Summary
قد استخدمت تحليل النظائر مستقرة الكربون والأكسجين من كربونات مينا الأسنان البشرية والحيوانية كوكيل للنظام الغذائي الفردي والإعمار البيئي. هنا، نحن نقدم وصفاً مفصلاً والوثائق البصرية الأكبر ومتسلسلة الأسنان أخذ العينات المينا فضلا عن المعالجة الأولية للعينات الأثرية والحفريات.
Abstract
تحليل النظائر مستقرة الكربون والأكسجين من كربونات مينا الأسنان البشرية والحيوانية قد طبقت في باليوديتاري، باليوكولوجيكال، والبحوث باليونفيرونمينتال من الفترات التاريخية الأخيرة يعود إلى أكثر من 10 مليون سنة. توفر النهج جل عينة تمثيلية لفترة تمعدن المينا، بينما عينات متسلسلة داخل الأسنان يمكن تعقب التغييرات الغذائية والبيئية خلال هذه الفترة. في حين تم تطبيق هذه المنهجيات والموصوفة في علم الآثار وعلم البيئة وعلم الحفريات القديمة على نطاق واسع، وكانت هناك أي مبادئ توجيهية واضحة للمساعدة في اختيار معدات مختبر اللازمة وفي دقة وصف العينات المخبرية المفصلة و البروتوكولات. في هذه المقالة، نحن توثيق نصوصها مع وبصريا، العملية برمتها من أخذ العينات من خلال الفحص دياجينيتيك والمعالجة المسبقة لإتاحة المنهجية على نطاق أوسع للباحثين النظر في تطبيقها في مجموعة متنوعة من الإعدادات المختبر.
Introduction
وقد استخدمت مستقرة تحاليل النظائر الكربون والأكسجين من كربونات مينا الأسنان لدراسة الماضي المدخول الغذائي البشري، والفطام، والتنقل، فضلا عن الاعتماد ترسبها على الغطاء النباتي، وحركة الحيوانات، وتربية الماشية فوديرينج. نوقشت هذه التطبيقات شاملة واستعراض لمجموعة متنوعة من الظروف البيئية التي تشير إلى آثار الجفاف المحلية ودرجة الحرارة، ومصادر المياه، والغطاء النباتي التراكيب1،2، 34،،،من56. تنوع التطبيقات المحتملة في علم الآثار والحفريات، وكذلك الحفاظ على حسن من كربونات مينا الأسنان، جعلت مادة جذابة للنظائر المستقرة العمل3. طرق أخذ العينات، والمعالجة والفرز تصلد يرد بإيجاز في عدد من المنشورات السابقة1،7. ومع ذلك، تظل المظاهرات اللفظي والبصري شامل متاحة إلى حد كبير، لا سيما للأشخاص خارج مختبرات العلوم الأثرية وبين المجموعات المختبر مع محدودية التمويل حيث يتزايد الاهتمام باستخدام هذه التقنية 5.
ميناء الأسنان أساسا تتكون من بذر بلوري هيدروكسيباتيت (بيواباتيتي)8 أكبر من تلك الموجودة في العظام، ويجعلها أكثر مقاومة لاستبدال الأيونية دياجينيتيك الجثة والتلوث3. وقد أثبتت الدراسات الحديثة أن الكربون استقرارا النظائر (δ13ج) القياسات للأسنان ترسبها المينا سجل موثوق الحيوان النظام الغذائي والسلوك9،10. يتم تحديد القيمة النظائر (δ18س) الأكسجين مستقر لميناء الأسنان بالتركيب النظائري الأوكسجين من المياه المستهلكة، التي تشمل المياه في النباتات والأغذية الحيوانية، ومياه الشرب، التنفس، فضلا عن مختلف التأثيرات البيئية على المياه التي يمكن أن تؤدي إلى مزيد من تجزئة النظائر المشعة (مثلاً.، الجفاف، درجة الحرارة، الارتفاع، وكمية الأمطار، الموقع القاري)11. هذا جعلت من طريقة شعبية لإعادة إعمار الغذائية والبيئية في مجال البحوث الأثرية وباليوكولوجيكال والمستحاثات.
فترة تكوين المينا الأسنان قصيرة نسبيا (بالسنوات) وتختلف تبعاً للأسنان يتم أخذ عينات. بالنسبة للبشر، المينا المولى الأولى مينيراليزيس بين الولادة وعمره 3 سنوات premolars طاغية بين 1، 5 و 7 سنوات من العمر والاضراس الثانية طاغية بين 2.5 و 8 سنوات من العمر، وطاغية الأضراس الثالثة خلال فترة المراهقة، بين 7 و 16 عاماً12 . ونظرا لأن أشكال المينا الأسنان تدريجيا على مدى فترة تشكيل، يمكن أخذ عينات بكميات كبيرة على طول محور النمو الكامل أو عينات تسلسلياً من أجل التحقيق في التغييرات في النظام الغذائي، والبيئة التي حدثت أثناء فترة تشكيل13 . أمرت زمنياً التغيير الغذائية داخل الأسنان معين ملاحظتها للبشر وسائر الحيوانات1،14، توفير المعلومات فيما يتعلق بالتباين الموسمي والغذائية السنوية.
