Summary
Stabile Kohlenstoff und Sauerstoff-Isotopen-Analyse von Mensch und Tier Zahn Emaille Carbonat hat stellvertretend für individuelle Ernährung und ökologischen Wiederaufbau verwendet. Hier bieten wir eine ausführliche Beschreibung und visuelle Dokumentation von Schüttgütern und sequentielle Zahn Emaille Probenahme sowie die Vorbehandlung der archäologischen und paläontologischen Proben.
Abstract
Stabile Kohlenstoff und Sauerstoff-Isotopen-Analyse von Mensch und Tier Zahn Emaille Karbonat wurde in Paleodietary, paläoökologischen, und Paleoenvironmental Forschung aus den vergangenen Epochen zurück auf über 10 Millionen Jahren angewendet. Bulk Ansätze bieten eine repräsentative Stichprobe für den Zeitraum der Emaille-Mineralisierung, während sequenzielle Proben innerhalb eines Zahnes diätetische und ökologische Veränderungen in diesem Zeitraum verfolgen können. Während diese Methoden häufig angewendet und in Archäologie, Ökologie und Paläontologie beschrieben wurden, gab es keine expliziten Leitlinien zur Unterstützung bei der Auswahl der erforderlichen Laborgeräte und detaillierte Labor Probenahme gründlich zu beschreiben und Protokolle. In diesem Artikel dokumentieren wir inhaltlich und visuell, den gesamten Prozess von der Probenahme durch Vorbehandlung und diagenetischen Screening die Methodik Forscher unter Berücksichtigung ihrer Anwendung in einer Vielzahl von Labor Einstellungen allgemein zur Verfügung stellen.
Introduction
Stabile Kohlenstoff und Sauerstoff-Isotop Analysen der Zahn Emaille Karbonat wurde verwendet, um vorbei an menschlichen Nahrungsaufnahme, Entwöhnung, und Mobilität sowie faunal Abhängigkeit von Vegetation, die Bewegung der Tiere und tierische foddering zu studieren. Diese Anwendungen wurden umfassend diskutiert und überprüft für eine Vielzahl von Umweltbedingungen zeigt die Auswirkungen der lokalen Trockenheit, Temperatur, Wasser-Quellen und Vegetation Kompositionen1,2, 3,4,5,6. Die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten in der Archäologie und Paläontologie sowie die gute Erhaltung der Zahn Emaille Carbonat, hat es einen attraktiven Werkstoff für stabiles Isotop Arbeit3gemacht. Probenahmeverfahren, Vorbehandlung und Diagenese Screening werden kurz in einer Reihe von früheren Publikationen1,7beschrieben. Gründliche verbale und visuelle Vorführungen bleiben jedoch weitgehend nicht verfügbar, insbesondere für Menschen außerhalb der archäologischen Wissenschaft Labors und unter laborgruppen mit beschränkten Mitteln wo steigt das Interesse an der Verwendung dieser Technik 5.
Zahnschmelz ist hauptsächlich von Hydroxylapatit (Bioapatite) Kristallite8 größer als diejenigen in den Knochen, so dass es weniger anfällig für Post-Mortem-diagenetischen Ionischen Substitutionen und Kontamination3zusammengesetzt. Moderne Studien haben gezeigt, dass stabile Kohlenstoff-Isotop (δ-13C) Messungen des Berggebietes Zahn zuverlässig Rekord-tierische Ernährung und Verhalten9,10Schmelz. Der stabile Sauerstoff-Isotop (δ18O) Wert des Zahnschmelzes richtet sich nach der Sauerstoff-Isotopenzusammensetzung von angesaugte Wasser inklusive Wasser in pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln, Trinkwasser, Atmung sowie verschiedene Auswirkungen auf die Umwelt auf dem Wasser zu weiteren isotopische Fraktionierung führen kann (zB., Trockenheit, Temperatur, Höhe, Niederschlagsmenge, continental-Standort)11. Dies machte es eine beliebte Methode für diätetische und ökologischen Umbau in der paläoökologischen archäologischen und paläontologischen Forschung.
