Örnekleme ve diş minesini Önarıtma kararlı karbon ve oksijen izotop analizi için karbonat
Summary
İnsan ve hayvan diş minesini karbonat stabil karbon ve oksijen izotop analizi bireysel diyet ve çevresel yeniden inşa için bir proxy olarak kullanılmıştır. Burada ayrıntılı bir açıklama sağlamak ve görsel belgeleri toplu ve sıralı diş mine örnekleme yanı sıra Önarıtma arkeolojik ve paleontolojik örnekleri.
Abstract
İnsan ve hayvan diş minesini karbonat stabil karbon ve oksijen izotop analizi paleodietary, paleoecological ve paleoenvironmental araştırma son tarihsel dönemlere ait geri 10 milyon yıldan fazla için uygulanmıştır. Bir diş içinde sıralı örnekleri bu dönemde beslenme ve çevre değişiklikleri izleyebilirsiniz iken toplu yaklaşımlar emaye Qafqaz, süre için temsil edici bir örnek sağlar. Bu metodolojileri edilmiş yaygın olarak uygulanan ve Arkeoloji, ekoloji ve paleontoloji bölümünde açıklandığı iken, gerekli laboratuar ekipmanları seçiminde yardımcı olmak için ve iyice ayrıntılı laboratuvar örnekleme açıklamak için hiçbir açık kurallar olmuştur ve iletişim kuralları. Bu makalede, biz onlara ve görsel olarak, işlemin tamamı örnekleme yöntemi araştırmacılar çeşitli laboratuvar ayarları kendi uygulamasında dikkate alınarak daha yaygın olarak kullanılabilir yapmak için tedavi öncesi ve diagenetic tarama yoluyla gelen belge.
Introduction
Diş minesini karbonat stabil karbon ve oksijen izotop analiz insan diyet alımı, sütten kesme ve mobilite yanı sıra bitki örtüsü, hayvan ve hayvan foddering hareketi faunal güven geçmiş çalışma için kullanılmıştır. Bu uygulamalar edilmiş kapsamlı bir şekilde ele ve çevresel koşullar yerel kurutmak, sıcaklık, su kaynakları ve bitki örtüsü besteleri1,2, etkileri gösteren çeşitli için gözden 3,4,5,6. Arkeoloji ve paleontoloji potansiyel uygulamalar çeşitliliği yanı sıra diş minesini karbonat, iyi korunması, kararlı izotop çalışmaları3için çekici bir malzeme sağlamıştır. Örnekleme, Önarıtma ve diagenesis tarama yöntemleri bir dizi önceki yayınları1,7kısaca açıklanmıştır. Ancak, ayrıntılı sözlü ve görsel gösteriler büyük ölçüde kullanılamaz, özellikle için insanlar dışında arkeolojik fen laboratuarları ve nerede bu tekniğin kullanımı ilgi artmaktadır sınırlı fonları ile laboratuvar grupları arasında kalır 5.
Diş minesini öncelikle hidroksiapatit (bioapatite) crystallites8 / kemik yapım o öldükten sonra diagenetic iyonik oyuncu değişikliği ve kirlenme3daha dayanıklı, daha büyük oluşur. Modern çalışmalar kararlı karbon izotop (δ13C) ölçümleri faunal diş güvenilir bir şekilde kayıt hayvan beslenme ve davranış9,10emay gösterdi. Diş minesini istikrarlı oksijen izotop (δ18O) değerinin bitki ve hayvan gıdalar, içme suyu, solunum yanı sıra çeşitli çevresel etkileri su su içeren alınan su, oksijen izotopik bileşimi tarafından belirlenir daha fazla izotopik ayırma için neden olabilir (Örn., kuraklık, sıcaklık, rakım, yağış miktarı, kıta yer)11. Bu arkeolojik, paleoecological ve paleontolojik araştırmada, diyet ve çevresel yeniden inşası için popüler bir yöntem sağlamıştır.
