Isotooppianalyysiä käytetään useilla eri tieteenaloilla, kuten geologiassa, biologiassa, orgaanisessa kemiassa ja ekologiassa. Arkeologia, joka sijoittuu kovien Luonnontieteiden ja yhteiskuntatieteiden väliin, on mukauttanut näillä aloilla kehitettyjä tekniikoita vastaamaan sekä arkeologisiin että antropologisiin kysymyksiin, jotka ulottuvat maapallon yli sekä ajan että paikan. Arkeologian alalla käsiteltävät kysymykset liittyvät yleisimmin ruokavalion ja liikkumisen tutkimiseen aiemmissa väestöissä. Vaikka suurin osa ihmisistä tuntee isotooppianalyysin, joka liittyy radiohiiliajoituksen tai C-14: n tutkimukseen, harvempi tuntee muiden biologisessa materiaalissa, kuten ihmisen tai eläimen luussa esiintyvien isotooppien analyysin. Isotoopit, joita on tutkittu eniten näiden kysymysten ratkaisemiseksi, ovat hiili-13 (13c), typpi-15 (15N), happi-18 (18O) ja Strontium (87Sr/86Sr). 13C: n, 15N: n ja 18O: n stabiilit isotoopit eroavat 14C: n analyysistä siinä, että ne eivät hajoa tasaisesti ajan kuluessa, joten ei ole ”puoliintumisaikaa.”Sen sijaan ne pysyvät ajan mittaan vakioina, mistä termi stabiili isotooppi johtuu. Liikkuvuuden, ympäristön ja toimeentulon isotooppitunnisteiden tutkimisella on myös nykyaikaista merkitystä, koska se voi auttaa kulttuuriperinnön suojeluun, luonnonvarojen hallintaan ja kestävyyteen liittyvien politiikkojen tiedotuksessa ja ehkä merkittävimpänä auttaa meitä oppimaan lisää Oman lajimme huomattavasta kyvystä sopeutua ja selviytyä missä tahansa ympäristö-ja kulttuurioloissa.
Isotooppianalyysimenetelmät
stabiilien isotooppien tutkimiseksi ihmisten ja eläinten luista tarvitaan hyvin pieni luunäyte. Nopeutetun massaspektrometrian (AMS) edistymisen vuoksi voidaan käyttää pientä näytettä, joka voi vaihdella 200 milligrammasta 1 grammaan luuta. Kun arkeologinen luuaines on huonosti säilynyt, ei välttämättä ole jäljellä tarpeeksi säilynyttä biologista materiaalia, jotta analyysi olisi luotettava. Kuitenkin tapauksissa, joissa luut ovat hyvin säilyneet, isotooppien katsotaan edustavan tutkittavaa yksittäistä yksilöä (joko ihmistä tai eläintä).
pieni luunäyte käsitellään sitten kemiallisin menetelmin riippuen kyseessä olevasta analyysistä. Esimerkiksi hiili-ja typpistabiilien isotooppien analysointia varten luuta pestään suolahapossa (HCl) sopivan ajan, kunnes luunäyte on valmis seuraaviin kemiallisiin vaiheisiin. Nämä prosessit suoritetaan uuttamaan ”puhdas” luun kollageeni ylimääräisistä komponenteista, jotka muodostavat luun, kuten lipidit ja proteiinit.
kun kollageeni on uutettu, se valmistetaan ja punnitaan massaspektrometrillä tehtävää analyysiä varten. Massaspektrometri toimii mittaamalla atomien ja molekyylien massoja ja suhteellisia pitoisuuksia. Näitä verrataan standardivertailumateriaaleilla, jotka Kansainvälinen atomienergiajärjestö asettaa Wienissä. Globaalien ja kansallisten (NIST) standardien käyttö vertailumateriaalina tarkoittaa, että isotooppituloksia voidaan vertailla eri arkeologisten kohteiden välillä. On kuitenkin tärkeää muistaa, että tietyn ajan ja paikan isotooppiarvot on myös määritettävä, jotta voidaan ymmärtää erilaisia paikallisia prosesseja (ympäristö-ja kulttuuriprosesseja), jotka vaikuttavat jatkuvasti.