في حين عادة ما تكون مقاومة تصلد المينا، التعديلات النظائر المشعة الناتجة عن البيئة الدفن ممكنة وقد لوحظت15،16، مما يجعل التحقق التجريبي وخيارات المعالجة مفيدة. في حين أنها ليست الأسلوب الوحيد المتاح، فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء الطيفي (FTIR)، لا سيما في "تخفيف الوضع الإرسال"، برز سريعة وغير مكلفة، والأسلوب موجوداً نسبيا لتقييم التغيير تافونوميك في ميناء الأسنان، لا سيما في السياقات المستحاثات17،18،،من1920. ومع ذلك، تسجيل معايير وبروتوكولات مفصلة تظل نسبيا غير قابلة للوصول إلى كثير من الناس خارج مجالات العلوم الكيمياء الجيولوجية أو المواد.
رد فعل مرات والمواد الكيميائية يستخدمها الباحثون في المعالجة المسبقة لميناء الأسنان أيضا تختلف اختلافاً كبيرا في الأدب، غالباً مع محدودية النظر فيما قد يفعله هذا التغير للكربون مستقرة والأكسجين النظائر قيم العينة21 ،22. هنا، نحن تقرير نهج أن يضعف استخدامات حمض الخليك (0.1 M) للمعالجة المسبقة لعينات مسحوق المينا. ومع ذلك، نظراً لأن الاختلافات في القياسات النظائر المشعة الناتجة عن المعالجة المسبقة بسيطة نسبيا لميناء الأسنان، فمن الأفضل للباحثين باتباع بروتوكولات لمجموعات البيانات التي يرغبون في مقارنة البيانات الخاصة بهم إلى11. وعلاوة على ذلك، حيث تؤخذ عينات متسلسلة صغيرة، لا سيما على عينات هولوسيني، المعالجة المسبقة لا يمكن اختيار (بعد إجراء اختبارات دياجينيتيك) لتجنب الهدر عينة.
على الرغم من أن الأساليب التي يمكننا تقرير هنا لا حال من الأحوال الجديدة، على حد علمنا، هذه هي المرة الأولى التي المينا وثائق المكتوبة والمرئية شامل السائبة وأخذ العينات متسلسلة وخيارات المعالجة وأساليب الاختيار دياجينيتيك (في شكل فتير) للأسنان بذلت متاحة على نطاق واسع لجمهور أكاديمية متنوعة. بينما نأمل أن جهودنا سوف تجعل هذا النهج أكثر سهولة الوصول إلى عدد أكبر من الأفراد، والمختبرات، الباحثين الذين يريدون تطبيق ونشر هذا الأسلوب يجب أن يدرك الحد الأدنى الإبلاغ عن المعايير والاعتبارات دياجينيتيك، و شرح متطلبات العرض في أي مكان آخر20، فضلا عن التعقيدات المحتملة التفسيرية التي سوف تكون فريدة من نوعها إلى منطقة الدراسة، الأصناف التي تم تحليلها، والوقت الفترة5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
البروتوكول التالي المبادئ التوجيهية الضوء النظائر وسائل قياس الطيف الكتلي المختبر في معهد ماكس بلانك "علوم التاريخ البشري". وينبغي التماس الأذونات المناسبة الأخلاق من اللجان الوطنية والدولية للتحليلات التي تنطوي على العينات ترسبها الحديثة أو التاريخية المهددة بالانقراض، واستخدام المواد الأثرية وترسبها تهم أصحاب المصلحة المعاصرة . وفي هذه الورقة، كانت العينات المستخدمة العينات الأثرية والاحفوريه. واستخدمت لا البشر الذين يعيشون في هذه الدراسة وقد اكتسبت أذونات كاملة الأخلاقية والمؤسسية والحكومية لأي تحليل المدمرة.
1-أخذ العينات المجمعة
ملاحظة: للبشر والحيوانات، الأسلوب الأساسي لمعظم الأسنان المينا أخذ العينات هو تطبيق تدريبات على حافة الشدقى للأسنان.
- تنظيف السطح الخارجي للأسنان (~0.1 ملم) باستخدام ألومنيوم النار مكبر أو عن طريق لطيف التآكل باستخدام الإعداد الحفر. استخدام حفر باليد مع حفر نظيفة ذات الرؤوس الماس بت (انظر أدناه)، حتى الشكل، تعلق عبر تشاك لإقامة الحفر. ضمان أن يتم إجراء كشط لطيف وحتى كأخدود موازية لمحور النمو الكامل (الشكل 1 و الشكل 2).
- محاولة، حيثما أمكن، لتطبيق الأسلوب على نفس الجزء الأسنان لكل البشرية أو الحيوانية عينات.
