Summary
Estable análisis de isótopos de carbono y el oxígeno del carbonato del esmalte de dientes humanos y animales se ha utilizado como un proxy para la dieta individual y reconstrucción ambiental. Aquí, ofrecemos una descripción detallada y documentación visual de masa y secuencial del diente esmalte muestreo así como el tratamiento previo de muestras arqueológicas y paleontológicas.
Abstract
Estable análisis de isótopos de carbono y el oxígeno del carbonato del esmalte de dientes humanos y animales se ha aplicado en investigaciones paleoambientales y juegos, paleoecológicos, desde periodos históricos recientes más de 10 millones años atrás. Enfoques a granel proporcionan una muestra representativa para el período de mineralización del esmalte, mientras que las muestras secuenciales dentro de un diente pueden seguir los cambios dietéticos y ambientales durante este período. Mientras que estas metodologías han sido ampliamente aplicadas y descritas en la arqueología, ecología y paleontología, no han sido pautas explícitas para ayudar en la selección de equipo de laboratorio necesario y describir minuciosamente detallada laboratorio muestreo y protocolos. En este artículo se documenta textualmente y visualmente, todo el proceso de muestreo a través de la evaluación pretratamiento y diagenéticos para hacer la metodología más ampliamente disponibles a los investigadores teniendo en cuenta su aplicación en una variedad de entornos de laboratorio.
Introduction
Estables análisis de isótopos de carbono y el oxígeno del carbonato del esmalte de diente se ha utilizado para estudiar más allá de la dieta humana, destete y movilidad, así como fauna dependencia de la vegetación, el movimiento de animales y ganado foddering. Estas aplicaciones han sido ampliamente discutidas y revisado para una variedad de condiciones ambientales que indican los efectos de la aridez local, temperatura, fuentes de agua y vegetación composiciones1,2, 3,4,5,6. La diversidad de posibles aplicaciones en Arqueología y paleontología, así como la buena conservación de carbonato del esmalte de diente, ha hecho un material atractivo para isótopos estables de trabajo3. Métodos de muestreo, tratamiento previo y proyección de la diagénesis se describen brevemente en un número de publicaciones anteriores1,7. Sin embargo, permanecen en gran medida de carácter, especialmente a las personas fuera de los laboratorios de ciencia arqueológica y entre los grupos de laboratorio con financiamiento limitado donde está aumentando el interés en el uso de esta técnica exhaustivas manifestaciones verbales y visuales 5.
Esmalte de los dientes está formada básicamente por cristalitos de hidroxiapatita (bioapatita)8 más grande que las de hueso, haciéndolo más resistente a substituciones iónicas diagenéticos post mortem y contaminación3. Estudios modernos han demostrado que del carbono estable isótopo (δ13C) medidas de fauna diente esmalte confiablemente registro animal dieta y comportamiento9,10. El valor de oxígeno estable isótopo (δ18O) del esmalte de los dientes está determinado por la composición isotópica del oxígeno del agua ingerida, que incluye el agua en plantas y alimentos de origen animal, agua potable, la respiración, así como varios impactos en el agua que puede conducir a mayor fraccionamiento isotópico (e.g., aridez, temperatura, altitud, cantidad de precipitaciones, ubicación continental)11. Esto ha hecho un método popular para la reconstrucción de la dieta y medio ambiente en la investigación paleontológica, arqueológica y paleoecológicas.
El período de formación del esmalte de diente es relativamente corto (años) y varía según el diente siendo muestreado. Para los seres humanos, primer molar esmalte mineraliza entre el nacimiento y los 3 años de edad, premolares mineralizar entre 1,5 y 7 años de edad, segundos molares mineralizar entre 2.5 y 8 años de edad y terceros molares mineralizarse durante la adolescencia, entre 7 y 16 años12 . Dado formas del esmalte de diente progresivamente durante su período de formación, puede ser muestreada a granel en el eje de todo crecimiento o muestrean secuencialmente con el fin de investigar los cambios en la dieta y medio ambiente que han ocurrido durante el período de formación13 . Cambio dietético ordenadas cronológicamente en un diente determinado es observable para los seres humanos y otros animales1,14, proporcionando información sobre la variación inter-anual de la temporada y dieta.
