az izotóp analízist számos tudományterületen használják, mint például a geológia, a biológia, a Szerves Kémia és az ökológia. A régészet, amely a kemény természettudományok és a társadalomtudományok között helyezkedik el, adaptálta az ezeken a területeken kifejlesztett technikákat, hogy megválaszolja mind a régészeti, mind az antropológiai kérdéseket, amelyek a földgömböt mind időben, mind térben átfogják. A régészet területén felmerülő kérdések leggyakrabban az étrend és a mobilitás tanulmányozásához kapcsolódnak a korábbi populációkban. Míg a legtöbb ember ismeri a radiokarbon vizsgálatához kapcsolódó izotópos elemzést randevú vagy C-14, kevesebben ismerik a biológiai anyagokban, például az emberi vagy állati csontokban jelen lévő egyéb izotópok elemzését. A leggyakrabban vizsgált izotópok a szén-13 (13C), a nitrogén-15 (15N), az oxigén-18 (18o) és a stroncium (87sr/86sr). A stabil izotópok 13C, 15N és 18O különböznek az elemzés 14C, hogy nem folyamatosan bomlanak idővel, így nincs ” felezési ideje.”Inkább állandóak maradnak az idő múlásával, ezért a stabil izotópok kifejezés. A mobilitás, a környezet és a létfenntartás izotóp-azonosítóinak feltárása a múltban is aktuális jelentőséggel bír, mivel segíthet az örökségvédelemmel, az erőforrás-gazdálkodással és a fenntarthatósággal kapcsolatos politikák tájékoztatásában, és talán a legfontosabb, hogy többet tudjunk meg saját fajunk figyelemre méltó képességéről, hogy alkalmazkodjon és túléljen számos környezeti és kulturális körülmények között.
Izotópelemzési módszerek
az emberi és állati csontokból származó stabil izotópok vizsgálatához nagyon kis csontmintára van szükség az elemzéshez. A gyorsított tömegspektrometria (AMS) fejlődésének köszönhetően egy kis minta, amely 200 mg-tól 1 gramm csontig terjedhet, felhasználható. Ha a régészeti csontanyag rosszul megőrződik, előfordulhat, hogy nem marad elegendő túlélő biológiai anyag az elemzés megbízhatóságához. Azokban az esetekben azonban, amikor a csontok jól megőrződtek, az izotópos aláírásokat reprezentatívnak tekintik a vizsgált egyedi mintára (akár emberre, akár állatra).
a kis csontmintát ezután kémiai eljárásokkal kezeljük, a kérdéses elemzéstől függően. Például a szén – és nitrogénstabil izotópok elemzéséhez a csontot megfelelő ideig sósavban (HCl) mossuk, amíg a csontminta készen áll a következő kémiai lépésekre. Ezeket a folyamatokat úgy hajtják végre, hogy a “tiszta” csontkollagént kivonják a csontot alkotó további komponensekből, például lipidekből és fehérjékből.
a kollagén kivonását követően ezt előkészítik és tömegspektrométerrel lemérik elemzésre. A tömegspektrométer az atomok és molekulák tömegének és relatív koncentrációjának mérésével működik. Ezeket összehasonlítják a Bécsi Nemzetközi Atomenergia Ügynökség által meghatározott szabványos referenciaanyagokkal. A globális és nemzeti (NIST) szabványok referenciaanyagként való használata azt jelenti, hogy az izotópos eredmények összehasonlíthatók a régészeti lelőhelyek között. Fontos azonban megjegyezni, hogy egy adott idő és hely izotópértékeit is meg kell határozni annak érdekében, hogy megértsük a különböző helyi (környezeti és kulturális) folyamatokat, amelyek folyamatosan működnek.
