Summary
L’analyse des isotopes carbone et oxygène stable de carbonate d’émail de dents humaines et animales a été utilisé comme un proxy pour régime individuel et de la reconstruction environnementale. Ici, nous fournir une description détaillée et une documentation visuelle de produits en vrac et séquentielle des dents émail échantillonnage ainsi que le prétraitement des échantillons archéologiques et paléontologiques.
Abstract
Stable carbone et oxygène l’analyse isotopique du carbonate d’émail de dents humaines et animales a été appliquée au Paléo, paléoécologique et recherches paléoenvironnementales de périodes de l’histoire récentes à plus de 10 millions ans. Approches en vrac fournissent un échantillon représentatif pour la période de minéralisation de l’émail, tandis que les échantillons séquentiels dans une dent peuvent suivre les changements alimentaires et environnementaux pendant cette période. Bien que ces méthodes ont été largement appliqués et décrits en archéologie, écologie et la paléontologie, il n’y a eu aucune directive explicite afin de faciliter la sélection de matériel de laboratoire nécessaire et à décrire soigneusement laboratoire détaillées d’échantillonnage et protocoles. Dans cet article, nous documentons textuellement et visuellement, l’ensemble du processus d’échantillonnage par prétraitement et diagénétique de dépistage à diffuser plus largement la méthodologie aux chercheurs d’envisager son application dans une variété de paramètres de laboratoire.
Introduction
Les analyses des isotopes carbone et oxygène stables de carbonate d’émail de dents a été utilisé pour étudier au-delà de l’apport alimentaire humaine, sevrage et mobilité, ainsi que reliance faunique sur la végétation, la circulation des animaux et de l’élevage foddering. Ces applications ont été complètement discutées et examinées pour une variété de conditions environnementales indiquant les effets de l’aridité de locale, température, sources d’eau et végétation compositions1,2, 3,4,5,6. La diversité des applications potentielles en archéologie et en paléontologie, ainsi que la bonne préservation des dents émail carbonate, a fait un matériau attrayant pour les isotopes stables de travail3. Méthodes d’échantillonnage, le prétraitement et le dépistage de la diagenèse sont brièvement décrites dans un certain nombre de précédents publications1,7. Cependant, des manifestations verbales et visuelles approfondies restent largement indisponibles, particulièrement pour les personnes en dehors des laboratoires de science archéologique et parmi les groupes de laboratoire avec un financement limité, où l’intérêt dans l’utilisation de cette technique est en augmentation 5.
L’émail des dents est principalement composé de hydroxyapatite (bioapatite) cristallites8 plus grand que ceux dans les os, les rendant plus résistantes à la substitution ionique diagénétique post-mortem et contamination3. Les études modernes ont montré que le carbone stable isotope (δ13C) mesures de faunal dent émail fiable record animaux alimentation et comportement9,10. La valeur d’isotope (δ18O) oxygène stable de l’émail dentaire est déterminée par la composition isotopique de l’oxygène de l’eau ingérée, ce qui comprend l’eau dans les plantes et aliments d’origine animale, eau potable, la respiration, ainsi que divers impacts environnementaux sur l’eau qui peut conduire à davantage de fractionnement isotopique (e.g., aridité, température, altitude, quantité de précipitations, continental carte)11. Il est d’une méthode populaire pour la reconstruction alimentaire et environnementale dans la recherche archéologique, paléontologique et paléoécologique.
La période de formation de l’émail dentaire est relativement courte (ans) et varie en fonction de la dent à échantillonner. Pour l’homme, premier émail molaire minéralise entre la naissance et l’âge de 3 ans, prémolaires minéralisent entre 1,5 et 7 ans, deuxièmes molaires minéralisent âgés de 2,5 à 8 ans et troisièmes molaires minéralisent pendant l’adolescence, entre 7 et 16 ans12 . Étant donné que formes d’émail de dents progressivement au cours de sa période de formation, pouvoir être échantillonné en vrac le long de l’axe de toute croissance ou échantillonnée de façon séquentielle afin d’étudier les changements de régime alimentaire et l’environnement qui ont eu lieu au cours de la période de formation13 . Changement alimentaire ordonnées chronologiquement dans une dent donnée est observable pour les humains et autres animaux1,14, fournissant des informations concernant les variations interannuelles de saisonniers et diététiques.