Mientras que el esmalte es generalmente resistente a la diagénesis, isotópicas modificaciones resultantes del entorno funerario son posibles y se han observado15,16, haciendo útil experimentales cheques y opciones de tratamiento previo. Aunque no es el único método disponible, espectroscopia infrarroja de transformación de Fourier (FTIR), particularmente en el modo de transmisión atenuada, ha surgido como un rápido, barato y un método relativamente accesible para evaluar alteración tafonómica en el esmalte de los dientes, particularmente en contextos paleontológicos17,18,19,20. Sin embargo, protocolos detallados y los estándares de grabación siendo relativamente inaccesibles para muchas personas fuera de los campos de la ciencia material o geoquímica.
Tiempos de reacción y los productos químicos empleados por los investigadores en el pretratamiento del esmalte dental también varían considerablemente en la literatura, a menudo con la limitada consideración en cuanto a lo que esta variabilidad puede hacer carbono estable y valores de isótopos de oxígeno de la muestra21 ,22. Aquí, Divulgamos un acercamiento que utiliza diluir ácido acético (0,1 M) para el tratamiento previo de muestras de polvo de esmalte. Sin embargo, dado que las diferencias en las mediciones isotópicas resultantes de tratamiento previo son relativamente de menor importancia para el esmalte de los dientes, es mejor para los investigadores a seguir los protocolos para conjuntos de datos con los que quieren comparar sus datos a11. Además, donde se toman pequeñas muestras secuenciales, particularmente en muestras del Holoceno, tratamiento previo no puede ser elegido (tras pruebas piloto diagenéticas) para evitar el despilfarro de la muestra.
Aunque los métodos que se presenta aquí no están nuevos, a nuestro conocimiento, esta es la primera vez que una exhaustiva documentación escrita y visual de a granel y muestreo secuencial, opciones de pretratamiento y métodos de verificación diagenéticos (en forma de FTIR) diente esmalte se hicieron ampliamente disponible a una audiencia académica variada. Mientras esperamos que nuestros esfuerzos hará que este enfoque más accesible a un mayor número de personas y laboratorios, los investigadores que desean aplicar y publicar esta técnica debe conocer mínimo de informes estándares, consideraciones diagenéticos, y requisitos de presentación en otros lugares ya20, así como la potencial complejidad interpretativa que será única en su región de estudio, taxones analizados y tiempo de período5.
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Protocol
El siguiente protocolo sigue las pautas del laboratorio de espectrometría de masa de luz isótopos en el Instituto Max Planck para la ciencia de la historia humana. Deben obtenerse los permisos adecuados de ética comités nacionales e internacionales para análisis de muestras de fauna en peligro de extinción moderna o históricas y para el uso de materiales arqueológicos y fauna de interés para los actores contemporáneos . En este trabajo, las muestras utilizadas eran especímenes arqueológicos y fósiles. No hay seres humanos vivos fueron utilizados en este estudio y permisos completa éticos, institucionales y gubernamentales se han obtenido para cualquier análisis destructivo.
1. a granel muestreo
Nota: Para los seres humanos y animales, el método básico de la mayor parte del diente esmalte muestreo es la aplicación de un taladro en el borde bucal del diente.
- Limpie la superficie externa del diente (~0.1 mm) con un disparo de bláster de aluminio o por la abrasión suave utilizando el taladro de montaje. Use un taladro de mano con una punta de diamante broca (ver abajo), de forma uniforme, conectada a través de un mandril para el montaje de taladro. Asegúrese de que la abrasión suave e incluso se realiza como un surco paralelo al eje de crecimiento todo (figura 1 y figura 2).
- Trate, siempre que sea posible, aplicar el método a la misma porción de diente para cada ser humano o animal muestreado.
