Kako analize lipidov razkrivajo starodavne prehranjevalne navade in kulinarične prakse

Kromatografija in analiza specifičnih izotopov spojine ostankov lipidov v starodavni keramiki povesta veliko o starodavi hrana navade in kulinarične prakse. V zadnjih dveh desetletjih je bila ta tehnika uspešno uporabljena za razkritje starodavnih hrana praks več arheoloških najdišč na svetu. Raziskovalci so to tehniko pred kratkim uporabili za keramiko, zbrano z več arheoloških najdišč civilizacije doline Inda. Ključna znanstvena ugotovitev je bila prevladovanje maščob neprežvekovalcev v posodah za kuhanje, kar pomeni, da so se neprežvekovalci (kot so konji, prašiči, perutnina, perutnina, kunci itd.) v posodah kuhali dlje časa. To je v nasprotju z dolgotrajnim mnenjem (temelji na favnističnih dokazih), da so prežvekovalce (kot so govedo, bivoli, jeleni itd.) uživali kot hrana ljudje iz doline Inda.  

Arheološka izkopavanja pomembnih najdišč v preteklem stoletju so zagotovila veliko informacij o kulturi in običajih starih ljudi. Vendar pa je bilo razumevanje prehrane in načinov preživljanja, ki so prevladovali v starodavnih prazgodovinskih družbah brez pisnih zapisov, včasih težka naloga, saj ni ostalo veliko tistega, kar je sestavljalo 'hrano', zaradi skoraj popolne naravne degradacije hrana in biomolekul. V zadnjih dveh desetletjih so standardne kemijske tehnike kromatografije in specifične analize razmerja stabilnih izotopov ogljika prodrle v arheološke študije, ki raziskovalcem omogočajo natančno določitev virov lipidov. Posledično je postalo mogoče raziskati prehrano in prakse preživljanja z uporabo molekularnih in izotopskih analiz absorbiranih ostankov hrane na podlagi vrednosti δ13C in Δ13C.  

Rastline so primarni proizvajalci hrane. Večina rastlin uporablja fotosintezo C3 za fiksiranje ogljika, zato se imenujejo rastline C3. Pšenica, ječmen, riž, oves, rž, kravji fižol, kasava, soja itd. so glavne rastline C3. Tvorijo sponko hrana človeštva. Rastline C4 (kot so koruza, sladkorni trs, proso in sirek) po drugi strani uporabljajo fotosintezo C4 za fiksacijo ogljika.  

Ogljik ima dva stabilna izotopa, C-12 in C-13 (tretji izotop C-14 je nestabilen, zato radioaktiven in se uporablja za datiranje organsko arheološke najdbe). Od dveh stabilnih izotopov je lažji C-12 prednostno vzet v fotosintezo. Fotosinteza ni univerzalna; daje prednost fiksaciji C-12. Poleg tega rastline C3 zavzamejo lažji izotop C-12 več kot rastline C4. Tako rastline C3 kot C4 diskriminirajo težji izotop C-13, vendar rastline C4 ne razlikujejo tako močno kot rastline C3. Nasprotno, pri fotosintezi imajo rastline C3 in C4 prednost izotop C-12 pred C-13, vendar rastline C3 dajejo prednost C-12 bolj kot rastline C4. Posledica tega so razlike v razmerju stabilnih izotopov ogljika v rastlinah C3 in C4 ter pri živalih, ki se hranijo z rastlinami C3 in C4. Žival, hranjena z rastlinami C3, bo imela več lažjih izotopov kot žival, hranjena z rastlinami C4, kar pomeni, da je bolj verjetno, da molekula lipida z lažjim razmerjem izotopov izvira iz živali, hranjene z rastlinami C3. To je konceptualna osnova za sestavljeno specifično izotopsko analizo lipida (ali katere koli druge biomolekule), ki pomaga pri prepoznavanju virov lipidnih ostankov v lončenini. Na kratko, rastline C3 in C4 imajo različna izotopska razmerja ogljika. Vrednost δ13C za rastline C3 je manjša med −30 in −23‰, medtem ko je za rastline C4 ta vrednost med −14 in −12‰. 