ملاحظة: في البحوث باليوديتاري البشرية، والاضراس الثالثة هي عموما يفضل كالممثل الراحل الأحداث/بالغ حمية بينما يتم تجنب الأضراس الأولى بسبب الفطام آثار23. سوف تختلف الأسنان المفضل لكل الأصناف، وفترة الحياة تمثل، مع العينات المتوفرة والمسألة قيد الدراسة. - حفر في غرفة جيدة التهوية بينما يرتدي قناعاً لتجنب استنشاق مسحوق مينا الأسنان. ارتداء نظارات واقية لحماية العينين. كن على علم أن كمية مسحوق عينة حفر ستختلف المعدات المستخدمة للتحليل، وبروتوكول المعالجة المسبقة، وحجم الأسنان. حفر على سرعة منخفضة للحيلولة دون تدفئة العينة.
ملاحظة: تقريبا، 4-8 ملغ مسحوق العينة هدف مناسب لتحليلات متعددة باستخدام نظام إعداد وإدخال غاز عبر إنترنت لنسبة النظائر الطيف الكتلي واختبار دياجينيتيك. أن تدرك أن سرعة الحفر الذي تم اختياره سيعتمد على مدى هشاشة العينة، وسوف تتطلب قدرا من التجربة والخطأ. بشكل عام، على حفر باليد، أشرطة اثنين من أصل خمسة من قوة كافية. حفر مسحوق الأسنان على قطعة من رقائق الألومنيوم نظيفة أو وزن الورق. - جمع مسحوق المينا الناتجة وتحويلها إلى أنبوب مايكرو--أجهزة الطرد مركزي 1.5 مل وقد كانت تريد على توازن دقيق على نحو مناسب قبل الحفر. قم بتسمية كل أنبوبة مع تسمية العينة (الشكل 3). تسجيل وزن العينة الأرقام والمينا في دفتر الملاحظات مختبرية، فضلا عن قاعدة بيانات إلكترونية.
- قبل الحفر كل الأسنان الجديدة وتنظيف لقم الثقب المستخدمة أولاً باستخدام 0.5 M HCl على نسيج قوية. ثم تغسل مثقاب مع مذيب عضوي (مثل الأسيتون أو الميثانول والإيثانول) استخدام أنسجة قوية.
- بعد الحفر الجلوس وتنظيف مساحة العمل باستخدام دقة مخصصة مكنسة كهربائية، أو فرشاة مكنسة وفرشاة. مسح الفضاء أخذ العينات مع الميثانول. فراغ أو طفيفة الرذاذ الحفر مع الهواء المضغوط لإزالة الغبار وعينه مسحوق بين العينات.
2-متسلسلة أخذ العينات
ملاحظة: أخذ العينات متسلسلة يمكن تناولها في مجموعة متنوعة من الأشكال وسوف يعتمد على الأصناف يتم أخذ عينات، حجم الأسنان، فضلا عن الدقة الزمنية المطلوبة.
- تنظيف سطح الأسنان يتم أخذ عينات عن طريق إزالة رقيقة جداً (~0.1 ملم) طبقة ميناء الأسنان الخارجي.
- حفر العينات على طول السطح الشدقى عمودي على محور نمو الأسنان، يمتد من مفرق الجذر المينا إلى الجزء العلوي من التاج. حفر الأشرطة الأفقية عمودي على محور النمو، مع كل عينة أسفر أخدود 1-2 مم على نطاق واسع عبر طبقة المينا (الشكل 1 و الشكل 4). الحرص على تجنب الحفر عن طريق المينا إلى عاج كما أنها سوف تلوث العينة وقياس الناتج عن ذلك.
ملاحظة: عدد العينات المأخوذة سوف تختلف حسب القرار المطلوب ولكن جيم 10 يمثل هدفا مناسباً لدراسة التغيرات الموسمية في δ13ج وقيم18س δ هيبسودونت حجم الماشية المستأنسة. - اختر مثقاب المناسبة لكل عينة، كما يتم تحديد عرض الخط أخذ العينات بقطر مثقاب.
- استخدام هيكل جهاز الحفر لأكثر حساسية الأسنان التي تحتاج إلى عدد أكبر من العينات الإضافية (الشكل 2) (على سبيل المثال-، حقوق الأسنان)، فضلا عن حفر أكثر استقرارا. قم بإعداد موقف الزي الذي يحتفظ الحفر بشكل أمن، مع مثقاب مشيراً إلى أسفل.
ملاحظة: في حين يمكن بسهولة الحصول على أربع عينات من المولى بشرية دائمة استخدام نهج اليد24، يتطلب أخذ العينات أكثر دقة من تلاعب أو CO2 ليزر تذرية النهج التي لن تكون مناقشتها هنا14. نهج مشترك آخر استخدام ميكروسامبلينج شبه الآلي25. - عقد الأسنان أو إرفاقه المشبك. اضغط على ميناء الأسنان ضد مثقاب والضغط. عينات يتم حفر تدريجيا على طول السطح الشدقى من القمة (سطح أطباقي) إلى قاعدة للتاج في موقع ملتقى المينا-الجذر (عرج). تكرار نفس العينة الحفر استراتيجية الحفر عدة مرات كل خط على التوالي التوازي إلى السطر السابق عينة. تستخدم قليلاً حفر الماس أسطواني صغير للأسنان الحساسة، مثل الأضراس الأغنام، التي يبلغ قطرها 1 ملم (الشكل 1).
