概要

안정적인 탄소 및 산소 동위 원소 분석을 위한 샘플링 및 치아에 나 멜의 전처리 탄산염

Published: August 15, 2018
doi:

概要

인간과 동물의 치아에 나 멜 탄산의 안정적인 탄소 및 산소 동위 원소 분석은 개별 단과 환경 재건에 대 한 프록시로 사용 되었습니다. 여기, 우리 대 한 자세한 설명을 제공 하 고 대량 순차적 시각적 설명서 치아에 나 멜 샘플링으로 고고학과 고생물학 샘플의 전처리.

Abstract

인간과 동물의 치아에 나 멜 탄산의 안정적인 탄소 및 산소 동위 원소 분석 적용 되었습니다 paleodietary, paleoecological, 및 paleoenvironmental 연구에서 최근 역사적인 기간에서 10 백만 년 전를 다시. 대량 접근 치아 내의 순차 견본이이 기간 동안 식이 환경 변화를 추적할 수 있습니다 하는 동안 사기 질 강화 작용의 기간에 대 한 대표 하는 샘플을 제공 합니다. 없음 명시적 지침 필요한 실험실 장비의 선택에 도움을 철저 하 게 상세한 실험실 샘플링을 설명 되었습니다 동안 이러한 방법론 널리 적용 되었고 고고학, 생태학, 고생물학에 설명, 그리고 프로토콜입니다. 이 문서에서는, 우리가 문서 함수와 및 시각, 전처리 및 diagenetic 심사 방법론 더 널리 사용할 수 있도록 다양 한 실험실 설정에서에서 응용 프로그램을 고려 하는 연구를 통해 샘플링에서 전체 과정.

Introduction

치아에 나 멜 탄산의 안정적인 탄소 및 산소 동위 원소 분석은 인간의 식이 섭취, 이유, 이동성, 뿐 아니라 및 faunal 의존 식물, 동물 및 가축 foddering의 움직임 과거 공부에 사용 되었습니다. 이러한 응용 프로그램 포괄적으로 논의 되었고 다양 한 지역 건조, 온도, 물 소스, 그리고 식물 작곡1,2, 의 효과 나타내는 환경 조건에 대 한 검토 3,4,,56. 고고학과 고생물학, 잠재적인 응용 프로그램의 다양성 뿐만 아니라 치아에 나 멜 탄산의 좋은 보존 했다 그것은 안정 동위 원소 작업3에 대 한 매력적인 소재를. 샘플링, 전처리, 및 diagenesis 심사의 방법 이전 간행물1,7의 숫자에 간략하게 설명 합니다. 그러나, 철저 한 구두 및 시각적 데모 남아 크게 사용할 수 없게, 특히 사람들이 고고학 과학 실험실 및 연구소 그룹이 기술의 사용에 대 한 관심 증가 제한 된 자금 중 5.

치아에 나 멜은 주로 이루어진 hydroxyapatite (bioapatite) 정자8 그 뼈, 사후 diagenetic 이온 대체 및 오염3을 더 저항 하에 보다 큰. 현대 연구는 faunal 치아의 안정적인 탄소 동위 원소 (δ13C) 측정에 나 멜을 안정적으로 레코드 동물 다이어트 및 동작9,10설명 했다. 치아에 나 멜의 안정 되어 있는 산소 동위 원소 (δ18O) 값 섭취 물, 물에 다양 한 환경에 미치는 영향 뿐만 아니라 식물 및 동물성 식품, 식 수, 호흡, 물 포함의 산소 동위 원소 구성에 의해 결정 됩니다. 또한 동위 원소 분별 법으로 이어질 수 있는 (., 건조, 온도, 고도, 강우량 금액, 대륙 위치)11. 이 식이 환경 재건에 대 한 인기 있는 방법을에서 했다 paleoecological, 고고학, 고생물학 연구.

치아에 나 멜 형성 기간 (년)을 상대적으로 짧은 이며 샘플링 되 고 치아에 따라 다릅니다. 인간을 위한 첫 번째 어 금 니에 나 멜 mineralizes 출생에서 3 세 사이, 구치 형성 1.5 ~ 7 세 사이, 두 번째 어 금 니 2.5와 8 세의 형성 및 세 번째 어 금 니12 7 16 세 사이 청소년 기 동안 형성 . 대형의 그것의 기간 동안 점진적으로 그 치아에 나 멜 형태를 감안할 때, 그것은 전체 성장 축 따라 대량에서 샘플링 하거나 수13 형성 기간 동안 발생 한 규정식 및 환경에서 변경 내용을 조사 하려면 순차적 샘플링 . 특정된 치아 내 식이 변화를 시간순으로 정렬 된 인간과 다른 동물1,14, 간 연례 계절과 규정식 변화에 관한 정보를 제공에 대 한 관찰 이다.

에 나 멜은 보통 diagenesis, 매장 환경에서 발생 하는 동위 원소 수정 가능 하 고15,16, 실험 검사 및 전처리 선택 유용한 만드는 관찰 되었습니다. 푸리에 변환 적외선 분광학 (FTIR), 특히 감쇠 전송 모드에서 빠르고, 저렴 한, 그리고 치아에 나 멜에 taphonomic 변경 평가 대 한 상대적으로 액세스할 수 있는 방법으로 등장 했습니다 동안 그것만 사용할 수 있는 방법, 고생물학 컨텍스트17,18,,1920에 특히. 그러나, 상세한 프로토콜 및 녹음 표준 남아 지구 화학 또는 재료 과학 분야 이외의 많은 사람들이 상대적으로 액세스할 수 없습니다.