Nota: En la investigación de juegos humanos, terceros molares son generalmente favorecidos como representante juvenil/adulta de dieta mientras que los primeros molares son evitados debido a efectos23el destete. El diente preferido para cada taxón y el período de vida representado, variará con las muestras disponibles y pregunta en estudio. - Taladro en una habitación bien ventilada mientras se está usando una máscara para evitar la inhalación de polvo de esmalte de diente. Gafas para protegerse los ojos. Tenga en cuenta que la cantidad de polvo de la muestra perforada variará dependiendo de los equipos utilizados para el análisis, protocolo de pretratamiento y tamaño del diente. Taladro a baja velocidad para evitar el calentamiento de la muestra.
Nota: Aproximadamente, 4-8 mg de polvo de la muestra es un objetivo apropiado para múltiples análisis utilizando un sistema de preparación e introducción de gas en línea para pruebas diagenéticas y espectrometría de masas de relación isotópica. Tenga en cuenta que la velocidad del taladro elegido dependerá de la fragilidad de la muestra y requiere cierto nivel de ensayo y error. En general, en un taladro de mano, dos de cada cinco bares de fuerza son suficientes. Taladre el polvo de diente sobre un trozo de papel de aluminio limpio o papel de peso. - Recoger el polvo resultante de esmalte y transferir a un tubo de microcentrífuga de 1,5 mL que ha sido tarado con una balanza adecuada precisa antes de la perforación. Etiquetar cada tubo con la designación de la muestra (figura 3). Registrar el peso de la muestra números y esmalte en un cuaderno de laboratorio, así como una base de datos electrónica.
- Antes de perforar cada nuevo diente, limpiar las brocas utilizadas primero con 0,5 M de HCl en un tejido sólido. Luego lavar la broca con un disolvente orgánico (por ejemplo, acetona, metanol o etanol) con un tejido sólido.
- Después de una perforación sentado, limpiar el espacio de trabajo con un aspirador o un cepillo y recogedor. Limpiar el espacio de toma de muestras con metanol. Vacío o rocíe el taladro con aire comprimido para remover polvo y muestra el polvo entre las muestras.
2. secuencial muestreo
Nota: El muestreo secuencial puede abordarse en una variedad de formas y dependerá de la taxonomía se muestrea, el tamaño de los dientes, así como la resolución temporal deseada.
- Limpie la superficie del diente se muestrearon quitando una muy delgada capa (~0.1 milímetros) del esmalte de diente externo.
- Las muestras a lo largo de la superficie bucal perpendicular al eje de crecimiento de los dientes, funcionamiento de la Unión de la raíz de esmalte en la parte superior de la corona del taladro. Taladro de bandas horizontales perpendiculares al eje de crecimiento, con cada muestra, dando por resultado una ranura ancha 1-2 mm a través de la capa de esmalte (figura 1 y figura 4). Tenga cuidado de evitar la perforación a través del esmalte a la dentina, que contaminarían la muestra y la medida resultante.
Nota: El número de muestras tomadas variarán dependiendo de la resolución deseada pero c. 10 representa un objetivo apropiado para el estudio de los cambios estacionales en δ13C y valores δ18O para un hipsodontos tamaño de ganado domesticado. - Elegir la broca adecuada para cada muestra, como el ancho de la línea de muestreo se determina por el diámetro de la broca.
- Utiliza un montaje de aparejo para dientes más delicados que requieren un mayor número de muestras elementales (figura 2) (por ej., dientes humanos), así como para perforación más estable. Configurar el soporte de la plataforma que sostiene el taladro firmemente, con el pedacito de taladro hacia abajo.
Nota: Mientras que cuatro muestras pueden obtenerse fácilmente en un molar humano permanente usando un enfoque mano24, más refinada muestreo requiere una plataforma o CO2 láser ablación enfoque no será discutido aquí14. Otro enfoque común es utilizar un semiautomático microsampling25. - Mantenga el diente o conecte a un dispositivo de sujeción. El esmalte dental contra el pedacito de taladro de la prensa y aplique presión. Las muestras se perforan incrementalmente a lo largo de la superficie bucal desde el ápice (superficie oclusal) a la base de la corona en la posición de la Unión esmalte-raíz (ERJ). Replicar la misma muestra estrategia varias veces cada línea consecutiva paralela a la línea anterior de la muestra de perforación de perforación. Utilice una broca de diamante cilíndrica pequeña de dientes delicados, tales como muelas de ovejas, con un diámetro de 1 mm (figura 1).