- قياس المسافة بين كل سطر أخذ العينات من عرج استخدام الفرجار، وتسجيل هذه المسافة للمقارنة.
- اتبع الخطوات 1، 3-1-6 أعلاه.
ملاحظة: إذا كان يجري تحليل الأسنان الصغيرة والدقيقة، ولا يتم تطبيق أساليب الاختيار المعالجة المسبقة ودياجينيتيك، عينات صغيرة ملغ 1-4 سوف تنتج نتائج يمكن الاعتماد عليها في إنشاء إعداد وإدخال غاز على الخط تحليل كربونات. تم التعديل الآلي-الطرفية نظم يمكن تسهيل استخدام أوزان العينة أقل، ولكن تقتصر حتما من نسبة الكربونات في ال26،درس المينا (4 إلى 5% بالوزن)27. الباحثون أن يتشاور مع المختبر حيث تسير عينات يمكن قياسها لتحديد كمية العينة المطلوبة.
3. الأسلوب فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء يوهن/قياس الطيف الكتلي "مجموع الانعكاس"
- لتحديد أسلوب "الانعكاس الكلي يخفف"، إنشاء خلفية غرفة عينة، أما تحت الفراغ أو في الأحوال الجوية العادية.
- ضع حوالي 1 ملغ ميناء الأسنان على الكريستال الماس في قاعة العينة باستخدام ملعقة. انخفاض وتأمين الوظيفة عينة إلى أن هناك علاقة ثابتة بين الوظيفة والعينة، ولوحة الماس. إغلاق قاعة عينة، مع أو دون فراغ يجري إنشاء، اعتماداً على إعداد أو توافر.
- قياس الأطياف فتير العينة 64 مرات عن وافينومبير التي تتراوح بين 400 و 000 4 سم-1. العدد المطلوب من replicates تختلف حسب على أهداف هذه الدراسة، على الرغم من أن تحليل replicates الثلاثة، من الناحية المثالية مع مختبرين مختلفة يجري اتخاذها وثم عاد إلى أنبوب ميكروسينتريفوجي السكن العينة، ستضمن نتائج قوية.
- تنظيف الملعقة مع الميثانول بين كل قاسمة وبين كل عينة.
- إجراء تصحيح خط أساس باستخدام البرمجيات المتاحة. ينقص البرنامج تلقائياً الخلفية الدائرة عينة من التشكيل الجانبي فتير الناتجة. للتأكد من إمكانية تكرار نتائج أفضل، وينبغي مراعاة إلا المينا الأطياف مع امتصاص الحد أدنى من 0.06 للفرقة الفوسفات أعلى في ~سم 1035-1 .
- رصد وجود الكالسيت كربونات التلوث الثانوي المشترك في جميع العينات بالتحقق لذروتها في 711 سم-1.
- بعد التحليل، بعناية العودة العينات إلى أنابيب ميكروسينتريفوجي استخدام جهاز الشفط أو ملعقة وتأخذ إلى المرحلة التالية من المعالجة المسبقة أو التحليل.
- تصدير البيانات الخام بالطول الموجي، وكثافة كملف.csv (أو ما شابه) وتستخدم لحساب الأرقام القياسية للفائدة (تشمل الأرقام القياسية استخداماً مؤشر الفوسفات A-موقع، فهرس الفوسفات ب-الموقع، فوسفات كريستالينيتي الفهرس، المياه-أميد على "الرقم القياسي للفوسفات"، و مؤشر شركة3/PO4 17،،من1819) (الجدول 1).
- مقارنة فتير نتائج من العينات الأحفورية أو الأثرية إلى تزايد مجموعات البيانات لميناء الأسنان ترسبها الحديثة الآن متوفرة في19،الأدب20 لتحديد طبيعة ومدى تغيير في دياجينيتيك المينا عينات.
4-بسيطة حمض الخليك (0.1 M) المعالجة المسبقة
- وزن مسحوق المينا لكل عينة في أنبوب ميكروسينتريفوجي استخدام توازن حسب الاقتضاء. قم بتسمية الأنبوب تبعاً لذلك. يجب أن يكون مسحوق المينا الأرض بنفس الدرجة، مع جزيئات ذات حجم مماثل.