Alors que l’émail est habituellement résistant à la diagenèse, modifications isotopiques résultant de l’environnement funéraire sont possibles et ont été observées15,16, ce qui rend utile vérifications expérimentales et choix de prétraitement. S’il n’est pas la méthode disponible uniquement, Fourier transform la spectroscopie infrarouge (FTIR), en particulier dans le Mode de Transmission a atténué, a émergé comme un rapide, peu coûteux et la méthode relativement accessible pour évaluer les altérations taphonomiques dans l’émail des dents, en particulier dans des contextes paléontologique17,18,19,20. Cependant, des protocoles détaillés et normes d’enregistrement restent relativement inaccessibles à beaucoup de gens dehors les domaines de la science de géochimie ou matériel.
Temps de réaction et les produits chimiques utilisés par les chercheurs dans le prétraitement de l’émail dentaire varient aussi considérablement dans la littérature, souvent avec un examen limité quant à ce que cette variabilité peut faire pour stables du carbone et les valeurs des isotopes d’oxygène de l’échantillon21 ,,22. Nous rapportons ici une approche que les utilisations diluer l’acide acétique (0,1 M) pour le prétraitement des échantillons de poudre d’émail. Toutefois, étant donné que les différences entre les mesures isotopiques résultant de prétraitement sont relativement mineurs pour l’émail des dents, il est préférable pour les chercheurs de suivre les protocoles pour les ensembles de données avec laquelle ils veulent comparer leurs données à11. En outre, lorsque les petits échantillons séquentiels sont prises, en particulier sur des échantillons de l’Holocène, aucun prétraitement ne peut être choisi (à la suite des essais diagénétiques pilotes) pour éviter le gaspillage de l’échantillon.
Bien que les méthodes que nous rapportons ici ne sont en aucun cas nouveau, à notre connaissance, c’est la première fois qu’une documentation écrite et visuelle approfondie de vrac et d’échantillonnage séquentiel, choix de prétraitement et méthodes cocher diagénétique (sous forme de FTIR) pour dent émail ont été largement diffusés auprès d’un public varié académique. Même si nous espérons que nos efforts feront cette approche plus facilement accessible à un plus grand nombre d’individus et de laboratoires, chercheurs désireux d’appliquer et de publier cette technique doivent être conscients des minimum de normes, considérations diagénétiques, d’information et exigences de présentation supervisé ailleurs20, ainsi que les complexités d’interprétation possibles qui seront propres à leur région d’étude, taxons analysés et temps de période5.
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Protocol
Le protocole suivant suit les directives du laboratoire de spectrométrie de masse lumière isotopique à l’Institut Max Planck pour la Science de l’histoire humaine. Autorisations d’éthique approprié de comités nationaux et internationaux devraient être recherchées pour analyses impliquant des spécimens fauniques modernes ou historiques en voie de disparition et l’utilisation du matériel archéologique et faunique d’intérêt aux intervenants contemporains . Dans cet article, les échantillons utilisés étaient des spécimens archéologiques et fossiles. Pas d’humains vivants ont été utilisées dans cette étude et autorisations complet éthiques, institutionnelles et gouvernementale ont été acquis pour toute analyse destructive.
1. échantillonnage en vrac
Remarque : Pour les humains et les animaux, la méthode de base du vrac émail des dents l’échantillonnage est l’application d’un foret au bord vestibulaire de la dent.
- Nettoyez la surface extérieure de la dent (~0.1 mm) à l’aide d’un tir de blaster d’aluminium ou par abrasion douce avec l’installation de forage. Utiliser une perceuse à main avec un propre diamantée foret (voir ci-dessous), de même forme, fixée par un mandrin à l’installation de forage. S’assurer que l’abrasion douce et même est exécutée dans une rainure parallèle à l’axe de toute croissance (Figure 1 et Figure 2).
- Essayez, si possible, d’appliquer la méthode à la même portion de la dent pour chaque être humain ou l’animal échantillonné.
Remarque : Dans la recherche humaine de paléo, troisièmes molaires sont généralement favorisés comme représentatifs de la fin pour enfants/adultes alimentation alors que les premières molaires sont évités en raison d’effets23le sevrage. La dent préférée pour chaque taxon et la période de la vie représentée, varie selon les échantillons disponibles et la question à l’étude. - Percer dans une pièce bien aérée, tout en portant un masque pour éviter l’inhalation de poudre d’émail de dents. Porter des lunettes pour protéger les yeux. Sachez que la quantité de poudre d’échantillon percé variera selon l’équipement utilisé pour l’analyse, protocole de prétraitement et la taille de la dent. Percez à vitesse lente afin d’éviter que le chauffage de l’échantillon.