Die Zeit der Zahnbildung Emaille ist relativ kurz (Jahre) und unterscheidet sich je nach den Zahn wird abgetastet. Für den Menschen ersten molaren Emaille mineralisieren zwischen Geburt und 3 Jahre alt, Prämolaren mineralisieren zwischen 1,5 und 7 Jahre alt, zweite molaren mineralisieren zwischen 2,5 und 8 Jahre alt und dritte molaren mineralisieren während der Adoleszenz, zwischen 7 und 16 Jahren12 . Angesichts dieser Zahnformen Emaille schrittweise über die Zeit seiner Entstehung, kann in loser Schüttung entlang der Achse des gesamten Wachstums abgetastet oder sequenziell abgetastet, um die Änderungen in der Ernährung und Umwelt zu untersuchen, die während der Formationsperiode13 aufgetreten sind . Chronologisch geordnet ernährungsumstellung innerhalb eines bestimmten Zahnes ist zu beobachten, für Menschen und andere Tiere1,14, Informationen über saisonale und diätetische Inter Jahresvariation.
Emaille ist in der Regel resistent gegen Diagenese, isotopische Änderungen infolge die Bestattung Umwelt sind möglich und eingehalten worden15,16, experimentelle Prüfungen und Vorbehandlung Entscheidungen nützlich zu machen. Es ist, zwar nicht die einzige verfügbare Methode entstanden Fourier Transform Infrarotspektroskopie (FTIR), insbesondere im Übertragungsmodus gedämpft, als eine schnelle, preiswerte, und relativ zugänglich Methode für die Bewertung der abgestorbene Veränderung im Zahnschmelz, vor allem im paläontologischen Zusammenhänge17,18,19,20. Detaillierte Protokolle und Aufnahme-Standards bleiben jedoch für viele Menschen außerhalb Geochemie oder Material Wissenschaft relativ unzugänglich.
Reaktionszeiten und die Chemikalien, die von Forschern in der Vorbehandlung des Zahnschmelzes beschäftigt unterscheiden sich auch deutlich in der Literatur oft mit begrenzten berücksichtigen, was diese Variabilität zu stabilen Kohlenstoff und Sauerstoff-Isotopen-Werte der Probe21 tun kann ,22. Hier berichten wir ein Konzept, dass Verwendungen Essigsäure (0,1 M) verdünnen für die Vorbehandlung von Pulverproben Schmelz. Angesichts der Tatsache, dass die Unterschiede in der isotopischen Messungen durch Vorbehandlung für Zahnschmelz relativ gering sind, ist es jedoch am besten für die Forscher, die Protokolle für Datasets zu folgen, mit denen sie ihre Daten mit11vergleichen wollen. Darüber hinaus wo kleine sequentielle Proben, besonders im Holozän Proben genommen werden ist keine Vorbehandlung (nach diagenetischen Pilotversuche) wählbar Probe Verschwendung zu vermeiden.
Obwohl die Methoden, die wir hier berichten keineswegs neu, nach unserer Kenntnis sind, ist dies das erste Mal, das eine gründliche schriftliche und visuelle Dokumentation von Masse und sequentielle Probenahme, Vorbehandlung Entscheidungen und diagenetischen Check Methoden (in Form von FTIR) für Zahn Schmelz weit verbreitet wurden an einer akademischen Publikum vorgenommen. Während wir hoffen, unsere Bemühungen machen diesen Ansatz für eine größere Zahl von Einzelpersonen und Labors leichter zugänglich, müssen Forscher, die anwenden möchten und veröffentlichen diese Technik mindestens Financial reporting Standards, diagenetischen Überlegungen bewusst sein und Präsentation-Anforderungen geht anderswo20sowie potenzielle interpretative Komplexität, die eindeutig sein, um ihre Studienregion Taxa analysiert, und Zeit Periode5.
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Protocol
Das folgende Protokoll folgt den Richtlinien des Licht Isotop Mass Spectrometry Laboratory am Max Planck Institut für die Wissenschaft der menschlichen Geschichte. Entsprechenden Ethik Berechtigungen von nationalen und internationalen Gremien sollte für Analysen mit vom Aussterben bedrohten modernen oder historischen faunal Proben und für die Verwendung von archäologischen und faunal Material für zeitgenössische Beteiligten von Interesse angestrebt werden . In diesem Dokument wurden verwendeten Proben archäologische und fossile Exemplare. Keine lebenden Menschen wurden in dieser Studie verwendet und volle ethische, institutionellen und staatlichen Berechtigungen wurden für jede zerstörende Analyse gewonnen.