ملاحظة: كثير من الباحثين استخدام عامل مؤكسدة، مثل التبييض مخفف (ناكلو) أو 30% بيروكسيد الهيدروجين (حاء2يا2) لإزالة المواد العضوية من عينة، وهذا ينبغي أن يضاف في هذه المرحلة. ومع ذلك، قد تغير هذه الكواشف الكربون مستقرة وقيم نظائر الأكسجين عينة، بل أطياف عينات العظام الكولاجين في نظام إعداد وإدخال غاز على الإنترنت تبين أن حامض الفوسفوريك 100% المستخدمة في كربونات القياس لا تتفاعل مع العينات العضوية (الشكل 5)، مما يوحي بأن هذه الخطوة غير ضرورية. - إضافة 0.1 مل حمض الخليك 0.1 M (لكل 1 ملغ مينا) لكل عينة باستخدام ماصة. تجنب لمس العينات مع الماصة. إذا كانت العينة وماصة تتلامس، استخدام ماصة جديدة للعينة التالي لتجنب التلوث المتبادل.
- تحرض، أما عن طريق الهز أو المحرض إلكترونية (الشكل 3)، وثم تترك العينات للجلوس لأدنى 10 مسحوق المينا لا ينبغي أن يترك في حمض الخليك لفترة ممتدة من الزمن (> ح 4).
- وضع العينات في ميكروسينتريفوجي لمدة 2 دقيقة في 13,700 س ز.
ملاحظة: هي بديل منخفض التكلفة هو استخدام أجهزة الطرد المركزي المصغر لدقيقة 4 في 3,500 س ز، الذي يحمل عينات عدد أقل ولكن هو أقل استهلاكاً للوقت عند التعامل مع مجموعات عينة كبيرة. - عند توقف برنامج ميكروسينتريفوجي، استبدال حمض الخليك مع 2 مل الماء عالي النقاوة العينات باستخدام ماصة نظيفة، ثم ميكروسينتريفوجي لمدة 2 دقيقة في س 13,700 ز.
- تغيير الماء عالي النقاوة أكثر مرتين، كما في السابق، واختبار للحياد. إزالة السوائل المتبقية باستخدام ماصة (دون الإخلال بالمادة طافية).
ملاحظة: مجموع ثلاثة يغسل بالماء عالي النقاوة هو الإجراء القياسي للوصول إلى الحياد. وينبغي غسل العينة حتى يتم التوصل إلى الحياد. - قص أوراق بارافيلم (1 سم × 1 سم) وتضع على كل أنبوبة ميكروسينتريفوجي. جعل ثقب صغير في مركز استخدام كائن حادة حتى أن يجف العينة على النحو المناسب.
- ضع الأنابيب في تجميد جفافاً لإزالة أي السوائل المتبقية.
ملاحظة: إذا لم يكن تجميد جفافاً الفرن لطيف، تتوفر التجفيف (40 درجة مئوية) هو أيضا إمكانية ولا ينبغي أن يكون أي آثار سلبية على الكربون مستقرة وبيانات النظائر الأوكسجين. - الجاف لمرة واحدة، وإزالة بارافيلم وإغلاق الأغطية ميكروسينتريفوجي. تأكد من أن العلامات أنبوب الصحيح وإعادة الكتابة إذا لزم الأمر.
ملاحظة: هذه هي المرحلة النهائية قبل التخزين ليزن بها، في مختبرات ذات الموارد المالية المحدودة قد تكون المرحلة النهائية قبل توزيع العينات للتحليل في أماكن أخرى.
5-موازنة وقياس العينات والمعايير
- باستخدام ملعقة، تزن بها حوالي 2 ملغ مسحوق المينا على قرص تين على توازن حساس إلى 0.001 ملغ (الشكل 6). ثم نقل بعناية العينة في قنينة زجاج البورسليكات مقاوم لحامض الفوسفوريك. هذا المبلغ من المينا مطلوب تسفر عن نتائج يمكن الاعتماد عليها بسبب نسبة صغيرة نسبيا من الكربونات في ميناء الأسنان.
- تنظيف الملعقة بين العينات باستخدام الميثانول واستخدام قرص جديدة ونظيفة أو وزن السفينة لكل عينة.
- تزن من 0.2 مغ معيار دولي مثل NBS18 الوكالة أو الوكالة 603، CO8 الوكالة أو كربونات الكالسيوم ميرك3. يمكن استخدام مقياس داخلية مصنوعة من المينا المتجانس من الأسنان الكبيرة ك جيدا20. لتشغيل كامل عينات 76 والمعايير واستخدام عينات 61 ومعايير 15، التي يجب أن تكون موزعة بالتساوي على كامل التشغيل. وأفادت الدراسات عدة أرقام ملائمة للمعايير والتفاصيل في البحوث الأثرية20،28.
ملاحظة: المعالجة المتكررة وتحليل المينا في مستوى البيت، عبر عدد من يدير من العينات الأثرية، ومن المحتمل أيضا أن توفير تدبير ملائم من الدقة للعينات التي تجري دراستها20. - تشديد الأغطية مصممة خصيصا، موجوداً بإبرة حتى امتص الحاجز ضيق ولكن ليس إلى القنينة. لا تشديد على الغطاء بالضغط على الحاجز سيحصل قوية جداً ويمكن أن يؤدي في نهاية المطاف في إبرة مكسورة أثناء التحليل. وضع في قنينة في أمر مدرجة ضمن كتلة تدفئة في 70 درجة مئوية. يجب أن تسجل في ترتيب وأوزان العينات موثوق بها للدخول إلى برامج الكمبيوتر.