Note : Environ, 4-8 mg de poudre de l’échantillon est un objectif à retenir pour les multiples analyses utilisant un système de préparation et introduction de gaz en ligne pour les tests diagénétiques et de spectrométrie de masse à rapport isotopique. Sachez que la vitesse de la perceuse choisie dépendra de la fragilité de l’échantillon et sera nécessitent un certain niveau de tâtonnements. En général, sur une perceuse à main, deux des cinq barres de force sont suffisants. Percer la poudre dentifrice sur un morceau de papier d’aluminium propre ou papier de pesage. - Recueillir la poudre d’émail qui en résulte et le transférer dans un tube à centrifuger-micro 1,5 mL qui a été taré sur un équilibre bien précis avant de percer. Etiqueter chaque tube avec la désignation de l’échantillon (Figure 3). Enregistrer le poids de l’échantillon de numéros et de l’émail dans un cahier de laboratoire, mais aussi une base de données électronique.
- Avant de percer chaque nouvelle dent, nettoyer les mèches utilisées tout d’abord à l’aide de 0,5 M HCl sur un tissu robuste. Laver ensuite la mèche avec un solvant organique (par exemple l’acétone, le méthanol ou éthanol) à l’aide d’un tissu robuste.
- Suite à un forage assis, nettoyer l’espace de travail soigneusement avec un aspirateur, ou une pelle et brosse. Essuyez l’espace d’échantillonnage avec du méthanol. Passez l’aspirateur ou vaporiser légèrement le forage à l’air comprimé pour enlever la poussière et l’échantillon de poudre entre les échantillons.
2. d’échantillonnage
Remarque : D’échantillonnage séquentiel peut être abordée dans une variété de formes et dépendra du taxon échantillonné, la taille de la dent, ainsi que la résolution temporelle souhaitée.
- Nettoyer la surface de la dent à échantillonner en enlevant une très mince couche (~0.1 mm) de l’émail dentaire externe.
- Percer les échantillons le long de la surface buccale perpendiculaire à l’axe de croissance de la dent, en cours d’exécution de sa jonction avec la racine émail jusqu’au sommet de la Couronne. Percer les bandes horizontales perpendiculaires à l’axe de croissance, pour chaque échantillon, résultant dans une rainure large de 1 à 2 mm dans l’ensemble de la couche d’émail (Figure 1 et Figure 4). Veiller à ne pas percer l’émail dans la dentine comme il contaminerait l’échantillon et la mesure qui en résulte.
Remarque : Le nombre d’échantillons prélevés varie selon la résolution souhaitée mais ch. 10 représente un objectif approprié pour étudier les changements saisonniers δ13C et δ18O pour un Hypsodonte la taille des bovins domestiqués. - Choisissez la mèche appropriée pour chaque échantillon, la largeur de la ligne d’échantillonnage est déterminée par le diamètre du foret.
- Utiliser une configuration de plate-forme pour des dents plus délicats nécessitant un plus grand nombre d’échantillons élémentaires (Figure 2) (p. ex.., dents humaines), ainsi que pour le forage plus stable. Mettre en place le support de plate-forme qui détient la perceuse en toute sécurité, avec la mèche vers le bas.
Remarque : Alors que quatre échantillons peuvent facilement être obtenues d’une molaire humaine permanente à l’aide d’une approche à main24, échantillonnage plus fine nécessite une plate-forme ou méthode ablation laser CO2 qui ne seront pas discutés ici14. Une autre approche courante consiste à utiliser un Microprélèvement semi-automatisé25. - Tenir la dent ou s’attache à une pince. Appuyez sur l’émail des dents contre le foret et appliquez une pression. Les échantillons sont percés progressivement le long de la surface buccale de l’apex (occlusale) à la base de la Couronne à l’endroit de la jonction émail-racine (ERJ). Reproduire le même échantillon forage stratégie plusieurs fois chaque ligne consécutifs parallèle à la ligne précédente d’échantillon de forage. Utiliser un foret de petit diamant cylindrique pour dents délicats, tels que les molaires de moutons, d’un diamètre de 1 mm (Figure 1).
- Mesurer la distance de chaque conduite de prélèvement de l’ERJ utilisant des étriers et enregistrer cette distance pour comparaison.
- Suivez les étapes 1.3 à 1.6 ci-dessus.