- Medir la distancia de cada línea de muestreo de lo ERJ utilizando pinzas y anote esta distancia para la comparación.
- Siga los pasos 1.3-1.6 anterior.
Nota: Si están siendo analizados los dientes pequeños, delicados y no se aplican métodos de pretratamiento y diagenéticos verificación, las muestras tan pequeñas como 1-4 mg producirá resultados fiables en un gas en línea preparación e introducción configuración para el análisis de carbonato. Sistemas automatizados-periférico modificados pueden facilitar el uso de pesos muestra aún más bajos, pero inevitablemente están limitados por la proporción de carbonato en el esmalte estudiadas (4 a 5% en peso)26,27. Los investigadores deben consultar con el laboratorio donde las muestras van a ser medidos para determinar la cantidad de muestra necesaria.
3. método Fourier transforma Spectrometry/atenuada Total reflectancia en el infrarrojo
- El método de reflectancia Total atenuada, establecer un fondo de cámara de muestra, ya sea al vacío o en condiciones atmosféricas normales.
- Coloque aproximadamente 1 mg de esmalte sobre el cristal de diamante en la cámara de la muestra con una espátula. Baje y asegurar el poste de la muestra hasta que exista una firme conexión entre el poste, la muestra y la placa del diamante. Cerca de la cámara de muestra, con o sin un vacío estableciendo, dependiendo de la configuración o la disponibilidad.
- Medir los espectros FTIR de la muestra 64 veces el número que oscila entre 4.000 y 400 cm-1. El número deseado de repeticiones variará basado en los objetivos del estudio, aunque el análisis de tres repeticiones, idealmente con diferentes alícuotas tomadas y regresó a la vivienda la muestra, el tubo de microcentrífuga asegurará resultados robustos.
- Limpiar la espátula con metanol entre cada alícuota y entre cada muestra.
- Realizar una corrección de línea de base utilizando el software disponible. El software automáticamente resta el fondo de la cámara de muestra del perfil resultante de FTIR. Para asegurar la reproducibilidad mejor, sólo espectros de esmalte con una absorbancia mínima de 0,06 para la banda más alta de fosfato en ~cm 1035-1 deben tenerse en cuenta.
- Vigilar la presencia de la Calcita de carbonato secundario contaminante común en todas las muestras buscando un pico en el 711 cm-1.
- Tras el análisis, cuidadosamente regresar las muestras a sus tubos de microcentrífuga utilizando un dispositivo de aspiración o espátula y tomar en la próxima etapa de pretratamiento o análisis.
- Los datos brutos de la longitud de onda y la intensidad de la exportación como un archivo .csv (o similar) y utilizar para calcular los índices de interés (índices comúnmente usados incluyen índice de fosfato de un sitio, sitio B fosfato índice, índice de cristalinidad de fosfato, agua-amida en el índice de fosfato, y CO3/PO4 índice17,18,19) (tabla 1).
- Compara el FTIR resultados de las muestras fósiles o arqueológicas a crecimiento datasets del esmalte de diente fauna moderna ahora disponibles en la literatura19,20 para determinar la naturaleza y el alcance de alteraciones diagenéticas a la esmalte muestreado.
4. tratamiento previo de ácido acético simple (0,1 M)
- Pesar el polvo de esmalte para cada muestra en un tubo de microcentrífuga utilizando un equilibrio según el caso. Etiquetar el tubo en consecuencia. Polvo de esmalte debe ser tierra en el mismo grado, con las partículas de un tamaño similar.
Nota: Muchos investigadores utilizan a un agente oxidante, como la lejía diluida (NaClO) o 30% peróxido de hidrógeno (H2O2) para eliminar materia orgánica de una muestra y esto se debe agregar en este punto. Sin embargo, pueden estos reactivos alteran el carbono estable y valores de isótopos de oxígeno de una muestra, no sólo espectros de muestras de colágeno de huesos en un sistema de preparación e introducción de gas en línea demuestran que el ácido fosfórico al 100% utilizado en carbonato de medición no reacciona con muestras de orgánicas (figura 5), lo que sugiere que este paso es innecesario. - Añadir 0,1 mL de 0.1 M ácido acético (por cada 1 mg de esmalte) para cada muestra con una pipeta. Evite tocar las muestras con la pipeta. Si la muestra y la pipeta de entran en contacto, utilice una nueva pipeta para la siguiente muestra para evitar la contaminación cruzada.
