أخذ العينات والمعالجة المسبقة لميناء الأسنان كربونات الكربون مستقرة وتحليل نظائر الأكسجين
Summary
قد استخدمت تحليل النظائر مستقرة الكربون والأكسجين من كربونات مينا الأسنان البشرية والحيوانية كوكيل للنظام الغذائي الفردي والإعمار البيئي. هنا، نحن نقدم وصفاً مفصلاً والوثائق البصرية الأكبر ومتسلسلة الأسنان أخذ العينات المينا فضلا عن المعالجة الأولية للعينات الأثرية والحفريات.
Abstract
تحليل النظائر مستقرة الكربون والأكسجين من كربونات مينا الأسنان البشرية والحيوانية قد طبقت في باليوديتاري، باليوكولوجيكال، والبحوث باليونفيرونمينتال من الفترات التاريخية الأخيرة يعود إلى أكثر من 10 مليون سنة. توفر النهج جل عينة تمثيلية لفترة تمعدن المينا، بينما عينات متسلسلة داخل الأسنان يمكن تعقب التغييرات الغذائية والبيئية خلال هذه الفترة. في حين تم تطبيق هذه المنهجيات والموصوفة في علم الآثار وعلم البيئة وعلم الحفريات القديمة على نطاق واسع، وكانت هناك أي مبادئ توجيهية واضحة للمساعدة في اختيار معدات مختبر اللازمة وفي دقة وصف العينات المخبرية المفصلة و البروتوكولات. في هذه المقالة، نحن توثيق نصوصها مع وبصريا، العملية برمتها من أخذ العينات من خلال الفحص دياجينيتيك والمعالجة المسبقة لإتاحة المنهجية على نطاق أوسع للباحثين النظر في تطبيقها في مجموعة متنوعة من الإعدادات المختبر.
Introduction
وقد استخدمت مستقرة تحاليل النظائر الكربون والأكسجين من كربونات مينا الأسنان لدراسة الماضي المدخول الغذائي البشري، والفطام، والتنقل، فضلا عن الاعتماد ترسبها على الغطاء النباتي، وحركة الحيوانات، وتربية الماشية فوديرينج. نوقشت هذه التطبيقات شاملة واستعراض لمجموعة متنوعة من الظروف البيئية التي تشير إلى آثار الجفاف المحلية ودرجة الحرارة، ومصادر المياه، والغطاء النباتي التراكيب1،2، 34،،،من56. تنوع التطبيقات المحتملة في علم الآثار والحفريات، وكذلك الحفاظ على حسن من كربونات مينا الأسنان، جعلت مادة جذابة للنظائر المستقرة العمل3. طرق أخذ العينات، والمعالجة والفرز تصلد يرد بإيجاز في عدد من المنشورات السابقة1،7. ومع ذلك، تظل المظاهرات اللفظي والبصري شامل متاحة إلى حد كبير، لا سيما للأشخاص خارج مختبرات العلوم الأثرية وبين المجموعات المختبر مع محدودية التمويل حيث يتزايد الاهتمام باستخدام هذه التقنية 5.
ميناء الأسنان أساسا تتكون من بذر بلوري هيدروكسيباتيت (بيواباتيتي)8 أكبر من تلك الموجودة في العظام، ويجعلها أكثر مقاومة لاستبدال الأيونية دياجينيتيك الجثة والتلوث3. وقد أثبتت الدراسات الحديثة أن الكربون استقرارا النظائر (δ13ج) القياسات للأسنان ترسبها المينا سجل موثوق الحيوان النظام الغذائي والسلوك9،10. يتم تحديد القيمة النظائر (δ18س) الأكسجين مستقر لميناء الأسنان بالتركيب النظائري الأوكسجين من المياه المستهلكة، التي تشمل المياه في النباتات والأغذية الحيوانية، ومياه الشرب، التنفس، فضلا عن مختلف التأثيرات البيئية على المياه التي يمكن أن تؤدي إلى مزيد من تجزئة النظائر المشعة (مثلاً.، الجفاف، درجة الحرارة، الارتفاع، وكمية الأمطار، الموقع القاري)11. هذا جعلت من طريقة شعبية لإعادة إعمار الغذائية والبيئية في مجال البحوث الأثرية وباليوكولوجيكال والمستحاثات.
فترة تكوين المينا الأسنان قصيرة نسبيا (بالسنوات) وتختلف تبعاً للأسنان يتم أخذ عينات. بالنسبة للبشر، المينا المولى الأولى مينيراليزيس بين الولادة وعمره 3 سنوات premolars طاغية بين 1، 5 و 7 سنوات من العمر والاضراس الثانية طاغية بين 2.5 و 8 سنوات من العمر، وطاغية الأضراس الثالثة خلال فترة المراهقة، بين 7 و 16 عاماً12 . ونظرا لأن أشكال المينا الأسنان تدريجيا على مدى فترة تشكيل، يمكن أخذ عينات بكميات كبيرة على طول محور النمو الكامل أو عينات تسلسلياً من أجل التحقيق في التغييرات في النظام الغذائي، والبيئة التي حدثت أثناء فترة تشكيل13 . أمرت زمنياً التغيير الغذائية داخل الأسنان معين ملاحظتها للبشر وسائر الحيوانات1،14، توفير المعلومات فيما يتعلق بالتباين الموسمي والغذائية السنوية.