Remarque : Si petites dents délicates sont en cours d’analyse et méthodes de prétraitement et diagénétique cocher ne sont pas appliquées, échantillons aussi petites que 1-4 mg permet d’obtenir des résultats fiables sur un montage de préparation et introduction de gaz en ligne pour l’analyse de carbonate. Mis à jour le systèmes automatisés-périphérique peuvent faciliter l’utilisation des poids d’échantillonnage encore plus bas, mais sont inévitablement limitées par la proportion de carbonate dans l’émail étudiés (4 à 5 % en poids)26,27. Les chercheurs devraient consulter le laboratoire où les échantillons vont être mesurés afin de déterminer la quantité d’échantillon requise.
3. méthode par Fourier Transform Infrared spectrométrie/Attenuated Total réflectance
- Pour la méthode de la réflexion totale atténuée, mettre en place un fond de chambre échantillon, sous vide ou dans des conditions atmosphériques normales.
- Placer environ 1 mg de l’émail dentaire sur le cristal de diamant dans le compartiment de mesure à l’aide d’une spatule. Abaisser et fixer le poteau de l’échantillon jusqu'à ce qu’il y a un bon contact entre le poste, l’échantillon et la tôle. Fermez le compartiment de mesure, avec ou sans vide mis en place, selon la configuration ou la disponibilité.
- Mesurer les spectres FTIR de l’échantillon 64 fois pour le nombre d’onde comprises entre 400 et 4 000 cm-1. Le nombre de répétitions souhaité variera selon les objectifs de l’étude, bien que l’analyse des trois répétitions, idéalement avec les différentes parties aliquotes étant pris et est ensuite retourné au tube microcentrifuge abritant l’échantillon, garantira des résultats robustes.
- Nettoyer la spatule avec le méthanol entre chaque aliquote et entre chaque échantillon.
- Effectuer une correction de base à l’aide du logiciel disponible. Le logiciel soustrait automatiquement le fond de chambre échantillon du profil FTIR qui en résulte. Afin d’assurer la meilleure reproductibilité, seulement les spectres d’émail avec une absorption minimale de 0,06 pour la tranche la plus élevée phosphate à ~1035 cm-1 devraient être tenus compte.
- Surveiller la présence de la calcite de carbonate polluant secondaire commun dans tous les échantillons en recherchant un pic à cm 711-1.
- Suite à l’analyse, soigneusement retourner les échantillons à leurs tubes de microcentrifuge à l’aide d’une spatule ou aspiration périphérique et prendre sur la prochaine étape de prétraitement ou d’analyse.
- Exporter les données brutes de la longueur d’onde et l’intensité dans un fichier .csv (ou similaire) et permet de calculer les indices d’intérêt (indices couramment utilisés comprennent des sites A Phosphate Index, B-site Phosphate Index, indice de cristallinité de Phosphate, eau-Amide index de Phosphate, et CO3PD4 index17,18,19) (tableau 1).
- Comparez le FTIR résulte d’échantillons fossiles ou archéologiques à la culture ensembles de données de l’émail dentaire faunistiques modernes maintenant disponibles dans la littérature19,20 pour déterminer la nature et l’étendue de l’altération diagénétique de la émail échantillonné.
4. prétraitement de l’acide acétique simple (0,1 M)
- Peser la poudre d’émail pour chaque échantillon dans un tube de microcentrifuge utilisant une balance selon le cas. Etiqueter le tube en conséquence. Poudre d’émail doit être broyé au même degré, avec des particules d’une taille similaire.
Remarque : De nombreux chercheurs utilisent un agent oxydant, tels que l’eau de Javel (NaClO) ou 30 % peroxyde d’hydrogène (H2O2) pour enlever les composés organiques d’un échantillon et cela devrait être ajouté à ce stade. Cependant, non seulement peut ces réactifs modifient la stables du carbone et les valeurs des isotopes d’oxygène d’un échantillon, mais les spectres des échantillons de collagène osseux dans un système de préparation et introduction de gaz en ligne montrent que le 100 % d’acide phosphorique utilisé dans le carbonate de mesure ne réagit pas avec des échantillons organiques (Figure 5), ce qui suggère que cette étape est inutile. - Ajouter 0,1 mL d’acide acétique 0,1 M (par 1 mg de l’émail) à chaque échantillon à l’aide d’une pipette. Évitez de toucher les échantillons à l’aide de la pipette. Si l’échantillon et la pipette entrent en contact, utiliser une pipette de nouveau pour l’échantillon suivant pour éviter la contamination croisée.
- Agiter, secouer ou un agitateur électronique (Figure 3) et de laisser ensuite les échantillons de s’asseoir pour 10 min. de poudre d’émail ne doit pas dans l’acide acétique pendant une période prolongée de temps (> 4 h).
- Placer les échantillons dans une micro-centrifugeuse pendant 2 min à 13 700 x g.