- Agitar, sacudir o un agitador electrónico (figura 3) y luego dejar las muestras a sentarse por 10 minutos polvo de esmalte no debe dejar en ácido acético por un tiempo prolongado (> 4 h).
- Coloque las muestras en una microcentrífuga durante 2 min a 13.700 x g.
Nota: Una alternativa de bajo costo es el uso de una mini centrífuga durante 4 min a 3.500 x g, que tiene muestras menos pero es mucho menos tiempo cuando se trata con conjuntos grandes de muestra. - Cuando se detiene el programa microcentrífuga, sustituir el ácido acético con 2 mL de agua ultrapura mediante una pipeta limpia, luego microcentrífuga las muestras por 2 min a 13.700 x g.
- Cambiar el agua ultrapura dos veces más, como antes y prueba de neutralidad. Eliminar el líquido restante con una pipeta (sin molestar el sobrenadante).
Nota: Un total de tres lavados con agua ultrapura es el procedimiento estándar para llegar a la neutralidad. La muestra se debe lavar hasta que se alcance la neutralidad. - Cortar hojas de Parafilm (1 cm x 1 cm) y colocar sobre cada tubo de microcentrífuga. Hacer un pequeño agujero en el centro con un objeto punzante para que la muestra se seca adecuadamente.
- Colocar los tubos en un congelamiento seco para quitar cualquier líquido restante.
Nota: Si una secador de congelación no es disponible, suave horno secado (40 ° C) también es una posibilidad y no deberían tener efectos adversos sobre el carbono estable y los datos de isótopos de oxígeno. - Una vez seco, retire el Parafilm y cierre las tapas de microcentrífuga. Asegúrese de que el tubo etiquetado es correcto y vuelva a escribir si es necesario.
Nota: Esta es la etapa final antes de un almacenaje para pesar hacia fuera, que en laboratorios con recursos limitados puede ser la etapa final antes de la distribución de las muestras para análisis en otro lugar.
5. pesar y medir las muestras y estándares
- Con una espátula, pesar aproximadamente 2 mg de polvo de esmalte en un disco de lata en una balanza sensible a 0.001 mg (figura 6). Entonces cuidadosamente transfiera la muestra en un frasco de vidrio de borosilicato resistente a ácido fosfórico. Esta cantidad de esmalte es necesaria para producir resultados fiables debido a la relativamente pequeña proporción de carbonato en el esmalte de los dientes.
- Limpiar la espátula entre las muestras con metanol y use un disco fresco, limpio o pesando el recipiente para cada muestra.
- Pesar 0,2 mg de una norma internacional como NBS18 de la OIEA, OIEA 603, OIEA CO8 o Merck CaCO3. Un estándar interno de homogeneizado esmalte de un diente grande puede utilizarse como bien20. Para un completo funcionamiento de 76 muestras y estándares, uso 61 muestras y 15 normas, que deberían distribuirse uniformemente sobre toda la carrera. Varios estudios han reportado números apropiados de estándares y detalles en la investigación arqueológica20,28.
Nota: El pretratamiento repetida y el análisis de un esmalte en la norma de la casa, a través de un número de funcionamientos de muestras arqueológicas, es probable que también proporcionan una medida adecuada de exactitud para las muestras estudiadas20. - Apriete las tapas especialmente diseñadas, accesibles a la aguja hasta que el tabique se aspira firmemente pero no en el frasco. No apriete demasiado la tapa ya que la presión sobre el tabique conseguirá demasiado fuerte y puede resultar en una aguja rota durante el análisis. Colocar los frascos en un orden indicado dentro de un bloque de calentamiento a 70 ° C. El orden y los pesos de las muestras deben ser registradas confiablemente para la entrada en el software de computadora.
- Medir las muestras siguiendo tres pasos: 1) al ras las muestras se llenan de helio puro, 2) Añadir ácido fosfórico, 3) medir la muestra.