- قياس العينات باتباع ثلاث خطوات: 1) تدفق تعبئة العينات بالهيليوم النقي، 2) إضافة حمض الفوسفوريك، 3) قياس العينة.
- مسح العينات بالهيليوم النقي (الصف 5.0) مع تدفق 100 مل/دقيقة لمدة 5 دقائق لطرد الهواء المحيط.
- إضافة 4-5 قطرات حمض الفوسفوريك (99 ٪، كثافة 1.85 غ/مل) للعينة المحتوية على الكربونات. يبدأ رد الفعل بين عينة وح3ص4 . أثناء عملية التفاعل، يتم تحرير CO2 الذي يحمل قيمة النظائر أيون الكربونات CO32- العينة.
- انتظر ح 1 كل عينة حتى يتم التوصل إلى الموازنة من CO2 . بعد ح 1، ينبغي قياس العينات للحصول على نتائج يمكن الاعتماد عليها. خلال اكتساب وهي مزيج من الغاز عينة وأنه يمر بالجهاز. إزالة مرحلة تجفيف المياه من خليط الغاز عينة.
- قياس العينة بالبدء بثلاث قمم CO2 مرجع الغاز مع تركيبة النظائر المشعة معروفة. ينبغي أن تكون كثافة الذروة أم 4000 لتتناسب مع كثافة قمم عينة (ما بين 4000 إلى 8000 أم). ينبغي أن يكون الغاز مرجع ثلاث قمم 20 ثانية طويلة و 30 ثانية عن بعضها البعض. اتبع مع تحديد قياس الفاصل الزمني للعينة. قياس العينة 5 10 مرات دا كل و 55 ثانية عن بعضها البعض. التأكد من أن ذروة الارتفاع يتناقص مع مرور الوقت يشير إلى النقل السليم للمخلوط عينة/الهليوم (الشكل 5).
ملاحظة: أثناء القياس، يحسب البرنامج تكوين النظائر للعينة بمقارنة قيمة النظائر المشعة المعروفة، وذروة الارتفاع، ومجال ذروة الغاز مرجع مع ذروة الذروة ومجال قمم العينات. الخام 13ج/12ج و 18س/16س تكوين العينة ويحسب.
- تطبيع العينات بعد القياس.
ملاحظة: هذا أمر مهم للغاز مرجع لا تخضع لنفس المسار الكيميائية والفيزيائية كالغاز عينة عندما أدخلت مطياف كتلة. ولذلك، من الضروري أن العينات بالإضافة إلى ذلك هي محسوبة للمعايير الدولية (الخطوة 5.3) التي تخضع لنفس المعاملة الفيزيائية والكيميائية داخل تشغيل العينة نفسها20. تمكين هذه المعايير الدولية كربونات نقطتين معايرة العينات على مقياس القياس دلتا الدولية وتقييم الدقة والتكرار في جميع أنحاء تشغيل معينة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
استخدام إجراءات أخذ العينات المعروضة أعلاه، تم إعداد عينات بيواباتيتي المينا تزايدي. تحليل بيواباتيتي في المينا يعتمد على دقة أخذ العينات، وما إذا كانت الجملة أو تزايدي. وفي هذه الحالة، اخترنا أن يقدم نتائج العينات الأثرية (الأغنام اثنين) من مناطق مناخية مختلفة. حلل من الأغنام الأضراس الثانية العينات الإضافية والمسمى بدءاً من عرج (الشكل 4). تم ترقيم أماكن العينات الإضافية، وتم قياس كل موقع كبعدها في ملم من عرج (الشكل 7).
المتنوعة من الكربون والأكسجين وتؤكد النتائج النظائر المستقرة من الأغنام اثنين كانوا يعيشون في بيئات مختلفة، وفي هذا الحالة الأراضي عشبية المدارية (A) والأراضي عشبية الجافة السهوب معتدلة (ب)، على التوالي. القيم18س δ الإضافية للأغنام بعرض نطاق ضيق بين 3.3 إلى 5.1‰، مما يوحي بابتلاع مصادر المياه مع قيم النظائر مماثلة وعدم وجود تحولات موسمية قوية في هطول الأمطار (الشكل 8). وفي المقابل، قد δ18س القيم للأغنام ب سعة عالية للاختلاف، بدءاً من ─5.2 إلى ─13.1‰، مما يشير إلى اختلاف موسمية قوية في هطول الأمطار. قيم نظائر الكربون مستقرة تشير إلى اختلافات قوية في الغطاء النباتي بلعها بين العينات، مع الأغنام وجود نظام غذائي تتألف أساسا من ج4 محطات، بينما الغنم ب بلعها أساسا ج3 النباتات. على وجه التحديد اختيرت هذه الخراف لإثبات البيئية تباين واضح في تزايدي الأوكسجين والكربون النظائر المستقرة النتائج.