izotópok és a környezet vizsgálata
számos tudományos terület izotópos elemzést alkalmaz a múltbeli éghajlat és környezet tanulmányozására. A régészet sem kivétel. Fontos meghatározni egy adott idő és hely környezeti körülményeit annak érdekében, hogy jobban megértsük azokat a tényezőket, amelyek befolyásolhatták a közösség fejlődését. Az éghajlat hosszú és rövid távú változásai drámai hatással lehetnek arra, hogy az emberek miként szerezhetik be vagy állíthatják elő élelmiszereiket. Ezenkívül az ilyen típusú változások befolyásolhatják, hogy az emberek hol és / vagy mikor mozoghatnak a tájban. Például az éghajlat melegebb vagy szárazabb környezetből nedvesebb és enyhébb környezetbe való elmozdulása lehetővé tette az emberek számára, hogy új területre költözzenek, hogy olyan földforrásokat használjanak fel, amelyek korábban nem voltak alkalmasak az állatok gazdálkodására vagy terelésére.
a környezet izotópos mutatóit leggyakrabban az oxigén izotópok vizsgálatával vizsgálják. A különböző oxigén izotóp értékek reprezentatívak a melegebb és szárazabb éghajlatra, szemben a hidegebb és nedvesebbekkel. Ezenkívül a nitrogén izotópok tükrözhetik az éghajlatot, mivel a szárazabb környezetben élő növények, állatok és emberek dúsított nitrogén-15 értékeket mutathatnak az enyhébb környezetekhez képest. Ezt a Borz lyuk helyén találták, ahol több bölénycsont elemzése jelentősen dúsított nitrogén-15 értékeket mutatott, jelezve a rendkívül száraz környezet lakását.
izotópok és az étrend tanulmányozása
az őskori népek étrendjének tanulmányozása elengedhetetlen része annak megértéséhez, hogy a múltbeli közösségek hogyan voltak képesek túlélni és alkalmazkodni bizonyos környezeti és társadalmi körülmények között. A múltbeli étrend vagy paleodiet vizsgálata nyomokat ad arra vonatkozóan, hogy őseink hogyan használták fel a természeti erőforrásokat, sőt hogyan módosították saját környezetüket az élelmiszer előállítása érdekében. Például Észak-Amerikában az emberi táplálkozás egyik legszélesebb körben tanulmányozott aspektusa a kukorica mezőgazdaság (gazdálkodás) mint a megélhetés egyik fő formája az új világban. A szén-és nitrogénstabil izotópok azok, amelyeket a legszélesebb körben használnak étrendi rekonstrukciókhoz. Ezeket az izotópokat leggyakrabban a tengeri és a szárazföldi (szárazföldi) állatok étrendjének és bizonyos típusú növényi erőforrások (például kukorica és köles) bevitelének tanulmányozására használták.
az izotópok felhasználhatók az étrend felmérésére, mivel közvetlen kapcsolat áll fenn az elfogyasztott étel típusa és a megfelelő izotópos “aláírás” között, amely mind az emberek, mind az állatok csontkollagénjében található. Például, amikor egy állat, például egy tehén vagy juh megeszik egy bizonyos típusú füvet vagy növényt, csontjaikban vagy fogaikban izotóp értéket mutatnak, amely reprezentatív az adott típusú fűre vagy növényre. Ezen túlmenően, mivel az emberek állati fehérjét fogyasztanak, olyan erőforrásokból, mint a szárazföldi állatok (pl., tehenek, juhok vagy kecskék) és a vízi erőforrások (például halak és kagylók) izotópos értékeket mutatnak, amelyek egy adott “trofikus szinten” helyezkednek el.”A trofikus szintet legegyszerűbben úgy magyarázzák, hogy egy szervezet (ezekben az esetekben ember vagy állat) egy adott táplálékláncon belül helyezkedik el.