- Lavar las muestras con helio puro (grado 5.0) con un flujo de 100 mL/min durante 5 minutos eliminar el aire ambiente.
- Añadir 4-5 gotas de ácido fosfórico (99%, densidad 1,85 g/mL) a la muestra que contiene carbonato. Comienza la reacción entre la muestra y H3PO4 . Durante la reacción, se libera CO2 que lleva el valor isotópico del ion carbonato CO32 - de la muestra.
- Esperar 1 h por ejemplo hasta que se alcanza el equilibrio de CO2 . Después de 1 h, las muestras se deben medir para obtener resultados fiables. Durante la adquisición, una mezcla de gas de la muestra y pasa al dispositivo. Una etapa de secado elimina agua de la mezcla de gas de muestra.
- A partir de tres picos de CO2 gas de referencia con una composición isotópica conocida para medir la muestra. Intensidad máxima debe ser de 4000 mV para que coincida con la intensidad de los picos de la muestra (entre 4000 a 8000 mV). Los tres picos de gas de referencia deben ser 20 s larga y 30 s apart. Seguir con definir el intervalo de medición de la muestra. Medir la muestra 10 veces para 5 s cada uno y 55 s apart. Asegúrese de que la altura del pico disminuye con el tiempo que indica el correcto transporte de la mezcla de la muestra del helio (figura 5).
Nota: Durante la medición, el software calcula la composición isotópica de la muestra comparando el valor isotópico conocido, la altura del pico y área del pico del gas de referencia con la altura y área de los picos de las muestras. El crudo 13C /12C y 18O /16O composición de la muestra se calcula.
- Normalizar las muestras después de la medida.
Nota: Esto es importante porque el gas de referencia no experimentan el mismo camino físico y químico como el gas de muestra cuando se introduce en el espectrómetro de masas. Por lo tanto, es esencial que las muestras además se calibra conforme a las normas internacionales (paso 5.3) que sufren el mismo tratamiento físico y químico dentro de una corrida que la muestra sí mismo20. Estas normas internacionales carbonato permiten la calibración de dos puntos de las muestras en la escala de medición internacional delta y la evaluación de la precisión y repetibilidad a lo largo de un plazo determinado.
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Representative Results
Utilizando el procedimiento de muestreo presentado arriba, se prepararon muestras de bioapatita incrementales de esmalte. El análisis de bioapatita en esmalte depende de la precisión del muestreo, ya sea a granel o incremental. En este caso, hemos elegido presentar los resultados de las muestras arqueológicas (dos ovejas) de diferentes zonas climáticas. Las muestras elementales fueron analizadas de segundos molares ovejas y etiquetadas a partir de lo ERJ (figura 4). Lugares muestra elemental fueron numerados, y cada lugar se midió su distancia en mm desde el ERJ (figura 7).
Diversas carbono y oxígeno isótopos estables los resultados de las dos ovejas confirman que vivían en ambientes diferentes, en este caso un pastizal tropical (A) y un pastizal de estepa seco templado (B), respectivamente. Incremental δ18O los valores para ovejas un mostrar un margen estrecho entre 3.3 a 5.1‰, lo que sugiere la ingestión de fuentes de agua con similares valores isotópicos y la falta de fuertes cambios estacionales en las precipitaciones (figura 8). Por el contrario, valores δ18O para ovejas B tienen una gran amplitud de variación, desde ─5.2 hasta ─13.1‰, que indica fuerte variación estacional en la precipitación. Valores de isótopos de carbono estables sugieren fuertes diferencias en la vegetación ingerida entre las muestras, con las ovejas, tener una dieta que consiste principalmente en plantas de4 C, mientras que ovejas B ingestión principalmente C3 vegetación. Estas ovejas fueron elegidas específicamente para demostrar la variación ambiental evidente en oxígeno incremental y resultados de isótopos estables de carbono.
Los dientes humanos se muestrean semejantemente de lo ERJ a la corona en el eje de crecimiento. Incremental δ18O y valores δ13C de un diente humano de un entorno de selva tropical son muy limitados, dentro de un rango de 2‰. Esto sugiere una falta de variación en las estrategias de forrajeo durante la mineralización del esmalte (figura 9).