Diş minesini oluşumu süre (yıl) nispeten kısa olduğunu ve örnek diş bağlı olarak farklılık gösterir. İnsanlar için ilk molar emaye Doğum ve 3 yaşları arasında mineralizes, premolars 1,5 ile 7 yaş arasında mineralize, ikinci büyük azı dişleri 2.5 ile 8 yaş arasında mineralize ve 7-16 yaş12 arasında ergenlik sırasında üçüncü büyük azı dişleri mineralize . O diş minesini formları artımlı olarak oluşumu, süre içinde göz önüne alındığında, bu tüm büyüme eksen boyunca toplu olarak örnek veya ardışık olarak diyet ve çevre13 oluşumu döneminde meydana gelen değişiklikleri öğrenmek için örnek . Kronolojik olarak sıralanan diyet değişikliği içinde belirli bir diş observable arası yıllık mevsimlik ve diyet varyasyon ile ilgili bilgi sağlayan diğer hayvanlar1,14ve insanlar için olduğunu.
Emaye diagenesis için genellikle dayanıklı olmakla birlikte, mezar ortamından kaynaklanan izotopik modifikasyonlar mümkündür ve15,16deneysel kontrol ve tedavi öncesi seçimler faydalı hale, gözlemledim. Yalnızca kullanılabilir yöntemi değildir, ancak Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopi (FTIR), özellikle modunda zayıflatılmış iletim, hızlı, ucuz ve diş minesini taphonomic değişiklik değerlendirmek için nispeten erişilebilir yöntemi olarak ortaya çıkmıştır, Özellikle paleontolojik bağlamlarda17,18,19,20. Ancak, ayrıntılı iletişim kuralları ve kayıt standartlar nispeten ulaşılmaz-e doğru Jeokimya veya malzeme bilim alanları dışında birçok kişi kalır.
Tepki süreleri ve araştırmacılar tarafından diş minesini Önarıtma içinde istihdam kimyasallar da önemli ölçüde bu değişkenliği kararlı karbon ve oksijen izotop değerleri örnek21 için ne olarak genellikle sınırlı dikkate alınarak literatürde değişebilir ,22. Burada, emaye toz örnekleri Önarıtma için bir yaklaşım kullanır asetik asit (0,1 M) seyreltik raporu. Ancak, izotopik ölçümleri Önarıtma kaynaklanan farklılıkları diş minesini için görece küçük olduğunu göz önüne alındığında,11kullanıcıların verilerini karşılaştırmak istedikleri veri kümeleri için protokolleri takip araştırmacılar için en iyisidir. Nerede küçük sıralı örnekleri alınır, özellikle Holosen örnekleri üzerinde Ayrıca, hiçbir ön (pilot diagenetic testleri) örnek israfını önlemek için seçilebilir.
Biz burada rapor yöntemleri suretiyle bilgimizi yeni olmakla birlikte, bu ayrıntılı yazılı ve görsel belgeleri toplu ve ardışık örnekleme, tedavi öncesi seçimler ve diagenetic onay Yöntemleri (FTIR formu) diş emay ilk. yaygın olarak kullanılan bir çeşitli Akademik dinleyiciye yapılmıştır. Umarız çabalarımızı-ecek yapmak bu yaklaşım bireylerin ve laboratuvarlar daha geniş bir dizi için daha kolay erişilebilir iken, uygulamak ve bu teknik yayımlamak isteyen araştırmacılar raporlama standartları, diagenetic dikkat edilmesi gereken noktalar, en az farkında olmalı ve sunu gereksinimleri başka bir yerde20, aynı zamanda onların çalışma bölge takson analiz, benzersiz olması ve dönem5zaman potansiyel yorumsal karmaşıklığı uyarlanan.
Protocol
Representative Results
Discussion
Başarılı (toplu ve artımlı) örnekleme sorunları diş bilgi erişimine sondaj teknikleri ile ilgili olarak ve numune hazırlama, nispeten ucuz ekipman yatırımı yanında. Bu sorunlara açık zaman örnekleme ve tedavi öncesi yaklaşımları ile ilgili yönergeler mevcuttur kolayca halledilebilir. Bu makalede, bunlar açık, özlü bir biçimde araştırmacılar bu yöntemlere yeni için Dissemine umuyoruz. Bilim adamları ilk kez bu yöntemleri uygulayarak önce analiz ve örnekleme değerli örnekleri arkeoloji…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Max Planck Derneği bu araştırma yanı sıra son ayarı kadar kararlı izotop Laboratuvarı bölümü Arkeoloji, Max Planck Enstitüsü bilim insanlık tarihinin için finansman için teşekkür etmek istiyorum.
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 |
References
- 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).