هي عينات حقوق الأسنان وبالمثل من عرج إلى التاج على طول محور النمو. Δ تزايدي18س وقيم13ج δ للأسنان بشرية من بيئة الغابات المطيرة عاليا مقيدة، ضمن نطاق 2‰. وهذا يوحي بعدم وجود تباين في استراتيجيات مساحات العلف على مدى الفترة تمعدن المينا (الشكل 9).
رقم 1: حفر الأسنان. (أ) صورة للأسنان يتم حفر على منصة إعداد. (ب) صور مسحوق المينا يجري جمعها في إحباط القصدير ووضعها في أنبوب مايكرو--أجهزة الطرد مركزي 1.5 مل (مع التسمية الصحيحة). (ج) صور للقم الثقب المختلفة المتاحة لأخذ العينات الإضافية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: تعيين تلاعب المكياج. إعداد صور تلاعب بالحفر في المكان. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: نموذج إعداد- عينة يجري وضعها في أنبوب مايكرو--أجهزة الطرد المركزي وتحريكها في دوامة بعد إضافة المواد الكيميائية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: تدريجيا عينات أسنان الغنم. أسنان الغنم (A و B) التي استخرجت تدريجيا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 5: تشروماتوجرام لتشغيل جاسبينتش- صور تشروماتوجرام عينة واحدة عرض كثافة إشارة الغاز الذري والقمم عينة مع مرور الوقت. الجماهير المكتشفة هي 44 و 45 و 46. القمم الثلاث الأولى هي CO2 مرجع الغاز الذري مع تركيبة النظائر المشعة معروفة. هي قمم العشرة التي تتبع نموذج القمم في الانخفاض في كثافة. دائماً تكون مفصولة قمم عدة ثوان التأكد من تمييز صارم بين القمم ومن ثم لتكامل ذروة نظيفة. أرقام على رأس كل دولة ذروة الوقت (s) للكشف عن ذروة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 6: وزن كربونات العينة. صورة لنموذج يجري مرجح في قارورة الزجاج باستخدام ملعقة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 7: العينات الإضافية على الأسنان الأغنام. عينات إضافية على طول محور نمو الأسنان من عرج إلى الجزء العلوي من التاج المرسومة جنبا إلى جنب مع الكربون والأكسجين قيم النظائر المستقرة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 8: المينا الأغنام كربونات النتائج النظائر. واستقرار قيم النظائر الأوكسجين والكربون للأسنان الأغنام تدريجيا عينات اثنين. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 9: المينا البشرية كربونات النتائج النظائر. مستقرة الأوكسجين والكربون النظائر القيم للأسنان بشرية عينات تدريجيا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| PCI (فوسفات كريستالينيتي Index) |  |
سبونهيمير ولي-ثورب، 1999 |
| أسماء أخرى: | ||
| CIالأشعة تحت الحمراء (كريستالينيتي مؤشر الأشعة تحت الحمراء) | شمش، 1990 | |
| إيرسف (تقسيم عامل الأشعة تحت الحمراء) | وينر وبار-يوسف، 1990 | |
| BPI (ب-كربونات في فهرس الفوسفات) |  |
ليجيروس، 1991 |
| API (A-كربونات في فهرس الفوسفات) |  |
سبونهيمير ولي-ثورب، 1999 |
| بأي (المبلغ النسبي من كربونات ب إلى ألف موقع) |  |
سبونهيمير، 1999؛ سبونهيمير ولي-ثورب، 1999 |
| وامبي (المياه-أميد على مؤشر الفوسفات) |  |
Roche et al., 2010 |
الجدول 1: المؤشرات التجريبية التي تميز خصائص كيميائية كريستال المينا بيواباتيتي. ونحن نوصي باستخدام المؤشرات التجريبية من سبونهيمير ولي-ثورب (1999)، سبونهيمير (1999) و Roche et al. (2010) لتوصيف خصائص كيميائية كريستال بيواباتيتي المينا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تحديات نجاح أخذ العينات (السائبة وتزايدي) من التسنين وتعتمد على الحصول على المعرفة فيما يتعلق بتقنيات الحفر وعينه إعداد، جنبا إلى جنب مع الاستثمار في المعدات غير مكلفة نسبيا. هذه التحديات يمكن التغلب عليها بسهولة عندما تتوفر إرشادات بشأن النهج أخذ العينات والمعالجة واضحة. في هذه المقالة، ونأمل أن نشر هذه بطريقة واضحة وموجزة للباحثين جديدة إلى هذه الأساليب. يجب ممارسة العلماء تطبيق هذه الأساليب للمرة الأولى على الحيوانات الحديثة موجوداً قبل التحليل وأخذ العينات من قيمة العينات الأثرية والحفريات.