(1) Bulk Sampling
Hinweis: Für Mensch und Tier, die grundlegende Methode der Bulk Zahnschmelz Probenahme ist die Anwendung eines Bohrers auf den bukkalen Rand des Zahnes.
- Reinigen Sie die Außenseite des Zahnes (~0.1 mm) mit einem Aluminium Blaster erschossen oder durch sanften Abrieb mit Bohrer-Set-up. Verwenden Sie einen handgeführten Bohrer mit einem sauber diamantbestückte Bohrer (siehe unten), der gleichmäßige Form, über ein Spannfutter, Bohrer-Set-up angeschlossen. Sicherzustellen, dass sanfte und sogar Abrieb als eine Nut parallel zur gesamten Wachstum Achse ausgeführt wird (Abbildung 1 und Abbildung 2).
- Versuchen Sie, soweit möglich, die Methode, die gleichen Zahn Teil für jeden Menschen oder das Tier abgetastet.
Hinweis: In der menschlichen Paleodietary Forschung, werden Dritte Molaren in der Regel als Vertreterin des späten Jugendlichen/Erwachsenen Ernährung begünstigt während erste molaren durch Entwöhnung Effekte23vermieden werden. Die bevorzugte Zahn für jedes Taxon und die Periode des Lebens vertreten, variiert mit der verfügbaren Beispiele und Frage untersucht. - Bohren Sie in einem gut belüfteten Raum beim Tragen einer Maske um die Inhalation von Emaille Zahnpulver zu vermeiden. Tragen Sie eine Schutzbrille zum Schutz der Augen. Beachten Sie, dass die Menge der Probe Pulver gebohrt abhängig von der Ausrüstung für Analyse, Vorbehandlung Protokoll und Größe des Zahnes variiert. Bohren Sie bei niedriger Geschwindigkeit zur Vermeidung von Erwärmung der Probenmaterials.
Hinweis: Ca. 4-8 mg Probe Pulver ist ein angemessenes Ziel für mehrere Analysen mittels einer Online-Gasanlage Vorbereitung und Einführung für das Isotop Verhältnis Massenspektrometrie und diagenetischen testen. Beachten Sie, dass die gewählte Drehzahl von der Zerbrechlichkeit der Probe hängt und gewisse von Versuch und Irrtum erfordert. In der Regel auf eine handgeführte Bohrer sind zwei von fünf Balken der Stärke ausreichend. Bohren Sie das Zahnpulver auf ein Stück Aluminiumfolie sauber oder mit einem Gewicht von Papier. - Emaille Pulver zu sammeln und auf eine entsprechend genaue Balance vor dem Bohren in eine 1,5 mL Mikro-Zentrifugenröhrchen, die tariert worden zu übertragen. Beschriften Sie jedes Rohr mit der Probe-Bezeichnung (Abbildung 3). Das Probengewicht-Nummern und Email in einem Labor Notebook sowie eine elektronische Datenbank aufnehmen.
- Reinigen Sie vor jedem neuen Zahn Bohren die verwendeten Bohrer zuerst mit 0,5 M HCl auf eine robuste Gewebe. Dann waschen Sie den Bohrer mit einem organischen Lösungsmittel (wie Aceton, Methanol oder Ethanol) mit einem robusten Gewebe.
- Nach einer Bohrung sitzt, reinigen Sie den Arbeitsbereich gründlich mit einer speziellen Staubsauger, oder eine Schaufel und Pinsel. Wischen Sie den Sampling-Raum mit Methanol. Vakuum oder leicht spray den Bohrer mit komprimierter Luft, Staub und Probe Pulver zwischen den Proben zu entfernen.
(2) sequentielle Probenahme
Hinweis: Sequentielle Probenahme kann in einer Vielzahl von Formen angefahren werden und hängt das Taxon abgetastet wird, die Größe des Zahnes sowie die gewünschte zeitliche Auflösung.
- Reinigen Sie die Oberfläche des Zahnes wird durch das Entfernen einer sehr dünnen abgetastet (~0.1 mm) Schicht des äußeren Zahnschmelzes.