isotoopit ja ympäristön tutkimus
monet tieteenalat hyödyntävät isotooppianalyysiä menneen ilmaston ja ympäristön tutkimiseen. Arkeologia ei ole poikkeus. On tärkeää määrittää tietyn ajan ja paikan ympäristöasetelma, jotta saadaan parempi käsitys tekijöistä, jotka ovat voineet vaikuttaa yhteisön kehitykseen. Pitkän ja lyhyen aikavälin muutokset ilmastossa voivat vaikuttaa dramaattisesti siihen, miten ihmiset voivat hankkia tai tuottaa ruokansa. Lisäksi tällaiset muutokset voivat vaikuttaa siihen, missä ja / tai milloin ihmiset voivat liikkua koko maisemassa. Esimerkiksi ilmaston muuttuminen kuumemmasta tai kuivemmasta ympäristöstä kosteampaan ja leudompaan ympäristöön on saattanut antaa ihmisille mahdollisuuden muuttaa uudelle alueelle hyödyntämään maavaroja, jotka eivät aiemmin olleet kelvollisia maanviljelyyn tai karjanhoitoon.
ympäristön Isotooppisia indikaattoreita tutkitaan useimmiten happi-isotooppeja tutkimalla. Erilaiset happi-isotooppiarvot edustavat kuumempia ja kuivempia ilmastoja verrattuna kylmempiin ja kosteampiin ilmastoihin. Lisäksi typen isotoopit voivat heijastella ilmastoa, sillä kuivemmissa ympäristöissä elävät kasvit, eläimet ja ihmiset voivat näyttää rikastettua typpi-15-arvoa verrattuna lievemmistä ympäristöistä peräisin oleviin arvoihin. Tämä havaittiin Mäyränreiän kohdalla, jossa useiden biisonin luiden analyysi osoitti merkittävästi rikastuneita typpi-15-arvoja, mikä viittaa äärimmäisen kuivaan ympäristöön.
isotoopit ja ruokavalion tutkimus
esihistoriallisten kansojen ruokavalion tutkimus on olennainen osa sen ymmärtämistä, miten menneisyydessä eläneet yhteisöt pystyivät selviytymään ja sopeutumaan erityisiin ympäristö-ja sosiaaliympäristöihin. Aiemman ruokavalion eli paleodieettien tutkiminen antaa vihjeitä siitä, miten esi-isämme hyödynsivät luonnonvaroja ja miten he jopa muokkasivat omaa ympäristöään tuottaakseen ruokaa. Esimerkiksi yksi laajimmin tutkituista ihmisen ruokavalion osa-alueista Pohjois-Amerikassa on ollut maissinviljelyn (maanviljelyn) käyttöönoton ja kehityksen tutkiminen merkittävänä toimeentulomuotona uudessa maailmassa. Hiilen ja typen stabiileja isotooppeja käytetään yleisimmin ravinnon rekonstruktioissa. Näitä isotooppeja on käytetty yleisimmin merellisten ja maalla elävien eläinten ruokavalion ja tietyntyyppisten kasvivarojen (esimerkiksi maissin ja hirssin) saannin tutkimiseen.
isotooppeja voidaan käyttää ruokavalion arviointiin, koska nautittavan ruoan tyypin ja ihmisten ja eläinten luustokollageenissa olevan vastaavan isotooppisen ”jäljen” välillä on suora yhteys. Esimerkiksi kun eläin, kuten lehmä tai lammas, syö tietyntyyppistä ruohoa tai kasvia, niiden luissa tai hampaissa on sellaista isotooppista arvoa, joka edustaa kyseistä ruoho-tai kasvityyppiä. Lisäksi ihminen kuluttaa eläinproteiinia luonnonvaroista, kuten maaeläimistä (esim., lehmät, lampaat tai vuohet) ja vesivarojen (esim.kalat ja äyriäiset) niillä on isotooppiarvoja, jotka sijoittavat ne tiettyyn trofiatasoon.”Trofiataso selitetään yksinkertaisimmin siten, että organismi (näissä tapauksissa ihminen tai eläin) sijaitsee tietyssä ravintoketjussa.
