Visualizzazioni totali

Sei quello che mangi: la dieta delle popolazioni umane antiche attraverso lo studio degli isotopi stabili

»



Le frecce semplici descrivono il flusso di CO2 (figura a)) e di N2 e dei suoi composti (figura b)) , mentre quelle doppie la condizione di equilibrio nel frazionamento. I numeri indicano i valori di δ13C e di δ15N (‰), mentre quelli associati alle frecce mostrano il frazionamento (Δ) che avviene durante il passaggio. POM, particulate organic matter; DOM, dissolved organic matter. Da Peterson and Fry (1987), modificato.

 “Sei quello che mangi… più qualche per mille” 
(De Niro e Epstein, 1976) 

 “Sei quello che mangi”: quante volte lo abbiamo sentito dire? Nel 1976 la Geological Society of America pubblicò un abstract che riprendeva la famosa frase, i cui enunciati avrebbero dominato per anni, e lo fanno tutt’ora, lo studio della dieta nelle popolazioni umane antiche. Nel “You are what you eat (plus a few permil): the carbon isotope cycle in food chains”, De Niro ed Epstein proponevano l’esistenza di una chiara relazione scientifica -nello specifico, chimica- tra gli alimenti consumati e il consumatore. In particolare, gli autori asserivano che
il consumo di alimenti con rapporti isotopici del carbonio diversi determina la registrazione degli stessi nell’organismo del consumatore, il quale presenterà all’incirca gli stessi valori. Ma cosa si intende per frazionamento isotopico? Come si attua e come si registra? Da questo momento in poi, in questa sede, faremo riferimento al frazionamento isotopico servendoci della notazione δ(‰), data da:

Dove nX è l’isotopo stabile dell’elemento con il numero di massa minore ed n+1X è l’isotopo stabile dell’elemento con il numero di massa maggiore.
Gli isotopi più utilizzati nello studio della dieta in archeologia sono quelli del carbonio (12C e 13C) e dell’azoto (14N e 15N). Per capire i valori di frazionamento del carbonio, dobbiamo osservarne il ciclo naturale (figura a fronte, a)): Il δ13C in atmosfera è di circa −7‰. Gli organismi autotrofi, ovvero piante, alghe e batteri fotosintetici, usano l’anidride carbonica atmosferica insieme all’acqua per ottenere ossigeno e glucosio. Qualsiasi reazione chimica si verifica utilizzando, tra le molecole a disposizione, quelle costituite dagli isotopi più leggeri. Pertanto, il carbonio organico fotosintetico, è più ricco in 12C e meno ricco di 13C rispetto all’anidride carbonica atmosferica. È importante notare che il frazionamento ad opera della fotosintesi avviene in maniera distinta a seconda delle piante che la attuano. In particolare, osserviamo valori δ13C diversi per le piante con meccanismo C3, tipiche dei luoghi temperati -che comprendono, ad esempio, tutti gli alberi, riso, frumento, orzo, avena, segale, tuberi e fagioli-, vegetali degli ambienti caldi e aridi, conosciute come piante C4 -come mais, canna da zucchero, miglio e sorgo- e quelle di tipo CAM, con un meccanismo che si verifica nelle piante grasse del tipo cactus e agave (O’Leary, 1988; Smith and Epstein, 1971). Un’ulteriore importante distinzione nei meccanismi di frazionamento isotopico del carbonio si evidenzia nelle piante marine, poiché in questo ambiente vi è più ricchezza in 13C rispetto all’atmosfera di circa il 7‰: le piante acquatiche marine presentano dunque un 13C generalmente maggiore di quello delle piante terrestri. E nei fiumi e nei laghi? La discriminazione diventa più difficile, in quanto il contenuto di 13C è solitamente simile a quello delle piante terrestri, talvolta leggermente diverso a seconda dei carbonati disciolti in acqua derivanti dalle rocce (France, 1995). Una volta che le piante vengono ingerite da un organismo, si realizzano meccanismi metabolici che, preferendo di nuovo gli isotopi a peso atomico minore rispetto a quelli più pesanti, determinano un ulteriore frazionamento, e questo continua salendo nella catena alimentare anche se, per il carbonio, l’incremento è poco visibile. In questo modo, è possibile discriminare tra animali che si sono alimentati di piante o altri organismi terrestri e tra quelli che hanno utilizzato piante o altri organismi di habitat marini (De Niro and Epstein, 1978). Grazie agli isotopi dell’azoto, invece, è possibile osservare più facilmente il livello trofico della specie indagata e, quindi, il suo posto nella catena alimentare. Senza indagarne il ciclo, più complesso rispetto a quello del carbonio ma comunque visibile nella figura a fronte (b)), basterà in questa sede far notare che, sia per quanto riguarda l’habitat terrestre che quello acquatico marino, si osserva un incremento del 3−5‰ procedendo lungo la catena trofica. Questo incremento è probabilmente dovuto all’eliminazione di prodotti di scarto isotopicamente più leggeri, come per esempio l’urea (Ambrose, 2002). Grazie all’azoto è inoltre possibile ottenere una forte discriminazione tra ambiente terrestre e marino, dal momento che il δ15N risulta molto più alto negli organismi che abitano il secondo (e.g., Peterson e Fry, 1987).
I rapporti isotopici vengono registrati nei tessuti dei consumatori e, pertanto, nei contesti archeologici, il diagnosta si serve del materiale organico di più facile reperimento, ovvero il collagene presente nelle ossa.