Po ekstrakciji lipidnih ostankov iz vzorcev keramike je prvi ključni korak ločitev različnih lipidnih sestavin s tehniko plinske kromatografije-masne spektrometrije (GC-MS). To daje lipidni kromatogram vzorca. Lipidi se sčasoma razgradijo, zato v starih vzorcih običajno najdemo maščobne kisline (FA), zlasti palmitinsko kislino (C₁₆) in stearinsko kislino (C₁₈). Tako ta tehnika kemijske analize pomaga pri identifikaciji maščobnih kislin v vzorcu, vendar ne daje informacij o izvoru maščobnih kislin. Nadalje je treba ugotoviti, ali določena maščobna kislina, identificirana v starodavni posodi za kuhanje, izvira iz mlečnih izdelkov ali živalskega mesa ali rastlin. Ostanek maščobnih kislin v posodah je odvisen od tega, kaj se je v starih časih kuhalo v posodi. 

Rastline C3 in C4 imajo različna razmerja stabilnih izotopov ogljika zaradi prednostnega privzema lažjega izotopa C12 med fotosintezo. Podobno imajo živali, hranjene z rastlinami C3 in C4, različna razmerja, na primer udomačeno govedo (prežvekovalci, kot so krave in bivoli), hranjeno s hrano C4 (kot je proso), bo imelo drugačno razmerje izotopov kot manjše udomačene živali, kot so koze, ovce. in prašiči, ki se običajno pasejo in uspevajo na rastlinah C3. Poleg tega imajo mlečni izdelki in meso, pridobljeno iz prežvekovalcev, različna izotopska razmerja zaradi razlik v sintezi maščob v njihovi mlečni žlezi in maščobnem tkivu. Ugotavljanje izvora specifične maščobne kisline, ki je bila prej identificirana, poteka z analizo razmerij stabilnih izotopov ogljika. Za analizo izotopskih razmerij identificiranih maščobnih kislin se uporablja tehnika masne spektrometrije plinske kromatografije-zgorevanja-izotopskega razmerja (GC-C-IRMS).   

Pomen analize razmerja stabilnih ogljikovih izotopov v lipidnih ostankih v arheoloških študijah prazgodovinskih najdišč je bil dokazan leta 1999, ko je študija arheološkega najdišča v Welsh Borderlands v Združenem kraljestvu lahko jasno razlikovala med maščobami neprežvekovalcev (npr. prašičev) in prežvekovalcev (npr. ovc ali goveda).¹. Ta pristop bi lahko zagotovil prepričljiv dokaz prve proizvodnje mleka v zeleni Saharski Afriki v petem tisočletju pr. Severna Afrika je bila takrat zelena z rastlinjem in prazgodovinski ljudje v Saharski Afriki so sprejeli prakso mlekarstva. To je bilo ugotovljeno na podlagi vrednosti δ13C in Δ13C glavnih alkanojskih kislin mlečne maščobe, ugotovljenih v lončenih izdelkih.². Podobne analize so zagotovile prvi neposreden dokaz predelave in uživanja mleka v pastoralnih neolitskih družbah v vzhodni Afriki³ in v zgodnji železni dobi na severu Kitajske⁴. 