أخذ عينات كربونات مينا الأسنان البشرية والحيوانية لتحليل النظائر المستقرة هو إجراء بسيط التي أجريت في مختبرات متعددة. ومع ذلك، هناك اتجاه للتقنيات والتكنولوجيا المرتبطة بحفر التسنين تختلف من مختبر وإدراجها في مجموعة أوسع من المعرفة التقنية من الداخل غير مشترك علنا. وقد أخذ العينات الإضافية مزايا كبرى، تسمح بتحديد التباينات الفردية داخل مفصلة في المدخول الغذائي وابتلاع الماء. وهذا يوضحه قاهرة الاختلافات الموجودة بين الأفراد من مختلف المناطق الغذائية ويتم الاحتفاظ بالمعلومات البيئية في بيواباتيتي مينا الأسنان. في بياناتنا الممثل، يتضح اختلاف النظائر كبير بين الأغنام من الأراضي العشبية المدارية مقارنة بالأغنام من المعتدلة الجافة السهوب العشبية (الشكل 8).
الخطوات الحاسمة في إطار البروتوكول تتصل دقة في الحفر، والحفاظ على ميناء الأسنان، وتقنيات المعالجة. أخطاء صغيرة في الحفر، وعلى سبيل المثال، عن طريق المينا في عاج الأسنان، يمكن أن يؤدي النظائر متغير كبيرة القياسات29. يمكن التحقق من الحفاظ على ميناء الأسنان من خلال مجموعة متنوعة من الطرق، بما في ذلك نسبة كربونات المقدرة عينة معينة تقاس، فضلا عن إنشاء فتير مناقشتها هنا. ينبغي إبلاغ الباحثين أيضا مختبرات البيئة الدفن، وعلى وجه التحديد ما إذا كان يتم تسجيل المياه أو في التربة الحمضية، والتي يمكن أن تؤثر على الحفاظ على هيكلية لميناء الأسنان الأحفورية. وينبغي أن تعتبر صلابة مينا الأسنان كمؤشر أولى للحفاظ عليها، وقد تصبح واضحة فقط أثناء الحفر. وتقترح المينا لينة وحفر بسهولة أن شعرية كريستال بيواباتيتي قد يكون المتدهورة، ويجب أن يتم التحقق مع فتير أو وسائل أخرى ذكرت في الأدبيات30. ويبدو التباين في العينة المعالجة يؤدي إلى اختلاف النظائر محدودة في الأسنان المينا21،22. ولذلك، فإننا نقترح استخدام البروتوكولات البسيطة (مثلاً.، حمض الخليك 0.1 M لأقل من 4 ح متبوعاً بالغسل بالماء المقطر).
وهناك العديد من القيود على هذه التقنية، المرتبطة بتصميم العينات وتفسير. الحفر عينات متسلسلة هو مهارة التي تأخذ بعض الوقت لإتقان. فهم واضح للأصناف والأسنان لتحليل أمر أساسي في صياغة تصميم عينات2،25. علاوة على ذلك، حفر عينات يستغرق قدرا كبيرا من الوقت لإكمال. بيد أن الكربون الناتجة والأكسجين قيم النظائر المستقرة التسنين تسلسلياً عينات تسمح الباحثون لتعقب التغييرات الغذائية والبيئية. حسب هذه التغيرات المرتبطة بالتغيرات الموسمية الطبيعية، غالباً في الفترات القديمة، وتفسيرات المدروسة التي يتم وضعه ضمن فهم الاختلاف في مجموعات مرجعية النظائر جزءا لا يتجزأ من هذه البحوث6.
في هذه المادة، أثبتت أخذ العينات الإضافية، وأخذ عينات التسنين الإنسان والأغنام بالجملة. علاوة على ذلك، نحن إرشاد الباحثين عن أساليب المعالجة المسبقة لمجموعتي عينة. طريقة أخذ العينات الإضافية يمكن تطبيقها بنجاح على الحيوانات القديمة والحديثة مع نمو مماثل في المينا والتمعدن (على سبيل المثال-، الأبقار والخيول). يمكن استخدام المعالجة المسبقة المينا بيواباتيتي كما هو موضح في المقالة على عينات من شريحة بقايا القديمة. أن أهم درس من لدينا إجراءات أخذ العينات هو الأكبر وأخذ العينات الإضافية من التسنين، الذي لم يشرح بسهولة في مستند. مظاهرات أخرى يمكن أن إضفاء الطابع الديمقراطي على أخذ العينات الأثرية النظائر ونهج المعالجة المسبقة الأخرى (مثلاً.، العظام الاستخراج الكولاجين أو أخذ عينات من الفخار الأثرية لقياسات النظائر المستقرة للأحماض الدهنية) تعزيز انتشار المعرفة والتكنولوجيا في هذا المجال. هذه الديمقراطية لا ينبغي، مع ذلك، يمكن اعتبار استبدال كامل للتشاور مع الخبراء، أو الكتابات المتاحة، بوضع المعايير لقياس وتفسير في20،سياق معين28.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب يعلن لا تضارب في المصالح.
Acknowledgments
ونود أن نشكر "جمعية ماكس بلانك" لتمويل هذه البحوث، فضلا عن الإعداد الأخيرة حتى مختبر "النظائر المستقرة" في قسم علم الآثار، معهد ماكس بلانك "علوم التاريخ البشري".
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
- 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. , Elsevier Health Sciences. (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).