في حين عادة ما تكون مقاومة تصلد المينا، التعديلات النظائر المشعة الناتجة عن البيئة الدفن ممكنة وقد لوحظت15،16، مما يجعل التحقق التجريبي وخيارات المعالجة مفيدة. في حين أنها ليست الأسلوب الوحيد المتاح، فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء الطيفي (FTIR)، لا سيما في “تخفيف الوضع الإرسال”، برز سريعة وغير مكلفة، والأسلوب موجوداً نسبيا لتقييم التغيير تافونوميك في ميناء الأسنان، لا سيما في السياقات المستحاثات17،18،،من1920. ومع ذلك، تسجيل معايير وبروتوكولات مفصلة تظل نسبيا غير قابلة للوصول إلى كثير من الناس خارج مجالات العلوم الكيمياء الجيولوجية أو المواد.
رد فعل مرات والمواد الكيميائية يستخدمها الباحثون في المعالجة المسبقة لميناء الأسنان أيضا تختلف اختلافاً كبيرا في الأدب، غالباً مع محدودية النظر فيما قد يفعله هذا التغير للكربون مستقرة والأكسجين النظائر قيم العينة21 ،22. هنا، نحن تقرير نهج أن يضعف استخدامات حمض الخليك (0.1 M) للمعالجة المسبقة لعينات مسحوق المينا. ومع ذلك، نظراً لأن الاختلافات في القياسات النظائر المشعة الناتجة عن المعالجة المسبقة بسيطة نسبيا لميناء الأسنان، فمن الأفضل للباحثين باتباع بروتوكولات لمجموعات البيانات التي يرغبون في مقارنة البيانات الخاصة بهم إلى11. وعلاوة على ذلك، حيث تؤخذ عينات متسلسلة صغيرة، لا سيما على عينات هولوسيني، المعالجة المسبقة لا يمكن اختيار (بعد إجراء اختبارات دياجينيتيك) لتجنب الهدر عينة.
على الرغم من أن الأساليب التي يمكننا تقرير هنا لا حال من الأحوال الجديدة، على حد علمنا، هذه هي المرة الأولى التي المينا وثائق المكتوبة والمرئية شامل السائبة وأخذ العينات متسلسلة وخيارات المعالجة وأساليب الاختيار دياجينيتيك (في شكل فتير) للأسنان بذلت متاحة على نطاق واسع لجمهور أكاديمية متنوعة. بينما نأمل أن جهودنا سوف تجعل هذا النهج أكثر سهولة الوصول إلى عدد أكبر من الأفراد، والمختبرات، الباحثين الذين يريدون تطبيق ونشر هذا الأسلوب يجب أن يدرك الحد الأدنى الإبلاغ عن المعايير والاعتبارات دياجينيتيك، و شرح متطلبات العرض في أي مكان آخر20، فضلا عن التعقيدات المحتملة التفسيرية التي سوف تكون فريدة من نوعها إلى منطقة الدراسة، الأصناف التي تم تحليلها، والوقت الفترة5.
Protocol
Representative Results
Discussion
تحديات نجاح أخذ العينات (السائبة وتزايدي) من التسنين وتعتمد على الحصول على المعرفة فيما يتعلق بتقنيات الحفر وعينه إعداد، جنبا إلى جنب مع الاستثمار في المعدات غير مكلفة نسبيا. هذه التحديات يمكن التغلب عليها بسهولة عندما تتوفر إرشادات بشأن النهج أخذ العينات والمعالجة واضحة. في هذه المقالة،…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونود أن نشكر “جمعية ماكس بلانك” لتمويل هذه البحوث، فضلا عن الإعداد الأخيرة حتى مختبر “النظائر المستقرة” في قسم علم الآثار، معهد ماكس بلانك “علوم التاريخ البشري”.
Materials
| 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=EAIaIQobChMI7pHRpauW2QIV77ftCh1p1wjhEAAYASAAEgKzkvD_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 |
Referências
- Balasse, M. Reconstructing dietary and environmental history from enamel isotopic analysis: time resolution of intra-tooth sequential sampling. International Journal of Osteoarchaeology. 12 (3), 155-165 (2002).
- Balasse, M. Potential biases in sampling design and interpretation of intra-tooth isotope analysis. International Journal of Osteoarchaeology. 13 (1-2), 3-10 (2003).
- Lee-Thorp, J. A. On isotopes and old bones. Archaeometry. 50 (6), 925-950 (2008).
- Clementz, M. T. New insight from old bones: stable isotope analysis of fossil mammals. Journal of Mammalogy. 93 (2), 368-380 (2012).
- Loftus, E., Roberts, P., Lee-Thorp, J. A. An isotopic generation: four decades of stable isotope analysis in African archaeology. Azania: Archaeological Research in Africa. 51 (1), 88-114 (2016).