Figura 1: perforación de un diente. (A) fotografía de un diente perforado en una plataforma que se creó. (B) foto de polvo de esmalte siendo recogidos en papel aluminio y coloca en un tubo de microcentrífuga de 1,5 mL (con la etiqueta adecuada). (C) foto de brocas diferentes disponibles para el muestreo incremental. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: plataforma set arriba Foto de la plataforma de configurar con el taladro en su lugar. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: preparación de muestras. La muestra es colocada en un tubo de microcentrífuga y agitaron en un vortex después productos químicos fueron agregados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: incremental muestra dientes ovejas. Ovejas los dientes (A y B) que se tomaron muestras de forma incremental. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Cromatograma de gasbench ejecutar. Foto de un cromatograma de una muestra con intensidad de muestra picos y picos de gas de referencia con el tiempo. Detectado las masas son 44, 45 y 46. Los tres primeros picos son CO2 referencia picos de gas con una composición isotópica conocida. Diez picos que siguen son picos de muestra, disminuyendo en intensidad. Cimas siempre deben estar separadas por varios segundos para asegurar una estricta discriminación entre los picos y por lo tanto una integración limpia pico. Números encima de cada estado pico el tiempo (s) de detección de picos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: peso de carbonato muestra. Foto de muestra ponderándose en frascos de vidrio con una espátula. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7: muestras elementales en un diente ovejas. Las muestras elementales a lo largo del eje de crecimiento del diente de lo ERJ a la parte superior de la corona conspiró junto con carbono y oxígeno valores de isótopos estables. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8: esmalte ovejas carbonato resultados isótopo. Estable a valores de oxígeno y carbono isótopo para los dientes de dos ovejas incrementalmente muestreados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9: esmalte humano carbonato resultados isótopo. Estable oxígeno y carbono isótopo valores para un diente humano incrementalmente muestreado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| PCI (índice de cristalinidad de fosfato) |  |
Sponheimer y Lee-Thorp, 1999b |
| otros nombres: | ||
| IC:IR (cristalinidad índice infrarrojo) | Semes, 1990 | |
| IRSF (infrarrojo partir Factor) | Weiner y barra-Yosef, 1990 | |
| BPI (B-carbonato en Índice de fosfato) |  |
LeGeros, 1991 |
| API (A-carbonato en Índice de fosfato) |  |
Sponheimer y Lee-Thorp, 1999b |
| BAI (cantidad relativa de B a un sitio de carbonato) |  |
Sponheimer, 1999; Sponheimer y Lee-Thorp, 1999b |
| WAMPIS (agua-amida en el índice de fosfato) |  |
Roche et al., 2010 |
Tabla 1: índices empíricos que caracterizan las propiedades química de cristal de esmalte bioapatita. Se recomienda utilizar los índices empíricos de Sponheimer (1999), Lee-Thorp (1999), Sponheimer y Roche et al. (2010) para caracterizar las propiedades del cristal-producto químico del esmalte bioapatita.
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Discussion
Los retos de la exitosa toma de muestras (a granel y incremental) de la dentición se basa en el acceso al conocimiento sobre técnicas de perforación y muestra la preparación, junto a la inversión en equipos relativamente baratos. Estos desafíos son fácilmente superables cuando claro las instrucciones están disponibles sobre métodos de muestreo y tratamiento previo. En este artículo, esperamos que han difundido estos de una manera clara y concisa a los investigadores nuevos a estos métodos. Aplicando estos métodos por primera vez los eruditos deben practicar sobre fauna moderna accesible antes del análisis y muestreo de valiosas muestras arqueológicas y paleontológicas.