Remarque : Une alternative peu coûteuse est l’utilisation d’une mini-centrifugeuse pendant 4 min à 3 500 x g, qui détient moins d’échantillons, mais est beaucoup moins de temps lorsqu’ils traitent avec des ensembles de grands échantillons. - Lorsque le programme de microcentrifuge cesse, remplacer l’acide acétique avec 2 mL de l’eau ultrapure en utilisant une pipette propre, puis de microcentrifuge les échantillons pendant 2 min à 13 700 x g.
- Changez l’eau ultrapure deux fois de plus, comme avant et tester la neutralité. Retirer le liquide restant à l’aide d’une pipette (sans déranger le surnageant).
Remarque : Un total de trois lavages avec de l’eau ultrapure est la procédure standard pour arriver à la neutralité. L’échantillon doit être lavé jusqu'à ce que la neutralité est atteint. - Couper les feuilles de Parafilm (1 cm × 1 cm) et placer sur chaque tube de microcentrifuge. Faites un petit trou au centre à l’aide d’un objet pointu pour que l’échantillon sèche convenablement.
- Placer les tubes dans un gel plus sèches pour enlever n’importe quel liquide restant.
Remarque : Si un lyophilisateur n’est pas disponible, douce four séchage (40 ° C) est également possible et n’ait pas d’effets négatifs sur le carbone stable et les données isotopiques de l’oxygène. - Une fois sec, retirez le Parafilm et fermer les couvercles de microcentrifuge. Assurez-vous que le tube d’étiquetage est correct et ré-écrire si nécessaire.
Note : Ceci est la dernière étape avant le stockage pour peser les, dans les laboratoires avec des fonds limités est peut-être la dernière étape avant la distribution des échantillons pour analyse.
5. peser et mesurer les échantillons et étalons
- À l’aide d’une spatule, peser environ 2 mg de poudre d’émail sur un disque d’étain sur un équilibre sensible à 0,001 mg (Figure 6). Ensuite, transvaser avec soin l’échantillon dans un flacon en verre de borosilicate résistant à l’acide phosphorique. Cette quantité d’émail est nécessaire pour obtenir des résultats fiables en raison de la proportion relativement faible de carbonate dans l’émail des dents.
- Nettoyer la spatule entre les échantillons à l’aide de méthanol et utiliser un disque propre ou pesage navire pour chaque échantillon.
- Peser 0,2 mg d’une norme internationale telle que l’AIEA NBS18, 603 de l’AIEA, l’AIEA CO8 ou Merck CaCO3. Une norme interne de l’homogénéisé émail d’une dent de grande peut servir bien20. Pour une exécution complète des normes, utilisation 61 échantillons et 15 normes et 76 échantillons, qui doit être répartie uniformément sur toute course. Plusieurs études ont rapporté un nombre approprié de normes et de détails dans la recherche archéologique20,28.
Remarque : Le prétraitement répété et l’analyse d’un émail dans la norme de la maison, dans un certain nombre de pistes d’échantillons archéologiques, est aussi susceptible d’offrir une mesure appropriée de précision pour les échantillons étudiés20. - Serrer les couvercles spécialement conçus, accessibles à l’aiguille jusqu'à ce que le septum est serrée mais pas aspiré dans le flacon. Ne pas trop serrer le couvercle car la pression exercée sur le septum obtiendrez trop forte et peut entraîner une aiguille cassée pendant l’analyse. Placer les flacons dans un ordre figurant dans un bloc de chauffage à 70 ° C. L’ordre et le poids des échantillons doivent être signalés de façon fiable pour l’entrée dans le logiciel de l’ordinateur.
- Mesurer les échantillons en suivant trois étapes : 1) chasse d’eau remplir les échantillons d’hélium pur, 2) ajouter de l’acide phosphorique, 3) mesurer l’échantillon.
- Rincer les échantillons avec de l’hélium pur (grade 5.0) avec un débit de 100 mL/min pendant 5 min purger l’air ambiant.
- Ajouter 4 à 5 gouttes d’acide phosphorique (99 %, densité 1,85 g/mL) à l’échantillon contenant du carbonate. Réaction entre l’échantillon et H3PO4 commence. Au cours de la réaction de CO2 est sorti qui porte la valeur isotopique de l’ion carbonate CO32 - de l’échantillon.
- Attendre 1 h par exemple pour l’équilibration de CO2 est atteint. Après 1 h, les échantillons devraient être mesurées afin d’obtenir des résultats fiables. Lors de l’acquisition, un mélange de gaz de l’échantillon et de passes de He à l’appareil. Une étape de séchage supprime l’eau de mélange gaz témoin.
