El análisis isotópico se utiliza en una variedad de campos de las ciencias, como la Geología, la Biología, la Química Orgánica y la Ecología. La arqueología, que se sitúa entre las ciencias naturales duras y las ciencias sociales, ha adaptado las técnicas desarrolladas en estos campos para responder a preguntas arqueológicas y antropológicas que abarcan todo el mundo, tanto en el tiempo como en el espacio. Las preguntas que se abordan dentro del campo de la Arqueología se relacionan más comúnmente con el estudio de la dieta y la movilidad en poblaciones pasadas. Si bien la mayoría de las personas están familiarizadas con el análisis isotópico relacionado con el estudio de la datación por radiocarbono o C-14, menos están familiarizadas con el análisis de otros isótopos que están presentes en material biológico, como huesos humanos o animales. Los isótopos más estudiados para abordar estas cuestiones son el Carbono-13 (13C), el Nitrógeno-15 (15N), el Oxígeno-18 (18O) y el Estroncio (87Sr/86Sr). Los isótopos estables de 13C, 15N y 18O difieren del análisis de 14C en que no decaen constantemente con el tiempo, por lo que no hay «vida media».»Más bien, permanecen constantes en el tiempo, de ahí el término isótopos estables. La exploración de identificadores isotópicos de movilidad, medio ambiente y subsistencia en el pasado también tiene relevancia contemporánea en la medida en que puede ayudar a informar las políticas relacionadas con la protección del patrimonio, la gestión de recursos y la sostenibilidad y, quizás lo más importante, ayudarnos a aprender más sobre la notable capacidad de nuestra propia especie para adaptarse y sobrevivir en cualquier número de circunstancias ambientales y culturales.
Métodos de análisis de isótopos
Para investigar isótopos estables de huesos humanos y animales, se necesita una muestra muy pequeña de hueso para el análisis. Debido a los avances en la espectrometría de masas acelerada (AMS), se puede usar una muestra pequeña que puede variar de 200 miligramos a 1 gramo de hueso. Cuando el material óseo arqueológico está mal conservado, es posible que no quede suficiente material biológico sobreviviente para que el análisis sea confiable. Sin embargo, en los casos en que los huesos están bien conservados, las firmas isotópicas se consideran representativas del espécimen individual (humano o animal) que se está estudiando.
La muestra de hueso pequeño se trata a continuación mediante un conjunto de procedimientos químicos, dependiendo del análisis particular en cuestión. Por ejemplo, para el análisis de isótopos estables de carbono y nitrógeno, el hueso se lava en ácido clorhídrico (HCl) durante un período de tiempo adecuado hasta que la muestra de hueso esté lista para los siguientes pasos químicos. Estos procesos se llevan a cabo para extraer el colágeno óseo «puro» de los componentes adicionales que componen el hueso, como los lípidos y las proteínas.
Una vez extraído el colágeno, se prepara y pesa para su análisis en el espectrómetro de masas. El espectrómetro de masas funciona midiendo las masas y concentraciones relativas de átomos y moléculas. Se comparan utilizando materiales de referencia estándar establecidos por el Organismo Internacional de Energía Atómica en Viena. El uso de estándares globales y nacionales (NIST) como material de referencia significa que los resultados isotópicos pueden compararse entre sitios arqueológicos. Sin embargo, es importante recordar que los valores isotópicos de un tiempo y lugar en particular también deben determinarse para comprender los diversos procesos locales (ambientales y culturales) que están constantemente en funcionamiento.
Isótopos y Estudio del Medio ambiente
Muchos campos científicos utilizan el análisis isotópico para estudiar el clima y el medio ambiente pasados. La arqueología no es una excepción. Es importante determinar el entorno ambiental de un momento y lugar determinados para comprender mejor los factores que podrían haber influido en el desarrollo de una comunidad. Los cambios climáticos a largo y corto plazo pueden tener un impacto dramático en la forma en que las personas pueden adquirir o producir sus alimentos. Además, este tipo de cambios pueden influir en dónde y/o cuándo las personas pueden moverse por el paisaje. Por ejemplo, un cambio en el clima de un entorno más cálido o más árido a uno más húmedo y suave, puede haber permitido a las personas mudarse a una nueva área para hacer uso de recursos de tierra que anteriormente no eran adecuados para la agricultura o el pastoreo de animales.
Los indicadores isotópicos del medio ambiente se investigan con mayor frecuencia mediante el estudio de isótopos de oxígeno. Los diferentes valores de isótopos de oxígeno son representativos de climas más cálidos y secos, en comparación con aquellos que eran más fríos y húmedos. Además, los isótopos de nitrógeno pueden reflejar el clima, ya que las plantas, los animales y los seres humanos que habitan en ambientes más áridos pueden mostrar valores de nitrógeno 15 enriquecido en comparación con los de ambientes más suaves. Esto se encontró en el caso del sitio de Badger Hole, donde el análisis de varios de los huesos de bisonte mostró valores de nitrógeno-15 significativamente enriquecidos, lo que indica que habita en un ambiente extremadamente árido.
