L’analisi isotopica viene utilizzata in una varietà di campi in tutte le scienze, come la geologia, la biologia, la chimica organica e l’ecologia. L’archeologia, che si trova tra le scienze naturali e le scienze sociali, ha adattato le tecniche sviluppate in questi campi per rispondere a domande sia archeologiche che antropologiche che abbracciano il globo sia nel tempo che nello spazio. Le domande che vengono affrontate nel campo dell’archeologia riguardano più comunemente lo studio della dieta e della mobilità nelle popolazioni passate. Mentre la maggior parte delle persone hanno familiarità con l “analisi isotopica relativi allo studio del radiocarbonio incontri o C-14, meno hanno familiarità con l” analisi di altri isotopi che sono presenti in materiale biologico come l ” osso umano o animale. Gli isotopi più ampiamente studiati per affrontare queste domande sono Carbonio-13 (13C), Azoto-15 (15N), Ossigeno-18 (18O) e stronzio (87Sr/86SR). Gli isotopi stabili di 13C, 15N e 18O differiscono dall’analisi di 14C in quanto non decadono costantemente nel tempo, quindi non c’è “emivita.”Piuttosto, rimangono costanti nel tempo, da qui il termine isotopi stabili. L’esplorazione di isotopica identificatori della mobilità, dell’ambiente, e di sussistenza, in passato, ha anche attualità, in quanto possono aiutare a informare le politiche relative alla protezione del patrimonio, la gestione delle risorse e la sostenibilità e forse più significativamente, ci aiutano a saperne di più circa la notevole capacità della nostra specie di adattarsi e sopravvivere in un qualsiasi numero di ambientali e culturali.
Metodi di analisi isotopica
Per studiare isotopi stabili da ossa umane e animali, è necessario un campione molto piccolo di osso per l’analisi. A causa dei progressi nella spettrometria di massa accelerata (AMS), è possibile utilizzare un piccolo campione che può variare da 200 milligrammi a 1 grammo di osso. Quando il materiale osseo archeologico è mal conservato, potrebbe non esserci abbastanza materiale biologico sopravvissuto affinché l’analisi sia affidabile. Tuttavia, nei casi in cui le ossa sono ben conservate, le firme isotopiche sono considerate rappresentative del singolo campione (umano o animale) che viene studiato.
Il piccolo campione osseo viene quindi trattato attraverso una serie di procedure chimiche, a seconda della particolare analisi in questione. Ad esempio, per l’analisi di isotopi stabili di carbonio e azoto, l’osso viene lavato in acido cloridrico (HCl) per un periodo di tempo appropriato fino a quando il campione osseo è pronto per le prossime fasi di chimica. Questi processi vengono eseguiti per estrarre il collagene osseo “puro” da componenti aggiuntivi che compongono l’osso, come lipidi e proteine.
Una volta estratto il collagene, questo viene preparato e pesato per l’analisi nello spettrometro di massa. Lo spettrometro di massa funziona misurando le masse e le concentrazioni relative di atomi e molecole. Questi sono confrontati utilizzando materiali di riferimento standard stabiliti dall’Agenzia internazionale per l’energia atomica di Vienna. L’uso di standard globali e nazionali (NIST) come materiale di riferimento significa che i risultati isotopici possono essere confrontati tra i siti archeologici. Tuttavia, è importante ricordare che i valori isotopici di un particolare tempo e luogo devono essere determinati anche per comprendere i vari processi locali (ambientali e culturali) che sono costantemente al lavoro.
Gli isotopi e lo studio dell’ambiente
Molti campi scientifici utilizzano l’analisi isotopica per studiare il clima e l’ambiente passati. L’archeologia non fa eccezione. È importante determinare l’impostazione ambientale di un particolare momento e luogo al fine di ottenere una migliore comprensione dei fattori che potrebbero aver influenzato il modo in cui una comunità si è sviluppata. I cambiamenti climatici a lungo e breve termine possono avere un impatto drammatico sui modi in cui le persone possono procurarsi o produrre il loro cibo. Inoltre, questi tipi di cambiamenti possono influenzare dove e/o quando le persone possono muoversi in tutto il paesaggio. Ad esempio, uno spostamento del clima da un ambiente più caldo o più arido a uno più umido e più mite, potrebbe aver permesso alle persone di trasferirsi in una nuova area per utilizzare risorse territoriali che prima non erano adatte all’agricoltura o all’allevamento di animali.
Gli indicatori isotopici dell’ambiente sono spesso studiati attraverso lo studio degli isotopi di ossigeno. Diversi valori di isotopi di ossigeno sono rappresentativi di climi più caldi e più secchi, rispetto a quelli che erano più freddi e più umidi. Inoltre, gli isotopi di azoto possono riflettere il clima, in quanto le piante, gli animali e gli esseri umani che abitano ambienti più aridi possono visualizzare valori di azoto-15 arricchiti rispetto a quelli provenienti da ambienti più miti. Questo è stato trovato nel caso del sito di Badger Hole, dove l’analisi di molte delle ossa di bisonte ha mostrato valori di azoto-15 significativamente arricchiti, indicando l’abitazione di un ambiente estremamente arido.