La toma de muestras de carbonato de esmalte del diente humano y animal para análisis de isótopos estables es un procedimiento simple que se ha realizado en laboratorios múltiples. Sin embargo, hay una tendencia de técnicas y tecnología relacionada con la perforación de la dentición varía según el laboratorio y ser incluido en un conjunto más amplio de conocimientos técnicos de la información privilegiada que no se compartieron abiertamente. Muestreo incremental tiene grandes ventajas, permitiendo la identificación de variación intra individual detallada en dieta y la ingestión de agua. Esto es ilustrado por obligar a las diferencias encontradas entre los individuos de diferentes regiones como dietéticos y ambiental información se conserva en bioapatita del esmalte de diente. En los datos de nuestros representante, importante variación isotópica es evidente entre las ovejas de praderas tropicales en comparación con las ovejas de pastizales templados de la seca estepa (figura 8).
Pasos críticos en el protocolo se relacionan con la precisión en la perforación, la preservación del esmalte de los dientes y técnicas de tratamiento previo. Pequeñas imprecisiones en la perforación, por ejemplo, a través del esmalte a la dentina del diente, pueden resultar en isótopo enormemente variable medidas29. La preservación del esmalte de los dientes puede comprobarse a través de una variedad de métodos, incluyendo la proporción de carbonato estimada de una muestra determinada medida, así como la configuración FTIR discutido aquí. Los investigadores también deben informar a los laboratorios del ambiente funerario, concretamente, si agua o en suelos ácidos, que pueden afectar la preservación estructural del esmalte de los dientes fósiles. La dureza del esmalte de los dientes debe considerarse como un indicador inicial de conservación, que sólo puede ser evidente durante la perforación. Esmalte que es suave y fácilmente perforados sugiere que el enrejado cristalino de bioapatita han degradado puede y debe medirse con FTIR u otros medios reportados en la literatura30. La variación en el pretratamiento de la muestra parece resultar limitada variación isotópica en diente esmalte21,22. Por lo tanto, sugerimos el uso de protocolos simples (e.g., 0.1 M ácido acético durante menos de 4 h, seguido de lavado con agua destilada).
Existen varias limitaciones para la técnica, asociados con el diseño de muestreo y la interpretación. Muestras secuenciales de perforación es una habilidad que toma tiempo para dominar. Una comprensión clara de la taxa y el diente que se analizará es esencial en la formulación de un diseño de muestreo2,25. Además, la perforación de muestras puede tomar una cantidad considerable de tiempo para completar. Sin embargo, el carbono resultante y valores de isótopos estables de oxígeno para dentición secuencialmente muestreada permiten el seguimiento de los cambios dietéticos y ambientales. Estos cambios están relacionados con las variaciones estacionales naturales, a menudo en períodos antiguos, interpretaciones reflexivas que están contextualizados dentro de una comprensión de la variación en sistemas de referencia isotópica son parte integrales de esta investigación6.
En el artículo, hemos demostrado muestreo incremental y a granel muestreo de dentición humanos y ovejas. Además, instruimos a los investigadores sobre los métodos de pretratamiento para ambos conjuntos de la muestra. Método de muestreo incremental puede aplicarse con éxito a fauna antigua y moderna con crecimiento similar de esmalte y mineralización (e.g., ganado vacuno y caballar). Tratamiento previo del esmalte bioapatita como se indica en el artículo se puede utilizar en muestras procedentes de una muestra representativa de restos antiguos. La lección más importante de nuestro procedimiento de muestreo es a granel y muestreo incremental de la dentición, que no se explica fácilmente en un documento. Manifestaciones más podrían democratizar otros isótopo arqueológico muestreo y métodos de tratamiento previo (e.g., ósea extracciones de colágeno o la toma de muestras de la cerámica arqueológica para la medición de isótopos estables de los ácidos grasos) mejora la difusión del conocimiento y la tecnología en este campo. Tal democratización, no debe sin embargo ser visto como un reemplazo completo para consulta con los expertos, o la literatura disponible, para establecer los estándares de medición e interpretación en un contexto dado20,28.
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Disclosures
Los autores no declaran conflicto de intereses.
Acknowledgments
Nos gustaría agradecer a la sociedad Max Planck para la financiación de esta investigación, así como el reciente ajuste hacia arriba de un laboratorio de isótopos estables en el Departamento de Arqueología, Instituto Max Planck para la ciencia de la historia humana.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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=EAIaIQ obChMI7pHRpauW2QIV77ftCh1p1 wjhEAAYASAAEgKzkvD_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
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