- Mesurer l’échantillon en commençant par les trois sommets du CO2 gaz de référence avec une composition isotopique connue. L’intensité maximale doit être 4000 mV pour correspondre à l’intensité des pics de l’échantillon (entre 4000 à 8000 mV). Les trois sommets de gaz de référence devraient être 20 s de long et 30 s d’apart. Suivez avec définissant l’intervalle de mesure de l’échantillon. Mesurer l’échantillon 10 fois pour 5 s chaque et 55 s apart. Veiller à ce que hauteur de pic diminue avec le temps, indiquant le bon transport du mélange échantillon/hélium (Figure 5).
Remarque : Pendant la mesure, le logiciel calcule la composition isotopique de l’échantillon en comparant la valeur isotopique connue, la hauteur des pics et du pic de gaz de référence avec la hauteur du PIC et des pics des échantillons. Le brut 13C /12C et 18O /16O composition de l’échantillon est calculée.
- Normaliser les échantillons après la mesure.
Remarque : Ceci est important car le gaz de référence ne subit pas le même chemin, chimique et physique, comme le gaz de l’échantillon lorsque introduit dans le spectromètre de masse. Par conséquent, il est essentiel que les échantillons sont en outre calibrés aux normes internationales (étape 5.3) qui subissent le même traitement physique et chimique dans une course comme l’échantillon lui-même20. Ces normes internationales carbonate permettent l’étalonnage en deux points d’échantillons sur l’échelle de mesure de delta international et l’évaluation de la précision et la répétabilité tout au long d’une exécution donnée.
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Representative Results
Échantillons de bioapatite émail incrémentielle à l’aide de la procédure d’échantillonnage présentée ci-dessus, ont été préparés. L’analyse de la bioapatite en émail dépend de la précision de l’échantillonnage, qu’ils soient en vrac ou incrémentielle. Dans ce cas, nous avons choisi de présenter les résultats des échantillons archéologiques (deux moutons) provenant de différentes zones climatiques. Les échantillons élémentaires ont été analysés depuis les deuxièmes molaires moutons et étiquetés à partir de l’ERJ (Figure 4). Les emplacements des échantillons supplémentaires ont été numérotées et chaque emplacement a été mesurée comme étant la distance en mm de l’ERJ (Figure 7).
Divers carbone et oxygène isotopes stables résultats les deux moutons confirment qu’ils ont vécu dans des environnements différents, dans ce cas une prairie tropicale (A) et une steppe sèche les prairies tempérées (B), respectivement. Valeurs de18O δ incrémentielle pour moutons un spectacle une gamme étroite entre 3,3 à 5, 1‰, suggérant l’ingestion des sources d’eau avec des valeurs isotopiques similaires et l’absence de fortes variations saisonnières dans les précipitations (Figure 8). En revanche, les valeurs de δ18O mouton B ont une grande amplitude de variation, allant de ─5.2 à ─13.1‰, ce qui indique de fortes variations saisonnières dans les précipitations. Les valeurs des isotopes stables du carbone suggèrent de fortes différences dans la végétation ingérée entre les échantillons avec des moutons un ayant un régime alimentaire composé principalement de plantes de4 C, alors que les moutons B ingérés principalement C3 la végétation. Ces moutons ont été spécifiquement choisis pour montrer la variation environnementale évidente dans l’oxygène supplémentaire et résultats isotopes stables de carbone.
Dents humaines sont prélevées de la même façon de l’ERJ à la Couronne le long de l’axe de croissance. Différentiel δ18O et δ13C pour une dent humaine dans un environnement de forêt tropicale sont très limités, dans une fourchette de 2‰. Ceci suggère un manque de variation dans les stratégies alimentaires pendant la période de minéralisation de l’émail (Figure 9).