Isotopi e lo studio della dieta
Lo studio della dieta dei popoli preistorici è una parte essenziale della comprensione di come le comunità passate erano in grado di sopravvivere e adattarsi all’interno di particolari contesti ambientali e sociali. L’indagine sulla dieta passata o paleodieta fornisce indizi su come i nostri antenati hanno fatto uso delle risorse naturali e persino su come hanno modificato i propri ambienti per produrre cibo. Ad esempio, uno degli aspetti più ampiamente studiati della dieta umana in Nord America è stata la ricerca dell’introduzione e dello sviluppo dell’agricoltura del mais (agricoltura) come una delle principali forme di sussistenza nel Nuovo Mondo. Gli isotopi stabili del carbonio e dell’azoto sono quelli più ampiamente usati per le ricostruzioni dietetiche. Questi isotopi sono stati usati più comunemente per studiare le diete di animali marini rispetto a quelli terrestri (terrestri) e l’assunzione di particolari tipi di risorse vegetali (ad esempio mais e miglio).
Gli isotopi possono essere utilizzati per valutare la dieta perché esiste una relazione diretta tra il tipo di cibo consumato e la corrispondente “firma” isotopica trovata nel collagene osseo sia degli esseri umani che degli animali. Ad esempio, quando un animale come una mucca o una pecora mangia un certo tipo di erba o pianta, esibirà un valore isotopico nelle ossa o nei denti rappresentativo di quel particolare tipo di erba o pianta. Inoltre, poiché gli esseri umani consumano proteine animali, da risorse come gli animali terrestri (ad es., mucche, pecore, o capre) e le risorse acquatiche (ad esempio, pesce e crostacei) essi esibiranno valori isotopici che li situano all’interno di un particolare “livello trofico.”Un livello trofico è spiegato più semplicemente come dove un organismo (umano o animale in questi casi) si trova all’interno di una particolare catena alimentare.
La variazione e l’adattamento nella sussistenza (o nella dieta) possono essere stimolati dagli sviluppi delle circostanze socio-politiche ed economiche, nonché dalle transizioni climatiche ed ecologiche e persino dalla scelta individuale. I cambiamenti nella dieta all’interno di una particolare comunità possono verificarsi a scale grandi e piccole, nonché rapidamente o gradualmente nel tempo. A differenza di altre vie per la ricostruzione paleodietaria, che sono generalmente basate su prove archeologiche, etnografiche e storiche contestuali, l’analisi degli isotopi stabili fornisce un modo per indagare direttamente la composizione dietetica attraverso l’analisi delle ossa stesse.
Gli isotopi e lo studio della mobilità
Lo studio della mobilità e della migrazione nel passato può essere affrontato attraverso una serie di diversi metodi archeologici, come gli studi di provenienza di manufatti in vetro, ceramica e metallo e in alcuni casi anche attraverso lo studio del DNA antico (aDNA). Gli esseri umani si muovono per molti scopi diversi. Essi possono muoversi alla ricerca di risorse più ottimali, per il matrimonio, guerra, commercio, e una miriade di altri motivi. Gli isotopi di stronzio (87Sr/86Sr) e ossigeno (18O) sono più comunemente usati per ricostruire i movimenti passati di persone e animali in un determinato momento e luogo. Quando si indaga la mobilità, questi isotopi sono utilizzati per determinare se una persona o un animale è “locale” ad una particolare area confrontando i valori isotopici da osso e smalto dentale del campione con valori isotopici locali che devono essere stabiliti per quella specifica posizione geografica. I valori “locali” di un luogo specifico sono determinati studiando la geologia sottostante di un determinato luogo, nel caso dello stronzio, e attraverso l’analisi delle risorse sotterranee locali e delle precipitazioni (precipitazioni e neve), nel caso dell’ossigeno. Sotto questa ipotesi si è preso che se un individuo visualizza valori isotopici che sono gli stessi o all ” interno della gamma per la regione in cui sono stati scoperti (o sepolti) allora può essere possibile suggerire che erano dalla zona in origine.
Nell’uomo e negli animali, i rapporti isotopici dell’osso e dello smalto dentale riflettono i substrati geologici su cui sono stati assunti con la dieta (piante, animali e acqua). I valori isotopici di stronzio da ossa e denti umani possono essere utilizzati per determinare il possibile luogo di residenza infantile per un individuo quando la gamma di valori locali è stata stabilita in modo completo per una particolare area. Ad esempio, alcuni studi hanno studiato lo smalto dentale degli individui, che si forma nella prima infanzia, e hanno confrontato i valori isotopici con i valori ossei dello stesso individuo. Quando i due risultati variano notevolmente, si può determinare che hanno trascorso almeno una parte della loro infanzia in una posizione geografica che differiva da dove sono stati sepolti e alla fine recuperati attraverso indagini archeologiche.
Scritto da Michelle Machicek, PhD (ricercatore post-dottorato), Cornell University, Dipartimento di antropologia e Smithsonian Institution, Museo Nazionale di Storia Naturale per Time Team America (2013).
Ulteriori letture
Bentley, R. A., 2006. Isotopi di stronzio dalla terra allo scheletro archeologico: una rassegna. Journal of Archaeological Method and Theory 13: 135-187.
Prezzo, D. T. 2008. Isotopi e migrazione umana: casi di studio in biogeochimica. In H. Schutkowski (Ed.) Tra biologia e cultura. Cambridge: Cambridge University Press.
Schwarcz, H. P., White, C. D., e Longstaffe, F. J. 2010. Isotopi stabili e radiogenici in archeologia biologica: alcune applicazioni. In JB West, GJ Bowen, T. E. Dawson, e K. P. Tu (Eds.) Isoscapes: Comprensione del movimento, del modello e del processo sulla Terra attraverso la mappatura degli isotopi. New York: Springer Science + Business Media B. V.