Servirà un ulteriore articolo per indagare le problematiche connesse alla diagenesi del collagene e quali protocolli e strumenti vengono utilizzati per la sua estrazione e il rilevamento degli isotopi (Rimanete collegati..!). Per ora ci accontentiamo di avervi introdotto, si spera con parole semplici, in una complessa area di ricerca dell’archeologia, al momento l’unica che permette di ottenere un’evidenza diretta della dieta tipicamente consumata da un individuo o da un gruppo di individui in passato. Non esitate a contattarci per qualsiasi chiarimento! 

 Sil 

 Riferimenti bibliografici 

S. H. Ambrose. Controlled diet and climate experiments on nitrogen isotope ratios of rats. In Biogeochemical approaches to paleodietary analysis, pages 243–259. Springer, 2002. 

M. J. De Niro and S. Epstein. You are what you eat (plus a few‰): the carbon isotope cycle in food chains. Geological Society of America, 6:834, 1976. 

M. J. De Niro and S. Epstein. Influence of diet on the distribution of carbon isotopes in animals. Geochimica et cosmochimica acta, 42(5):495–506, 1978. 

M. J. De Niro and S. Epstein. Influence of diet on the distribution of nitrogen isotopes in animals. Geochimica et cosmochimica acta, 45(3):341–351, 1981.

R. France. Critical examination of stable isotope analysis as a means for tracing carbon pathways in stream ecosystems. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 52(3):651–656, 1995. 

M. H. O’Leary. Carbon isotopes in photosynthesis. Bioscience, 38(5):328–336, 1988. 

B. J. Peterson and B. Fry. Stable isotopes in ecosystem studies. Annual review of ecology and systematics, pages 293–320, 1987. 

M. J. Schoeninger and M. J. DeNiro. Nitrogen and carbon isotopic composition of bone collagen from marine and terrestrial animals. Geochimica et Cosmochimica Acta, 48 (4):625–639, 1984.