Figure 1 : percer une dent. (A) photo de la dent à percer sur une plate-forme de test mis en place. (B) photo de poudre d’émail est-elle recueillie en papier d’aluminium et placé dans un tube à centrifuger-micro 1,5 mL (avec l’étiquette appropriée). (C) Photo de mèches différentes disponibles pour l’échantillonnage supplémentaire. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Rig mis en place Photo de rig mis en place avec la perceuse en place. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : préparation de l’échantillon. L’échantillon étant placé dans un tube à centrifuger-micro et agité sur un vortex après que produits chimiques ont été ajoutés. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : échantillonnés progressivement les dents moutons. Moutons dents (A et B) qui ont été échantillonnées de façon incrémentielle. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : chromatogramme de gasbench courir. Photo d’un chromatogramme d’un seul échantillon affiche l’intensité des pics de gaz de référence et des pics de l’échantillon au fil du temps. Masses détectées sont 44, 45 et 46. Les trois premiers sommets sont CO2 pics de gaz de référence avec une composition isotopique connue. Dix pics qui suivent sont des pics de l’échantillon diminue en intensité. Pics doivent toujours être séparés de quelques secondes afin d’assurer une stricte discrimination entre les pics et donc une intégration propre pic. Numéros sur le dessus de chaque État de pointe l’heure (s) de détection de crête. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : pesage carbonate échantillon. Photo de l’échantillon étant pondéré dans les flacons de verre à l’aide d’une spatule. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 7 : les échantillons élémentaires sur une dent de moutons. Le long de l’axe de croissance de la dent de l’ERJ jusqu’au sommet de la Couronne, les échantillons élémentaires tracés aux côtés de carbone et d’oxygène les valeurs des isotopes stables. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 8 : émail de moutons carbonate résultats isotopiques. Stable, les valeurs des isotopes d’oxygène et de carbone pour des dents de deux moutons échantillonnées de façon incrémentielle. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 9 : l’émail humain carbonate résultats isotopiques. Stable, les valeurs des isotopes d’oxygène et du carbone pour une dent humaine échantillonnée de façon incrémentielle. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
| PCI (indice de cristallinité de Phosphate) |  |
Sponheimer et Lee-Thorp, 1999 b |
| autres noms : | ||
| CIIR (cristallinité Index infrarouge) | Shemesh, 1990 | |
| IRSF (facteur de fractionnement infra-rouge) | Weiner et Bar-Yosef, 1990 | |
| BPI (B-carbonate sur Phosphate Index) |  |
LeGeros, 1991 |
| API (A-carbonate sur Phosphate Index) |  |
Sponheimer et Lee-Thorp, 1999 b |
| BAI (quantité relative de carbonate de B - à A-site) |  |
Sponheimer, 1999 ; Sponheimer et Lee-Thorp, 1999 b |
| WAMPI (eau-Amide sur Phosphate Index) |  |
Roche et al., 2010 |
Tableau 1 : indices empiriques qui caractérisent les propriétés cristallochimiques d’émail bioapatite. Nous vous recommandons d’utiliser les indices empiriques de Sponheimer (1999), Sponheimer et Lee-Thorp (1999) et Roche et al. (2010) pour caractériser les propriétés cristallochimiques d’émail bioapatite.
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Discussion
Les défis du succès d’échantillonnage (en vrac ou incrémentale) de dentition s’appuie sur l’accès au savoir en ce qui concerne les techniques de forage et de préparation, aux côtés de l’investissement dans l’équipement relativement peu coûteux d’échantillons. Ces défis sont facilement surmontables lorsque claire des instructions sont disponibles concernant les méthodes d’échantillonnage et de prétraitement. Dans cet article, nous espérons ont diffusé ceux-ci de façon claire et concise pour chercheurs nouveaux à ces méthodes. Spécialistes en appliquant ces méthodes pour la première fois devraient mettre en pratique sur la faune moderne accessible avant l’analyse et l’échantillonnage de précieux échantillons archéologiques et paléontologiques.
L’échantillonnage de carbonate émail dentaire humaine et animale pour l’analyse des isotopes stables est une procédure simple qui a été entreprise dans plusieurs laboratoires. Cependant, il y a une tendance pour les techniques et les technologies associées au forage de dentition pour varient selon le laboratoire et être inclus dans un ensemble plus large de connaissances techniques d’initié qui n’est pas ouvertement partagé. Prélèvement d’échantillons supplémentaire a des atouts majeurs, permettant l’identification de la variation intra-individuelle détaillée dans l’apport alimentaire et l’ingestion d’eau. Ceci est illustré en obligeant les différences constatées entre les individus de différentes régions comme le dietary et information sur l’environnement est préservée dans la dent émail bioapatite. Nos données représentatives, une variation isotopique significative est évidente entre les moutons de prairies tropicales, par rapport aux brebis de prairies sèches steppes tempérées (Figure 8).