반응 시간과 치아에 나 멜의 전처리에 연구원에 의해 고용 하는 화학 물질도 상당히 다이 다양성 안정적인 탄소 및 산소 동위 원소 값 샘플21의 무엇을 할 수 있습니다로 제한 고려 종종 문학에서 ,22. 여기, 우리는 나 멜 파우더 샘플의 전처리에 대 한 접근을 사용 하 여 희석 초 산 (0.1 m M)를 보고 합니다. 그러나, 그에 주어진 동위 원소 측정 전처리에서 결과에 차이 상대적으로 경미한 치아에 나 멜에 대 한, 연구자는 그들은11에 그들의 데이터를 비교 하고자 하는 데이터 집합에 대 한 프로토콜에 따라에 대 한 최상 이다. 또한, 홀로세 샘플에 특히 작은 순차적 샘플 촬영은 어디 아무 전처리 선택할 수 있습니다 (다음 파일럿 diagenetic 테스트) 샘플 낭비를 피하기 위해.

우리가 여기에 보고 하는 방법을 우리의 지식에 새로운 수단으로 있지만, 이것은 처음으로 대량 및 순차 샘플링, 전처리 선택, 그리고 치아에 대 한 diagenetic 확인 방법 (FTIR의 형태로)의 철저 한 서 면 및 비주얼 문서에 나 멜 되었습니다 널리 사용할 수 있는 다양 한 학술 관객 들에 게. 우리는 우리의 노력 하 게 될이 이렇게 더 쉽게 개인 및 실험실의 넓은 수를 희망 하는 동안 적용 하 고이 기술을 게시 하 고 싶은 연구자 최소 기준, diagenetic 고려 사항, 보고 알고 있어야 하 고 프레 젠 테이 션 요구 overviewed 다른 잠재적인 해석 복잡성을 그들의 연구 영역, 분석, taxa에 고유 기간5시간으로20일.

Protocol

다음 프로토콜 인류 역사의 과학에 대 한 최대 플랑크 연구소에서 빛 동위 원소 질량 분석 실험실의 지침을 따릅니다. 멸종 위기에 놓인된 현대 또는 역사 faunal 견본를 포함 분석 그리고 현대 이해 관계자 관심의 고고학과 faunal 물자의 사용에 대 한 국내 및 국제 위원회에서 적절 한 윤리 권한은 찾았던 되어야 합니다. . 이 문서에서 사용 하는 샘플 고고학과 화석 표본 이었다. 아니 살아있는 인간?…

Representative Results

위의 샘플 프로시저를 사용 하 여 증분에 나 멜 bioapatite 샘플 준비 되었다. 에 나 멜에서 bioapatite의 분석은 샘플링, 대량 또는 증분의 정확도에 따라 달라 집니다. 이 경우에, 다른 기후 지역에서 고 고 학적 샘플 (2 개 양)의 결과를 선택 했습니다. 증분 샘플 양 두 번째 어 금 니에서 분석 및 ERJ (그림 4)에서 시작을 표시 했다. 증분 샘플 위치 번호가 있?…

Discussion

(대량과 증분) 성공의 전에 치열의 지식에 대 한 액세스에 의존 드릴링 기술 및 샘플 준비, 상대적으로 저렴 한 장비에 대 한 투자와 함께. 이러한 문제는 쉽게 넘을 때 명확한 지침에 관한 샘플링 및 전처리 방법 사용할 수 있습니다. 이 문서에서는 이러한 방법에 새로운 연구에 대 한 명확 하 고 간결한 방식에서를 전파 하겠습니다. 처음으로 이러한 방법을 적용 하는 학자 분석 및 귀중 한 고고학?…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

우리는 자금에 대 한 최근 설정으로이 연구를 학과 고고학, 막스 플랑크 연구소에서 안정 동위 원소 실험실의 인류 역사의 과학에 대 한 최대 플랑크 사회를 감사 하 고 싶습니다.

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&region=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

参考文献

  1. 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).
  2. Balasse, M. Potential biases in sampling design and interpretation of intra-tooth isotope analysis. International Journal of Osteoarchaeology. 13 (1-2), 3-10 (2003).
  3. Lee-Thorp, J. A. On isotopes and old bones. Archaeometry. 50 (6), 925-950 (2008).
  4. Clementz, M. T. New insight from old bones: stable isotope analysis of fossil mammals. Journal of Mammalogy. 93 (2), 368-380 (2012).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. LeGeros, R. Z. Calcium phosphates in oral biology and medicine. Monographs in oral sciences. 15, 109-111 (1991).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Koch, P. L. Isotopic study of the biology of modern and fossil vertebrates. Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science. , 99-154 (2007).
  12. Nelson, S. J. . Wheeler’s Dental Anatomy, Physiology and Occlusion-E-Book. , (2014).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Zazzo, A. Bone and enamel carbonate diagenesis: a radiocarbon prospective. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 416, 168-178 (2014).
  17. Sponheimer, M. . Isotopic paleoecology of the Makapansgat Limeworks fauna (Australopithecus africanus, South Africa). , (1999).
  18. Sponheimer, M., Lee-Thorp, J. A. Alteration of enamel carbonate environments during fossilization. Journal of Archaeological Science. 26 (2), 143-150 (1999).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Sydney-Zax, M., Mayer, I., Deutsch, D. Carbonate content in developing human and bovine enamel. Journal of dental research. 70 (5), 913-916 (1991).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).

Play Video

記事を引用
Ventresca Miller, A., Fernandes, R., Janzen, A., Nayak, A., Swift, J., Zech, J., Boivin, N., Roberts, P. Sampling and Pretreatment of Tooth Enamel Carbonate for Stable Carbon and Oxygen Isotope Analysis. J. Vis. Exp. (138), e58002, doi:10.3791/58002 (2018).

View Video