- Ventresca Miller, A. R., Makarewicz, C. Isotopic approaches to pastoralism in prehistory: Diet, mobility, and isotopic reference sets. Isotopic Investigations of Pastoralism in Prehistory. , 1-14 (2018).
- Hollund, H. I., Ariese, F., Fernandes, R., Jans, M. M. E., Kars, H. Testing an alternative high-throughput tool for investigating bone diagenesis: FTIR in attenuated total reflection (ATR) mode. Archaeometry. 55 (3), 507-532 (2013).
- LeGeros, R. Z. Calcium phosphates in oral biology and medicine. Monographs in oral sciences. 15, 109-111 (1991).
- Lee-Thorp, J. L., Van Der Merwe, N. J. Carbon isotope analysis of fossil bone apatite. South African Journal of Science. 83 (11), 712-715 (1987).
- Cerling, T. E., Harris, J. M. Carbon isotope fractionation between diet and bioapatite in ungulate mammals and implications for ecological and paleoecological studies. Oecologia. 120 (3), 347-363 (1999).
- Koch, P. L. Isotopic study of the biology of modern and fossil vertebrates. Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science. , 99-154 (2007).
- Nelson, S. J. . Wheeler’s Dental Anatomy, Physiology and Occlusion-E-Book. , (2014).
- Tsutaya, T., et al. From cradle to grave: multi-isotopic investigations on the life history of a higher-status female from Edo-period Japan. Anthropological Science. 124 (3), 185-197 (2016).
- Sponheimer, M., Passey, B. H., De Ruiter, D. J., Guatelli-Steinberg, D., Cerling, T. E., Lee-Thorp, J. A. Isotopic evidence for dietary variability in the early hominin Paranthropus robustus. Science. 314 (5801), 980-982 (2006).
- Lee-Thorp, J., Sponheimer, M. Three case studies used to reassess the reliability of fossil bone and enamel isotope signals for paleodietary studies. Journal of Anthropological Archaeology. 22 (3), 208-216 (2003).
- Zazzo, A. Bone and enamel carbonate diagenesis: a radiocarbon prospective. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 416, 168-178 (2014).
- Sponheimer, M. . Isotopic paleoecology of the Makapansgat Limeworks fauna (Australopithecus africanus, South Africa). , (1999).
- Sponheimer, M., Lee-Thorp, J. A. Alteration of enamel carbonate environments during fossilization. Journal of Archaeological Science. 26 (2), 143-150 (1999).
- Roche, D., Ségalen, L., Balan, E., Delattre, S. Preservation assessment of Miocene-Pliocene tooth enamel from Tugen Hills (Kenyan Rift Valley) through FTIR, chemical and stable-isotope analyses. Journal of Archaeological Science. 37 (7), 1690-1699 (2010).
- Roberts, P., et al. Calling all archaeologists: guidelines for terminology, methodology, data handling, and reporting when undertaking and reviewing stable isotope applications in archaeology. Rapid Communications in Mass Spectrometry. , (2018).
- Snoeck, C., Pellegrini, M. Comparing bioapatite carbonate pre-treatments for isotopic measurements: Part 1-Impact on structure and chemical composition. Chemical Geology. 417, 394-403 (2015).
- Pellegrini, M., Snoeck, C. Comparing bioapatite carbonate pre-treatments for isotopic measurements: Part 2-Impact on carbon and oxygen isotope compositions. Chemical Geology. 420, 88-96 (2016).
- Wright, L. E., Schwarcz, H. P. Stable carbon and oxygen isotopes in human tooth enamel: identifying breastfeeding and weaning in prehistory. American Journal of physical anthropology. 106 (1), 1-18 (1998).
- Roberts, P., et al. Fruits of the forest: Human stable isotope ecology and rainforest adaptations in Late Pleistocene and Holocene (∼ 36 to 3 ka) Sri Lanka. Journal of human evolution. 106, 102-118 (2017).
- Zazzo, A., Balasse, M., Patterson, W. P. High-resolution δ13C intratooth profiles in bovine enamel: Implications for mineralization pattern and isotopic attenuation. Geochimica et Cosmochimica Acta. 69 (14), 3631-3642 (2005).
- Sydney-Zax, M., Mayer, I., Deutsch, D. Carbonate content in developing human and bovine enamel. Journal of dental research. 70 (5), 913-916 (1991).
- Rink, W. J., Schwarcz, H. P. Tests for diagenesis in tooth enamel: ESR dating signals and carbonate contents. Journal of Archaeological Science. 22 (2), 251-255 (1995).
- Szpak, P., Metcalfe, J. Z., Macdonald, R. A. Best practices for calibrating and reporting stable isotope measurements in archaeology. Journal of Archaeological Science: Reports. 13, 609-616 (2017).
- Wright, L. E., Schwarcz, H. P. Correspondence between stable carbon, oxygen and nitrogen isotopes in human tooth enamel and dentine: infant diets at Kaminaljuyu. Journal of Archaeological Science. 26 (9), 1159-1170 (1999).
- Schoeninger, M. J., Hallin, K., Reeser, H., Valley, J. W., Fournelle, J. Isotopic alteration of mammalian tooth enamel. International Journal of Osteoarchaeology. 13 (1-2), 11-19 (2003).