- Bohren Sie die Proben entlang der bukkale Fläche senkrecht zur Achse des Zahnes, ausgeführt von der Emaille-Root-Junction an die Spitze der Krone Wachstum. Horizontale Streifen senkrecht zur Achse Wachstum mit jeder Probe, wodurch ein 1-2 mm Breite Nut über die schmelzschicht Bohren (Abbildung 1 und Abbildung 4). Achten Sie darauf, um zu vermeiden, Bohren durch den Zahnschmelz in das Dentin, wie es die Probe und das Messergebnis verunreinigen würde.
Hinweis: Die Anzahl der entnommenen Proben wird die gewünschte Auflösung je aber c. 10 stellt ein angemessenes Ziel, saisonale Veränderungen in δ-13C und δ18O Werte für eine Hypsodont die Größe der domestizierten Tieren zu studieren. - Wählen Sie die entsprechenden Bohrer für jede Probe, da die Breite der Probenahmeleitung durch den Durchmesser des Bohrers bestimmt wird.
- Verwenden Sie ein Rig-Setup für empfindliche Zähne erfordern eine größere Anzahl der Einzelproben (Abbildung 2) (zB., menschlichen Zähnen), als auch für stabilere bohren. Richten Sie die Rig-Haltung, die den Bohrer sicher, mit dem Bohrer nach unten hält.
Hinweis: Während vier Proben aus einer ständigen menschlichen Molar mit einem handgeführten Ansatz24leicht erreicht werden können, verfeinerte Probenahme erfordert eine Rig oder CO2 Laser Ablation Ansatz, der nicht hier diskutiert14. Eine andere Möglichkeit ist eine halbautomatische Microsampling25verwenden. - Halten Sie den Zahn oder an eine Klammer anbringen. Drücken Sie den Zahnschmelz gegen die Bohrkrone und Druck. Proben werden schrittweise entlang der bukkalen Oberfläche von der Spitze (okklusalen Oberfläche) auf der Basis der Krone an der Stelle der Emaille-Root-Junction (ERJ) gebohrt. Derselben Probe Bohren Strategie mehrmals Bohren jedes aufeinanderfolgenden Linie Parallel zum vorherigen Entnahmeleitung zu replizieren. Verwenden Sie einen kleinen zylindrischen Diamant-Bohrer für empfindliche Zähne, wie Schafe Backenzähne, mit einem Durchmesser von 1 mm (Abbildung 1).
- Messen Sie den Abstand von jeder Probenahmeleitung aus der ERJ mit Bremssätteln und zeichnen Sie diese Distanz zum Vergleich.
- Befolgen Sie Schritte 1,3-1,6 oben.
Hinweis: Wenn kleine, empfindliche Zähne analysiert werden und Vorbehandlung und diagenetischen Check Methoden werden nicht angewendet, werden Proben so klein wie 1-4 mg zuverlässige Ergebnisse auf ein Online-Gas Vorbereitung und Einführung Setup für Karbonat Analyse produzieren. Modifizierte automatisiert peripheren Systeme ermöglichen den Einsatz von noch niedrigeren Einwaagen, sondern sind zwangsläufig begrenzt durch den Anteil an Carbonat in der untersuchten Schmelz (4 bis 5 Gew.-%)26,27. Forscher sollten mit dem Labor konsultieren wohin Proben gemessen werden, um festzustellen, die Menge der Probe erforderlich.
(3) Fourier transformieren Infrarot-Spektrometrie/Attenuated Total Reflexion Methode
- Schaffen Sie für die totale Reflexion gedämpft-Methode einen Probe Kammer Hintergrund, unter Vakuum oder in normalen atmosphärischen Bedingungen.
- Legen Sie ca. 1 mg des Zahnschmelzes über Diamond Kristall in die Probenkammer mit einem Spatel. Senken Sie und sichern Sie die Probe-Post zu, bis es eine feste Verbindung zwischen den Pfosten, der Probe und der Diamant-Platte ist. Schließen Sie die Probenkammer, mit oder ohne Vakuum aufgebaut, je nach Set-up oder Verfügbarkeit.
- Die FTIR-Spektren der Probe 64-mal für die Wellenzahl zwischen 400 und 4000 cm-1zu messen. Die gewünschte Anzahl von Wiederholungen variiert auf die Ziele der Studie, je obwohl die Analyse von drei Wiederholungen, idealerweise mit verschiedenen Aliquote gefasst und kehrte mit dem Microcentrifuge Schlauch Gehäuse der Probe, robuste Ergebnisse zu gewährleisten.