a megélhetés (vagy étrend) változásait és alkalmazkodását a társadalmi-politikai és gazdasági körülmények alakulása, az éghajlati és ökológiai átmenetek, sőt az egyéni választás is ösztönözheti. Az étrend változásai egy adott közösségen belül előfordulhatnak mind nagy, mind kis léptékben, valamint az idő múlásával gyorsan vagy fokozatosan. A paleodietary rekonstrukció más útjaival ellentétben, amelyek általában kontextuális régészeti, néprajzi és történelmi bizonyítékokon alapulnak, a stabil izotóp-elemzés lehetővé teszi az étrend összetételének közvetlen vizsgálatát a csontok elemzésén keresztül.
izotópok és a mobilitás vizsgálata
a mobilitás és a migráció tanulmányozása a múltban számos különböző régészeti módszerrel közelíthető meg, mint például az üveg, kerámia és fémtárgyak eredetvizsgálata, és egyes esetekben még az ősi DNS (ADNS) tanulmányozása is. Az emberek sokféle célból mozognak. Lehet, hogy az optimálisabb erőforrásokat keresik, házasság, hadviselés, kereskedelem és számos más ok miatt. A stroncium (87sr/86sr) és az oxigén (18o) izotópokat leggyakrabban az emberek és állatok múltbeli mozgásának rekonstruálására használják egy adott időben és helyen. A mobilitás vizsgálatakor, ezeket az izotópokat használják annak meghatározására, hogy egy személy vagy állat “helyi” – e egy adott területen, összehasonlítva a minta csont-és fogzománcának izotópértékeit a helyi izotópértékekkel, amelyeket az adott földrajzi helyre kell megállapítani. Egy adott hely” helyi ” értékeit egy adott hely geológiájának tanulmányozásával határozzák meg, a stroncium esetében, valamint a helyi talajvízkészletek és a csapadék (csapadék és hó) elemzésével, az oxigén esetében. E feltételezés alapján feltételezzük, hogy ha az egyén izotópértékeket mutat, amelyek megegyeznek vagy azon a tartományon belül vannak, amelyben felfedezték (vagy eltemették), akkor feltételezhető, hogy eredetileg a területről származtak.
emberekben és állatokban a csont és a fogzománc izotóparánya tükrözi azokat a geológiai szubsztrátumokat, amelyekből táplálékfelvételük (növényi, állati és víz) származik. Az emberi csontokból és fogakból származó stroncium izotóp értékek felhasználhatók az egyén gyermekkori tartózkodási helyének meghatározására, ha a helyi értékek tartományát átfogóan meghatározták egy adott területre vonatkozóan. Például néhány tanulmány megvizsgálta az egyének fogzománcát, amely a korai gyermekkorban alakul ki, és összehasonlította az izotóp értékeket ugyanazon egyén csontértékeivel. Amikor a két eredmény nagymértékben eltér, megállapítható, hogy gyermekkoruk legalább egy részét olyan földrajzi helyen töltötték, amely különbözött attól, ahol eltemették őket, és végül régészeti vizsgálatok révén felépültek.
írta: Michelle Machicek, PhD (posztdoktori kutató), Cornell Egyetem, antropológiai Tanszék és Smithsonian Intézet, Nemzeti Természettudományi Múzeum a Time Team America számára (2013).
További Olvasmányok
Bentley, R. A., 2006. Stroncium izotópok a Földtől a régészeti csontvázig: áttekintés. Régészeti módszer és elmélet folyóirat 13: 135-187.
Ár, D. T. 2008. Izotópok és emberi migráció: esettanulmányok a biogeokémiában. H. Schutkowski (Szerk. Biológia és kultúra között. Cambridge: Cambridge University Press.
Schwarcz, H. P., White, C. D. és Longstaffe, F. J. 2010. Stabil és Radiogén izotópok a biológiai régészetben: néhány alkalmazás. J. B. West, G. J. Bowen, T. E. Dawson és K. P. Tu (Szerk. Isoscapes: a mozgás, a minta és a folyamat megértése a Földön az izotóp térképezésen keresztül. New York: Springer Tudomány + Üzleti Média B. V.