Luumateriaalin stabiili-isotooppitutkimuksesta

Niin, mitkä ihmeen stabiilit isotoopit?

Alkuaineen atomeilla voi olla erisuuri määrä neutraaleja hiukkasia, neutroneja, ytimissään. Näitä kokoonpanoja kutsutaan alkuaineen isotoopeiksi. Esimerkiksi hiilellä on kolme isotooppia, 12C, 13C ja 14C, joista kaksi ensimmäistä on stabiileja eli vakaita ja isotooppi 14C puolestaan radioaktiivinen. Vaikka isotooppien kemialliset ominaisuudet ovat yhtäläiset, pieni massaero atomien välillä voi aiheuttaa hieman toisistaan poikkeavan käyttäytymisen fysikaalisissa prosesseissa ja kemiallisissa reaktioissa. Tämän seurauksena alkuperäinen isotooppikoostumus voi muuttua. Muutokset ovat yleensä hyvin pieniä ja niiden määrittämiseen on kehitetty tarkoitukseen sopiva isotooppisuhdemassaspektrometri (IRMS, Isotope Ratio Mass Spectrometer).

Tutkimuksessa käytettävä perusolettamus on se, että yksilön luustossa heijastuu sen käyttämän ruokavalion isotooppikoostumus.

Stabiilit isotoopit arkeologiassa

Arkeologisilta löytöpaikoilta tavattu ihmisten ja eläinten käyttämään ravintoon liittyvä aineisto on usein hyvin fragmentaarista tai se saattaa puuttua kokonaankin. Esimerkiksi lihaa ja rasvaa tai kasvinosia säilyy harvemmin, mutta luut ovat puolestaan löytötyyppinä yleisiä. Luiden lisäksi isotooppitutkimuksia tehdään esimerkiksi hiuksista, tekstiileistä ja metalleista. Luumateriaalin kemiallisen koostumuksen analysoiminen tarjoaa mitattavissa olevan arvion yksilötason ravinnosta. Eri-ikäisiä löytöjä vertailemalla on mahdollista tutkia pitkien aikojen keskiarvoja yksilötasolta populaatiotasolle saakka.  Mittaustulosten pohjalta tehtävä tietokonemallintaminen tarkentaa koko ajan kuvaamme muinaisista elinkeinoista.

Stabiili-isotooppitekniikoita on käytetty arkeologisen tutkimuksen työkaluna jo 1970-luvun lopulta lähtien, jolloin van der Merwe ja Vogel julkaisivat tutkimuksensa maissin ravintokulutuksen alkamisesta ja yleistymisestä Pohjois-Amerikassa esihistoriallisella ajalla. Tämän jälkeen stabiili-isotooppitekniikoihin pohjautuvia arkeologisia ja paleoantropologisia tutkimuksia on julkaistu tuhansia, viimeisimpien joukossa mm. useisiin isotooppisysteemeihin perustuva tutkimus kuningas Rikhard III:n elämänhistoriasta ja ravintotottumuksista. Hammaskiilteen happi-isotooppiarvojen perusteella voitiin arvioida Rikhard III muuttaneen Itä-Englannista 7. ikävuoteensa mennessä, kun taas luuston happi-isotooppitasot viittasivat hallitsijan alkaneen juoda mittavia määriä viiniä elämänsä loppuvaiheilla. Luiden typpi-isotooppiarvot kertoivat lisäksi ylellisiksi luokiteltujen ruokien, kuten riistalintujen ja makean veden kalan, kulutuksen kasvusta kuninkaaksi nousun jälkeen.

Yksi erityisesti Euroopassa suosiota saavuttanut tutkimusaihe on ollut se, missä vaiheessa täällä ollaan siirrytty keräilystä maanviljelykseen.

Voit lukea hautalöytöjen stabiili-isotooppitutkimuksen perusteista lisää suomeksi tästä linkistä (s. 80 eteenpäin) sekä Maria Lahtisen ja Markku Oinosen Muinaistutkija-artikkelista.

 

Kollageeni

Luun kaksi yleisintä proteiinia ovat tyypin 1 kollageeni sekä osteokalsiini eli luun Gla-proteiini. Näistä kollageenia käytetään yleisesti luiden stabiili-isotooppitutkimuksessa. Kollageeni on kolmoiskierteinen proteiini, joka on muodostunut pitkänomaisista kuiduista. Kollageenin etuja ovat sen suuri määrä, noin 25 % luun painosta, ja eristämisen helppous: näiden ominaisuuksiensa vuoksi kollageenista on muodostunut hyvä materiaali stabiili-isotooppianalyyseja varten. Palamattomien luiden radiohiiliajoitus tehdään yleensä myös kollageenista. Tutkimuksen tekoa helpottaa se, että samaa esikäsittelymenetelmä voidaan käyttää useampaa analyysia varten. Kemiallisen esikäsittelyn läpikäynyttä kollageenia voidaan käyttää melko vähällä vaivalla myös muiden isotooppisuhteiden mittaamisessa.

 

Isotooppisysteemeistä tarkemmin

Stabiileihin isotooppeihin perustuvat menetelmät ovat olleet jo useita kymmeniä vuosia käytössä ja tiedon lisääntyessä tulosten luista saatavan tiedon tulkintamahdollisuudet ovat koko ajan kehittyneet. Luiden ja hampaiden happi- (δ18O), hiili- (δ13C), typpi- (δ15N) ja rikki-isotooppikoostumukset (δ34S) heijastavat kuluttamamme ruoan ja juoman isotooppiarvoja. Kukin isotooppisysteemi kertoo omaa tarinaansa:

δ13C- ja δ15N-arvot ilmentävät ruokavalion proteiinien ja hiilihydraattien määriä ja lähteitä. Ne mahdollistavat muun muassa eläin-/kasvi-/meri-/maa-/järviperäisten proteiinilähteiden erottelun.

δ18O-tasot kuvastavat pääasiassa juodun nesteen isotooppiarvoja, ja mahdollistavat toisaalta sadannan isotooppiarvojen haarukoinnin ja näin ollen muukalaisten tunnistamisen, keskimääräisten ilman lämpötilojen rekonstruoinnin ja toisaalta esimerkiksi juomakulttuurin tarkastelun.

Luuston δ34S-arvot kertovat elinalueen kallioperän rikkikoostumuksesta, mikä mahdollistaa yksilöiden asuinalueiden sijainnin arvioimisen huomattavasti pienemmin kustannuksin kuin samaan periaatteeseen pohjautuva strontiumisotooppianalyysi. Rikin isotooppien avulla voidaan lisäksi arvioida järvikalan osuutta ravintoproteiinin saannissa.

Aivan viime vuosina yksittäisten luustokollageenin aminohappojen komponenttispesifinen isotooppianalyysi (compound-specific isotope analysis of amino acids; CSIAaa) on mullistanut meriperäisten ja akvaattisten resurssien erottelumahdollisuudet muinaisruokavaliotutkimuksessa.

 

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google photo

Olet kommentoimassa Google -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s