Étapes critiques au sein du protocole concernent l’exactitude dans le forage, la préservation de l’émail des dents et des techniques de prétraitement. Petites inexactitudes dans les forages, par exemple, par le biais de l’émail dans la dentine de la dent, peuvent entraîner en isotope extrêmement variable Mensurations29. La préservation de l’émail dentaire peut être vérifiée par le biais de diverses méthodes, y compris la proportion de carbonate estimée d’un échantillon donné mesurée, ainsi que la mise en place FTIR discutés ici. Chercheurs doivent également informer les laboratoires de l’environnement funéraire, spécifiquement qu’ils soient gorgés d’eau ou dans les sols acides, ce qui peuvent affecter la préservation structurelle de l’émail des dents fossiles. La dureté de l’émail dentaire devrait être considérée comme un indicateur initial de conservation, qui ne peut devenir évidente lors du forage. Émail qui est douce et facilement percés suggère que le réseau cristallin de bioapatite peut avoir dégradé et doit être vérifié avec FTIR ou autres moyens rapportés dans la littérature30. La variation dans le prétraitement de l’échantillon semble se traduire par une variation isotopique limitée à l’émail de dent21,22. Par conséquent, nous suggérons l’utilisation de protocoles simples (p. ex.., acide acétique 0,1 M pour moins de 4 h, puis en le lavant avec de l’eau distillée).
Il y a plusieurs limites à la technique, associée à la méthode d’échantillonnage et interprétation. Séquentiels échantillons de forage est une compétence qui prend un certain temps à maîtriser. Une compréhension claire des taxons et dent à analyser est essentielle dans la formulation d’un échantillonnage conception2,25. En outre, des échantillons de forage peut prendre énormément de temps pour terminer. Toutefois, le carbone qui en résulte et les valeurs stable isotope d’oxygène pour la dentition séquentiellement échantillonnée permettent aux chercheurs de suivre les modifications alimentaires et environnementale. Comme ces changements sont liés aux variations saisonnières naturelles, souvent dans des périodes antiques, des interprétations bien pensées qui sont mis en contexte dans la compréhension des variations isotopiques référence ensembles font partie intégrante de cette recherche6.
Dans l’article, nous ont démontré d’échantillonnage supplémentaire et en vrac d’échantillonnage de la dentition de l’homme et les moutons. En outre, nous chargeons les chercheurs sur les méthodes de prétraitement pour les deux ensembles d’échantillons. Méthode d’échantillonnage supplémentaire peut être appliquée avec succès à faune antique et moderne, avec une croissance similaire émail et de la minéralisation (e.g., bovins et chevaux). Le prétraitement des émail bioapatite comme indiqué dans l’article peut être utilisé sur des échantillons provenant d’un échantillon représentatif de vestiges antiques. La leçon la plus importante de notre procédure d’échantillonnage est en vrac et prélèvement d’échantillons supplémentaire de dentition, qui ne s’explique pas facilement dans un document. Autres démonstrations pourraient démocratiser autres isotopes archéologique d’échantillonnage et d’approches de prétraitement (e.g., OS extractions de collagène ou de l’échantillonnage des poteries archéologiques pour les mesures des isotopes stables d’acides gras) renforcer le diffusion des connaissances et de technologie dans ce domaine. Cette démocratisation ne doit pas, cependant, être considérée comme un remplacement complet de consultation avec les experts, ou la documentation disponible, d’établir les normes de mesure et l’interprétation dans un contexte donné20,28.
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Disclosures
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Acknowledgments
Nous tenons à remercier la Société Max Planck pour financement cette recherche ainsi que la récente mise en place d’un laboratoire d’isotopes stables à le département archéologie, Institut Max Planck pour la Science de l’histoire humaine.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dremel Micro | Dremel | https://www.dremel.com/en_US/products/-/show-product/tools/8050-micro | |
| Diamond-tipped drill bit | Dremel | https://www.dremel.com/en_US/products/-/show-product/accessories/7122-diamond-wheel-point | |
| 1.5 mL micro-centrifuge tube | Sigma Aldrich | https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/t2422?lang=de®ion=DE&gclid=EAIaIQ obChMI7pHRpauW2QIV77ftCh1p1 wjhEAAYASAAEgKzkvD_BwE |
|
| Methanol | Linear Formula: CH3OH | ||
| Acetic Acid | Linear Formula: CH3CO2H | ||
| Dremel rig set-up (workstation) | Dremel | https://www.dremel.com/en_US/products/-/show-product/tools/220-01-workstation | |
| Microcentrifuge | Thermo Scientific | http://www.thermofisher.com/order/catalog/product/75002401 | |
| Mini-centrifuge | Sprout | http://www.heathrowscientific.com/sprout-mini-centrifuge-4 | |
| Freeze drier | Zirbus Technology | http://www.zirbus.com |
References
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