B. N. Smith and S. Epstein. Two categories of 13c/12c ratios for higher plants. Plant physiology, 47(3):380–384, 1971.

Commenti

Etichette

Archeologia Emanuele Dell'Aglio Film&Art Metalli Silvia Soncin Chimica Conservazione Colore Restauro Analisi Diagnostiche Musei Tecniche non invasive Diagnostica non invasiva Resti Umani Spettroscopia Raman UNESCO Degrado Research for Cultural Heritage Spettroscopia Carta Datazione Elettrochimica Film Imaging News from Diagnostic World Arte Contemporanea Ceramica Coloranti Corrosione Dipinti Gemme Lapidei Medioevo Pittura Spettrometria di Massa Spettrometro di Massa Studi di provenienza Vetro Alessadra Virga Archeometria Audiovisivi Bronzo ENEA Laser Leonardo da Vinci Machine Learning Materiali Materiali di origine animale Museo NfDW Papiri Picasso Piombo Rame Sincrotrone Van Gogh Voltammetria di Microparticelle arte libro tecnica pittorica tessuti vegetali Adorazione dei Magi Alimenti Antropologia Archeoastronomia Artemisia Gentileschi Biodeterioramento Cervello Cinema Costantino D'Orazio DNA Dagherrotipia Data Science Diagnosta Egitto Ercolano Ferro Firenze Galleria degli Uffizi Gialli di cadmio Graphic Novel Inquinamento Atmosferico Legno Leonardo Libri Luce Mass Spectrometry Materiali cartacei Memoria Michelangelo Microscopia Monitoraggio Nanomateriali Ottica Papiri carbonizzati Parchment Pellicole Prodotti innovativi Proteine Restauro digitale Rinascimento Roma SERS Storia del Restauro Strumenti musicali Tecnologie Termoluminescenza Vesuvio ZooMS acceleratori adesivi autori ospiti biologia calce cancro del bronzo colla colorante dipinti ad olio doratura inchiostri isotopi stabili leganti pietre preziose pulitura radiocarbonio raggi-X supporto scrittorio ANEDbc ANOVA ATR Ablation Actinobatteri Adriana Iuliano Affresco Alabastro Alberto Angela Alessandro Guiccioli Ambiente Amedeo Modigliani Analisi degli Isotopi Stabili Analysis of variance Anton Cechov Antonio Ligabue Antonio Stradivari Arazzi Archeologia Giudiziaria Archeologia Invisibile Archeologia subacquea Archeology Archeomafie Architettura Argento Arsenico Arte Povera Arte moderna Arte naif Artista Assorbimento Atacama Attribuzione Autobiografia Avorio Azzurrite Beatrice Luzi Benedetta Vitale Benzotriazolo Bible Bioprodotto Biopulitura Birra Blu Bolzano Book CERN CSGI Caffè Calchi Cammeo Campus Ravenna Cantiere Cappella Scrovegni Caravaggio segreto Casa del Bicentenario Cemento Ceprano Christie's Chrozophora tinctoria Ciclo pittorico Cile Cina Cinquecento Cioccolato Cleaning Codice dei beni culturali Colori Conservazione Preventiva Coppa di Licurgo Coronavirus Crimini contro il Patrimonio Culturale Cromatografia DESY DNA antico Datazione U-Th Datazione al radiocarbonio Declorazione Diamanti Diffrattometria Neutronica Dimorfismo Sessuale Donatello ESRF Edmond de Belamy Elementi in traccia Elio Giordano Emanuele Imbucci Enrico Lo Verso Esposizione Eufronio FT-IR Falsificazione Fenici Final Portrait Fotocatalizzatori Fotoemissione Fotografia Fotoluminescenza Francesca Gherardi Frida Kahlo Fruizione Gaia Piccardi Gaia Servadio George Byron Gesso Ghisa Giacometti Gioacchino Rossini Gioconda Giorgio Diritti Golden Lilium Gallery Goujian Gran Sasso Heinrich Schliemann Howard Carter INFN IRMS Idrogel Nanostrutturato Il viaggio a Reims Illuminazione Imaging XRF Inibitori Biologici Insetti Internet of Things Intervista Io sono fuoco Isabella Otto Italia Ivano Marescotti John Ruskin KHA LAM LIF Laboratorio Laboratorio Arvedi di Diagnostica Non-Invasiva Lapislazzuli Laser Scanner Laura Parducci Layer Amplification Method Lazurite Leghe MIUR Macchina di Antikythera Margaret Keane Maria Bernadette Melis Marina Abramovic Marmo Matisse Maya Blu Mercurio MiBACT Michelangelo Buonarroti Michelangelo infinito Microclima Microscopia elettronica ESEM Microstruttura Mikhail Bulgakov Modelli tridimensionali Modigliani Modì Monetazione Romana Monna Lisa Mozia Muoni Murex Brandaris Musei Vaticani Musei virtuali Museo Archeologico dell'Alto Adige Museo Egizio Nanocellulosa Nanotecnologie Nasiergel Nastri magnetici Neandertal Nopalgel Northumbria University Notre Dame de Paris Obvious Occhio Opera lirica Opera&Art Opere Policrome Opificio delle Pietre Dure Ossidiane Ossido di Zinco Ottica Non Lineare PIXE Padova Palazzo Guiccioli Palmira Percezione Performance Pergamena Perkin Peste Petrografia Philippe Daverio Physically Based Renderer Piogge acide Pompei Porcellana Porpora Porpora di Tiro Potere Risolutivo Progetto Grande Rilevanza Italia - Messico RGB Rafael Parra Reazioni chimiche Reggia Rendering Repliche Research Riflessione Risoluzione SEM-EDS Sacra Sindone Sali solubili Salvator Mundi Scientia ad Artem3 Seconda Armonica Sheele Sindone Sistina Smaltino Smeraldo Sofia Podestà Solfatazione Spettroscopia FTIR Spettroscopia di Impedenza Elettrochimica Spolvero Sticky-Shed Syndrome Stonehenge Storia dell'arte Storie dell'arte Storie di Sant'Orsola Street art Strontium isotopes Strumenti ad arco TEM TLS Tecnica EVA Teleri Teoria del Restauro Terahertz The cleaner Titanio Tiziana Pasciuto. Tomografia Computerizzata (CT) Tomografia a Raggi X a Contrasto di Fase Turismo Tutankhamon Università di Bologna Urina VIMP VMP Valentina Risdonne Venaria Reale Venezia Verde Vermeer Victoria and Albert Museum Vincent Van Gogh Vinegar Syndrome Vino Violini Viollet-le-Duc Visione Vittore Carpaccio Volevo nascondermi William Turner Workshop XPS XRF Zooarchaeology Zucchero affreschi algoritmo ambra ametista art bagnabilità cera ciclotrone cinabro cloro code colla animale colla di bue colla forte collanti colorante di sintesi cultural heritage dieta escher foglia d'oro folle storia dell'arte follia formula chimica garavella giallo indiano i colori dell'anima idrogel il gesto dell'arte illusioni ottiche imprimiture liuteria malattia mentale manoscritti medievali marine reservoir effect mauveina minerali mosaico mostra nastri adesivi natura del materiale nerofumo oli siccativi origine animale origine vegetale oro particelle pelle processo fotossidativo proteomica protoni registri mortuari Milano rimozione ritratto rosso significato sintetici solubilità sostanze adesive statistica storia del papiro storico dell'arte tempere tempere polisaccaridiche tempere proteiche tempo di presa tintura tinture triangolo di Teas viola viscosità Ötzi
Mostra di più