- Reinigen Sie den Spatel mit Methanol zwischen einzelnen aliquoten und jede Probe.
- Führen Sie eine Grundlinie Korrektur mit Hilfe der verfügbaren Software. Die Software zieht automatisch die Probe Kammer Hintergrund aus dem daraus resultierenden FTIR-Profil. Um bessere Reproduzierbarkeit zu gewährleisten, sollten nur Schmelz Spektren mit einer minimalen Absorption von 0,06 für die höchste Phosphat-Band bei ~1035 cm-1 berücksichtigt werden.
- Beobachten Sie das Vorhandensein von gemeinsamen sekundäre Verunreinigung Kalziumkarbonat Calcit in allen Proben, indem Sie suchen für einen Höhepunkt bei 711 cm-1.
- Nach der Analyse sorgfältig ihre Mikrozentrifugenröhrchen mit einem Spatel oder sog Gerät die Proben wieder und biegen Sie in die nächste Phase der Vorbehandlung oder Analyse.
- Wellenlänge und Intensität Rohdaten zu exportieren, als eine CSV-Datei (oder ähnlich) und die Indizes der Zinsen zu berechnen (häufig verwendete Indizes beinhalten eine Site Phosphat Index, B-siteindex Phosphat, Phosphat Kristallinität Index, Wasser-Amid auf Phosphat-Index, und CO3/PO4 index17,18,19) (Tabelle 1).
- Vergleichen Sie die FTIR ergibt sich aus der fossilen oder archäologischen Proben zum wächst Datasets von modernen faunal Zahnschmelz jetzt verfügbar in der Literatur19,20 , Art und Umfang der diagenetischen Veränderung zu bestimmen die Emaille abgetastet.
4. einfache Essigsäure (0,1 M) Vorbehandlung
- Wiegen Sie das Email-Pulver für jede Probe in einem Microcentrifuge Schlauch mit einer Waage entsprechend. Beschriften Sie das Rohr entsprechend. Emaille Pulver muss im gleichen Maße mit Partikeln von einer ähnlichen Größe geschliffen.
Hinweis: Viele Forscher nutzen einem Oxidationsmittel wie verdünnten Bleichmittel (NaClO) oder 30 % Wasserstoffperoxid (H2O2) Organics entfernt eine Probe und dies sollte an dieser Stelle hinzugefügt werden. Nicht nur kann jedoch diese Reagenzien zu ändern, das stabile Kohlenstoff und Sauerstoff-Isotopen-Werte einer Probe, aber Spektren von Kollagen Knochenproben in einem Online-Gasanlage Vorbereitung und Einführung zeigen, dass die 100 % Phosphorsäure in Carbonat genutzt Messung reagiert nicht mit organischen Proben (Abbildung 5), was darauf hindeutet, dass dieser Schritt nicht notwendig ist. - Jede Probe mit einer Pipette fügen Sie 0,1 mL 0,1 M Essigsäure (pro 1 mg des Zahnschmelzes hinzu). Berühren Sie die Proben mit der Pipette. Wenn die Probe und die Pipette in Kontakt kommen, verwenden Sie eine neue Pipette für das nächste Beispiel um Kreuzkontaminationen zu vermeiden.
- Agitieren, sei es durch Schütteln oder einem elektronischen Rührwerk (Abbildung 3) und verlassen Sie dann die Proben zu sitzen für 10 min. Emaille Pulver nicht in Essigsäure für längere Zeit belassen werden sollte (> 4 h).
- Legen Sie die Proben in einem Microcentrifuge für 2 min bei 13.700 x g.
Hinweis: Eine kostengünstige Alternative ist die Verwendung einer Mini-Zentrifuge für 4 min bei 3.500 x g, die weniger Proben hält, aber ist weniger zeitaufwendig, beim Umgang mit großen Sample-Sets. - Stoppt das Programm Microcentrifuge ersetzen Sie die Essigsäure mit 2 mL Reinstwasser mit einer sauberen Pipette, dann Microcentrifuge Proben für 2 min bei 13.700 x g.
- Ändern Sie der Reinstwasser zwei weitere Male, wie zuvor, und testen Sie für Neutralität. Entfernen Sie die restliche Flüssigkeit mit einer Pipette (ohne Überstand).
