtigten Zugang zu Lebensmitteln übereinstimmt. Es gibt auch alters- und geschlechtsspezifische Unterschiede in der Ernährung innerhalb Kadıkalesi, während Barcın wiederum homogener ist. Die Resultate de aDNA-Analyse von Barcın weisen auf eine überwiegend lokale genetische Zusammensetzung, was auf eine stabile Bevölkerung hindeuten sollte. Ein einziger Fall externer Abstammung wurde festgestellt, namentlich ein Individuum männlichen Geschlechts mit genetischen Affinitäten zu westlichen Bevölkerungsgruppen, insbesondere in Osteuropa, was mit der historischen Besiedlung von Militärpersonal (stratiotika ktemata) zusammenhängen könnte. Die integrierten isotopischen und genomischen Angaben zeigen, wie Abstammung und Mobilität die Ernährung geprägt haben und bietet Einblicke über die Beziehungen zwischen Urbanismus, Mobilität und soziale Organisation in byzantinischer Zeit. Translation by Madeleine Hummler

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© The Author(s), 2026. Published by Cambridge University Press on behalf of the European Association of Archaeologists
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Figure 1. Map showing the location of sites discussed in the text.

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Figure 2. Values of δ15N (‰) and δ13C (‰) for Barcın Höyük grouped by category as a scatter plot (left) and an error bar graph using a ±1 standard deviation value (right).

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Figure 3. A: PCA plot placing Barcın Höyük individuals within a broader dataset of previously published ancient genomes. B: The location of these individuals with ancient DNA data. The PCA, based on genome-wide single nucleotide polymorphism data, indicates that the Barcın individuals mostly cluster with Anatolian populations. One individual (indicated with black arrow in A), however, plots closer to Balkan populations.

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Figure 4. Values of δ15N (‰) and δ13C (‰) for Kadıkalesi grouped by category as a scatter plot (left) and an error bar graph using a ±1 standard deviation value (right).

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Figure 5. Boxplot comparing δ15N (left) and δ13C (right) values for non-infants at Barcın Höyük (BH) and all individuals at Kadıkalesi (KK). Error boxes show dispersion, not ninety-five per cent CI.

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Figure 6. Values of δ15N (‰) and δ13C (‰) for Kadıkalesi grouped by age as a scatter plot (left) and an error bar graph using standard deviation (right).

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Figure 7. Mean δ13C values across age and sex categories at Kadıkalesi showing variation by age and sex (Young Adult Female n = 3; Young Adult Male n = 2; Medium Adult Female n = 2; Medium Adult Male n = 9; Older Adult Female n = 2; Older Adult Male n = 1).

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Figure 8. Values of δ15N (‰) and δ13C (‰) for Barcın Höyük grouped by age as a scatter plot (left) and an error bar graph using a ±1 standard deviation value (right).

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Figure 9. Plan and photograph of part of the Barcın cemetery (Barcın Höyük excavation archives).

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Özbal et al. supplementary material

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