Isótopos y el estudio de la Dieta
El estudio de la dieta de los pueblos prehistóricos es una parte esencial para comprender cómo las comunidades del pasado pudieron sobrevivir y adaptarse dentro de entornos ambientales y sociales particulares. La investigación de la dieta pasada o paleodieta proporciona pistas sobre cómo nuestros antepasados hicieron uso de los recursos naturales e incluso cómo modificaron sus propios entornos para producir alimentos. Por ejemplo, uno de los aspectos más estudiados de la dieta humana en América del Norte ha sido la investigación de la introducción y el desarrollo de la agricultura de maíz como una forma importante de subsistencia en el Nuevo Mundo. Los isótopos estables de carbono y nitrógeno son los más utilizados para reconstrucciones dietéticas. Estos isótopos se han utilizado con mayor frecuencia para estudiar las dietas de animales marinos frente a terrestres (terrestres) y la ingesta de determinados tipos de recursos vegetales (por ejemplo, maíz y mijo).
Los isótopos se pueden usar para evaluar la dieta porque existe una relación directa entre el tipo de alimento que se consume y la «firma» isotópica correspondiente que se encuentra en el colágeno óseo de los seres humanos y los animales. Por ejemplo, cuando un animal, como una vaca u oveja, come cierto tipo de hierba o planta, exhibirá un valor isotópico en sus huesos o dientes que es representativo de ese tipo particular de hierba o planta. Además, a medida que los seres humanos consumen proteínas animales, de recursos como los animales terrestres (p. ej. vacas, ovejas o cabras) y los recursos acuáticos (por ejemplo, peces y mariscos) exhibirán valores isotópicos que los sitúan dentro de un «nivel trófico particular».»Un nivel trófico se explica simplemente como el lugar donde un organismo (humano o animal en estos casos) está situado dentro de una cadena alimentaria en particular.
La variación y adaptación en la subsistencia (o dieta) puede ser estimulada por la evolución de las circunstancias sociopolíticas y económicas, así como por las transiciones climáticas y ecológicas e incluso por la elección individual. Los cambios en la dieta dentro de una comunidad en particular pueden ocurrir a gran y pequeña escala, así como rápida o gradualmente con el tiempo. A diferencia de otras vías para la reconstrucción paleodietaria, que generalmente se basan en evidencia arqueológica, etnográfica e histórica contextual, el análisis de isótopos estables proporciona una forma de investigar directamente la composición dietética a través del análisis de los huesos mismos.
Isótopos y Estudio de la Movilidad
El estudio de la movilidad y la migración en el pasado se puede abordar a través de una serie de métodos arqueológicos diferentes, como los estudios de procedencia de artefactos de vidrio, cerámica y metal y, en algunos casos, incluso a través del estudio del ADN antiguo (aDNA). Los humanos se mueven para muchos propósitos diferentes. Pueden moverse en busca de recursos más óptimos, para el matrimonio, la guerra, el comercio y una serie de otras razones. Los isótopos de estroncio (87Sr/86Sr) y oxígeno (18O) se usan más comúnmente para reconstruir movimientos pasados de personas y animales dentro de un tiempo y lugar particulares. Al investigar la movilidad, estos isótopos se utilizan para determinar si una persona o un animal es «local» a un área en particular comparando los valores isotópicos del esmalte óseo y dental de la muestra con los valores isotópicos locales que deben establecerse para esa ubicación geográfica específica. Los valores «locales» de un lugar específico se determinan mediante el estudio de la geología subyacente de un lugar en particular, en el caso del estroncio, y mediante el análisis de los recursos de aguas subterráneas locales y las precipitaciones (lluvia y nieve), en el caso del oxígeno. Bajo este supuesto, se toma que si un individuo muestra valores isotópicos que son iguales o dentro del rango de la región en la que fueron descubiertos (o enterrados), entonces puede ser posible sugerir que eran del área originalmente.
En humanos y animales, las proporciones de isótopos del esmalte óseo y dental reflejan los sustratos geológicos en los que se obtuvo su ingesta dietética (vegetal, animal y agua). Los valores de isótopos de estroncio de huesos y dientes humanos se pueden usar para determinar el posible lugar de residencia infantil de un individuo cuando el rango de valores locales se ha establecido de manera integral para un área en particular. Por ejemplo, algunos estudios han investigado el esmalte dental de individuos, que se forma en la primera infancia, y han comparado los valores isotópicos con los valores óseos del mismo individuo. Cuando los dos resultados varían mucho, se puede determinar que pasaron al menos una parte de su infancia en una ubicación geográfica que difería de donde fueron enterrados y finalmente se recuperaron a través de investigaciones arqueológicas.
Escrito por Michelle Machicek, PhD (Investigadora Postdoctoral), Universidad de Cornell, Departamento de Antropología e Institución Smithsoniana, Museo Nacional de Historia Natural para Time Team America (2013).
Más información
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