toimeentulon (tai ruokavalion) vaihtelua ja sopeutumista voivat edistää sosiopoliittisten ja taloudellisten olosuhteiden kehitys sekä ilmasto-ja ekologiset siirtymät ja jopa yksilön valinta. Muutokset ruokavaliossa tietyn yhteisön sisällä voivat tapahtua sekä suurissa että pienissä mittakaavoissa sekä nopeasti tai vähitellen ajan kuluessa. Toisin kuin muut paleodietaarisen rekonstruktion keinot, jotka yleensä perustuvat kontekstuaaliseen arkeologiseen, etnografiseen ja historialliseen todistusaineistoon, stabiili isotooppianalyysi tarjoaa tavan tutkia suoraan ravinnon koostumusta analysoimalla itse luita.
isotoopit ja liikkuvuuden tutkimus
menneisyyden liikkuvuuden ja muuttoliikkeen tutkimusta voidaan lähestyä useilla eri arkeologisilla menetelmillä, kuten lasi -, keramiikka-ja metalliesineiden provenienssitutkimuksilla ja joissakin tapauksissa jopa muinais-DNA: n (aDNA) tutkimuksella. Ihmiset liikkuvat moniin eri tarkoituksiin. He saattavat lähteä etsimään optimaalisempia voimavaroja avioliiton, sodankäynnin, kaupankäynnin ja monien muiden syiden vuoksi. Strontiumin (87Sr/86Sr) ja hapen (18O) isotooppeja käytetään yleisimmin rekonstruoimaan sekä ihmisten että eläinten menneitä liikkeitä tietyn ajan ja paikan sisällä. Kun tutkitaan liikkuvuutta, näitä isotooppeja käytetään määrittämään, onko henkilö tai eläin ”paikallinen” tietylle alueelle vertaamalla yksilön luun ja hammaskiilteen isotooppiarvoja paikallisiin isotooppiarvoihin, jotka on määritettävä kyseistä maantieteellistä sijaintia varten. Tietyn paikan” paikalliset ” arvot määritetään tutkimalla tietyn paikan taustalla olevaa geologiaa strontiumin osalta ja analysoimalla paikallisia pohjavesivaroja ja sademääriä (Sademäärä ja lumi) hapen osalta. Tämän oletuksen mukaan oletetaan, että jos yksilö näyttää isotooppiarvoja, jotka ovat samat tai alueella, jossa ne löydettiin (tai haudattiin), niin voi olla mahdollista ehdottaa, että ne olivat peräisin alueelta alun perin.
ihmisillä ja eläimillä luun ja hammaskiilteen isotooppisuhteet heijastavat geologisia substraatteja, joista niiden ravinnonsaanti (kasvi -, eläin-ja vesi) on peräisin. Ihmisen luun ja hampaiden Strontium-isotooppiarvoja voidaan käyttää yksilön mahdollisen lapsuusiän asuinpaikan määrittämiseen, kun paikallisarvojen vaihteluväli on määritetty kattavasti tietylle alueelle. Joissakin tutkimuksissa on esimerkiksi tutkittu varhaislapsuudessa muodostuvaa yksilöiden hammaskiillettä ja verrattu isotooppiarvoja saman yksilön luuarvoihin. Kun nämä kaksi tulosta vaihtelevat suuresti, voidaan päätellä, että he viettivät ainakin osan lapsuudestaan maantieteellisellä paikalla, joka poikkesi heidän hautapaikastaan ja joka lopulta löydettiin arkeologisten tutkimusten avulla.
kirjoittanut Michelle Machicek, PhD (Tutkijatohtori), Cornellin yliopisto, antropologian ja Smithsonian-Instituutin laitos, National Museum of Natural History for Time Team America (2013).
Further Reading
Bentley, R. A., 2006. Strontium isotopes from the earth to the archaeological skeleton: a review. Journal of Archaeological Method and Theory 13: 135-187.
Price, D. T. 2008. Isotopes and human migration: case studies in biogeochemistry. Teoksessa H. Schutkowski (Toim.) Biologian ja kulttuurin välillä. Cambridge: Cambridge University Press.
Schwarcz, H. P., White, C. D., and Longstaffe, F. J. 2010. Stabiileja ja Radiogeenisiä isotooppeja biologisessa arkeologiassa: joitakin sovelluksia. Teoksessa J. B. West, G. J. Bowen, T. E. Dawson ja K. P. Tu (toim.) Isoscapes: Understanding movement, pattern, and process on Earth through isotope mapping. New York: Springer Science + Business Media B. V.