L'aven de Romain-la-Roche est une cavité karstique ayant fonctionné comme un piège naturel dans lequel sont tombés de nombreux grands animaux, et où divers petits vertébrés ont été amenés en tant que proies d'oiseaux rapaces. Le gisement a été fouillé de 1980 à 1991 par Patrick Paupe et son équipe, qui y a recueilli 52 espèces de mammifères (plus de 10 000 restes déterminables), au moins 13 espèces d'oiseaux, deux de reptiles, une d'amphibien, deux espèces de poissons et des gastéropodes indéterminés. Les espèces de mammifères présentes sont pour 34,6 % des rongeurs (3975 restes), 9,6 % des insectivores, 28,8 % des carnivores (3303 restes), 3,8 % des lagomorphes (127 restes dont 25 étudiables), 3,8 % des périssodactyles (626 restes), 11,5 % des artiodactyles (2360 restes) et 3,8 % des proboscidiens (plus de 300 restes dont 80 étudiables). Les micromammifères les mieux représentés sont Microtus arvalis, M. agrestis, M. gregalis et Arvicola terrestris. Les espèces dominantes de grands mammifères phytophages sont dans l'ordre décroissant Bison priscus priscus, Bos primigenius, Cervus elaphus, Equus cf. achenheimensis, Rangifer tarandus, Coelodonta antiquitatis praecursor et Mammuthus intermedius ; les principaux carnivores sont dans l'ordre Canis lupus, Ursus spelaeus, Panthera spelaea et Vulpes vulpes. Il existe des formes rares (panthère, dhole, glouton), et l'Homme de Néanderthal n'est représenté que par son industrie moustérienne. Certaines associations (Mammuthus intermedius et M. primigenius, Ursus arctos et U. spelaeus, Lepus cf. europaeus et L. timidus) sont inhabituelles. La microfaune est abondante et variée bien qu'il n'y ait pratiquement pas de chéiroptères. Le site témoigne d'une très grande biodiversité ; la population de mammifères présente des individus de tous âges ; bien que des chutes de blocs aient entraîné de très nombreuses fracturations, certaines pièces sont remarquablement bien conservées. Tous les grands mammifères présents dans les couches VI-VII et VIII indiquent un âge correspondant à la fin de l'avant-dernière glaciation (fin de la zone MNQ 24, fin de MIS 6), ce qui est confirmé par des datations de 150 000 + 18 000 ans et 159 000 + 10 000 à 165 000 + 9000 ans obtenues respectivement par les méthodes uranium / thorium et ESR / U-Th. Pour des raisons inexpliquées les micromammifères indiquent un âge sensiblement plus récent. Les grands mammifères témoignent d'un paysage de type mosaïque relativement ouvert, sous un climat plutôt frais et humide, à enneigement limité. Ce résultat est confirmé par les pollens découverts dans des coprolithes, qui indiquent un paysage végétal constitué de groupes d'arbres peu serrés, en espace ouvert, sous un climat tempéré moyennement humide. Romain-la-Roche constitue un site paléontologique de référence pour l'extrême fin du Pléistocène moyen, période où les gisements paléontologiques sont rares en Europe occidentale. L'Homme semble y avoir pénétré de façon sporadique à diverses périodes et y a laissé quelques artefacts moustériens, mais il n'est pour rien dans la genèse du site.

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