V Južni Aziji dokazi o udomačitvi segajo v 7^th tisočletja pr. do 4^th tisočletja pr. n. št. so bile udomačene živali, kot so govedo, bivoli, koze, ovce itd., prisotne na različnih lokacijah v dolini Inda. Obstajajo predlogi o uporabi teh živali v hrani za mlečne izdelke in meso, vendar ni prepričljivih znanstvenih dokazov, ki bi podprli to mnenje. Analiza stabilnih izotopov ostankov lipidov, ekstrahiranih iz keramičnih kosov, zbranih iz Dolina Indu naselbine zagotavljajo najzgodnejše neposredne dokaze o predelavi mleka v Južni Aziji⁵. V drugi nedavni, bolj izpopolnjeni, sistematični študiji lipidnih ostankov iz fragmentov loncev, zbranih na več lokacijah v dolini Inda, so raziskovalci poskušali ugotoviti vrsto živil, uporabljenih v posodah. Izotopska analiza je potrdila uporabo živalskih maščob v posodah. Ključna znanstvena ugotovitev je bila prevlada maščob neprežvekovalcev v posodah za kuhanje⁶ kar pomeni, da so neprežvekovalce (kot so konj, prašiči, perutnina, perutnina, zajec itd.) dolgo kuhali v posodah in zaužili kot hrano. To je v nasprotju z dolgotrajnim mnenjem (temelji na favnističnih dokazih), da so ljudje v dolini Inda uživali prežvekovalce (kot so govedo, bivoli, jeleni, koze itd.).  

Omejitve te študije so nedostopnost lokalnih sodobnih referenčnih maščob in možnost mešanja rastlinskih in živalskih proizvodov. Da bi premagali morebitne učinke, ki so posledica mešanja rastlinskih in živalskih proizvodov, ter za celosten pogled je bila analiza škrobnih zrn vključena v analize lipidnih ostankov. To je podpiralo kuhanje rastlin, žit, stročnic itd. v posodi. To pomaga premagati nekatere omejitve⁷. 

*** 

Reference:  

1. Dudd SN sod 1999. Dokazi za različne vzorce izkoriščanja živalskih proizvodov v različnih prazgodovinskih lončarskih tradicijah, ki temeljijo na lipidih, ohranjenih na površini in absorbiranih ostankih. Journal of Archaeological Science. Zvezek 26, številka 12, december 1999, strani 1473-1482. DOI: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. et al. Prva proizvodnja mleka v zeleni Saharski Afriki v petem tisočletju pr. Narava 486, 390–394 (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Grillo KM et al 2020. Molekularni in izotopski dokazi za mleko, meso in rastline v prazgodovinskih pastirskih sistemih vzhodne Afrike. PNAS. 117 (18) 9793-9799. Objavljeno 13. aprila 2020. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. Han B., sod 2021. Analiza lipidnih ostankov keramičnih posod z najdišča Liujiawa v RuiState (starejša železna doba, severna Kitajska). Journal of Quaternary Science (2022) 37 (1) 114–122. DOI: https://doi.org/10.1002/jqs.3377 

5. Chakraborty, KS, Slater, GF, Miller, H.ML. et al. Analiza lipidnih ostankov, specifičnih za spojino, zagotavlja prvi neposredni dokaz o predelavi mlečnih izdelkov v Južni Aziji. Sci Rep 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Suryanarayan A., sod 2021. Ostanki lipidov v keramiki iz civilizacije Inda v severozahodni Indiji. Journal of Archaeological Science. Zvezek 125, 2021,105291, XNUMX. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. García-Granero Juan José, sod 2022. Integracija analiz lipidov in škrobnih zrn iz lončenih posod za raziskovanje prazgodovinskih prehranjevalnih poti v severnem Gujaratu v Indiji. Meje v ekologiji in evoluciji, 16. marec 2022. Razd. Paleontologija . DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

Bibliografija  

1. Irto A., sod 2022. Lipidi v arheološki keramiki: Pregled njihovega vzorčenja in tehnik ekstrakcije. Molecules 2022, 27(11), 3451; DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Suryanarayan, A. 2020. Kaj se kuha v civilizaciji Inda? Raziskovanje hrane Inda z analizo ostankov keramičnih lipidov (doktorsko delo). Univerza v Cambridgeu. DOI: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Suryanarayan, A. 2021. Predavanje – Ostanki lipidov v keramiki iz civilizacije Inda. Na voljo na https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo 

***