Hinweis: Insgesamt drei Wäschen mit Reinstwasser ist das Standardverfahren zur Neutralität zu erhalten. Die Probe sollte gewaschen werden, bis Neutralität erreicht ist. - Schneiden Sie Blätter der Parafilm (1 cm × 1 cm) und legen Sie über jeder Microcentrifuge Schlauch. Machen Sie ein kleines Loch in der Mitte mit einem spitzen Gegenstand, so dass die Probe entsprechend trocknet.
- Legen Sie die Rohre in ein Einfrieren trockener, restliche Flüssigkeit zu entfernen.
Hinweis: Wenn ein trockener Einfrieren nicht verfügbar, sanfte Backofen Trocknen (40 ° C) besteht auch die Möglichkeit und sollte nicht haben keine Auswirkungen auf die stabilen Kohlenstoff und Sauerstoff-Isotop Daten. - Einmal trocken, entfernen Sie die Parafilm und Microcentrifuge Deckel schließen. Stellen Sie sicher, dass die Röhre Beschriftung korrekt ist und bei Bedarf neu zu schreiben.
Hinweis: Dies ist die letzte Stufe vor der Lagerung zum Wiegen aus, die in Laboren mit begrenzten finanziellen Mitteln die letzte Stufe vor der Verteilung der Proben zur Analyse an anderer Stelle sein können.
5. wiegen und Messen, Proben und Standards
- Mit einem Spatel, wiegen Sie etwa 2 mg Emaille Pulver auf eine Zinn-Disc auf einem Gleichgewicht empfindlich auf 0,001 mg (Abbildung 6). Übertragen Sie dann sorgfältig die Probe in ein Phosphorsäure-resistente Borosilikat Glasfläschchen. Diese Email ist erforderlich, um zuverlässige Ergebnisse aufgrund des relativ geringen Anteils von Carbonat im Zahnschmelz.
- Reinigen Sie die Spachtel zwischen Proben unter Verwendung von Methanol und verwenden Sie eine frische, saubere Disc oder mit einem Gewicht von Schiff für jede Probe.
- 0,2 mg eines internationalen Standards wie IAEA NBS18, IAEO 603, IAEO CO8 oder Merck CaCO3abwiegen. Ein Hausstandard, hergestellt aus der homogenisierten Schmelz ein großer Zahn kann als gut20verwendet werden. Für eine vollständige Folge 76 Proben und Standards, Einsatz 61 Proben und 15 Normen, die sollten gleichmäßig verteilt über den gesamten Lauf. Mehrere Studien haben berichtet, dass entsprechende Anzahl von Normen und Details in der archäologischen Forschung20,28.
Hinweis: Die wiederholten Vorbehandlung und Analyse von einer Emaille im Haus-Standard, in einer Reihe von Auflagen von archäologischen Proben dürfte auch eine geeignete Maßnahme der Genauigkeit für die untersuchten Proben bieten20. - Ziehen Sie die speziell Deckel, zugänglich für die Nadel bis das Septum eng aber nicht in der Flasche gesaugt wird. Über ziehen Sie nicht den Deckel wie der Druck auf das Septum zu stark erhalten und letztlich dazu, eine gebrochene Nadel während der Analyse führen kann. Legen Sie die Fläschchen in einer angegebenen Reihenfolge innerhalb einer Heizblock bei 70 ° C. Die Reihenfolge und die Gewichte der Proben müssen zuverlässig für den Einstieg in die Computer-Software aufgezeichnet werden.
- Die Proben zu messen, indem Sie die folgenden drei Schritte: (1) bündig die Proben mit reinem Helium füllen, 2) fügen Sie Phosphorsäure, (3) die Probe messen.
- Spülen Sie die Proben mit reinem Helium (Note 5,0) mit einem Strom von 100 mL/min für 5 min zu spülen Umgebungsluft.
- Geben Sie 4-5 Tropfen Phosphorsäure (99 %, Dichte 1,85 g/mL) der Karbonat-haltige Probe. Reaktion zwischen der Probe und H3PO4 beginnt. Während der Reaktion ist CO2 freigegeben, die den Isotopen Wert des Carbonat-ions CO32 - der Probe führt.
- Warten Sie 1 h pro Probe Gleichgewichtherstellung CO2 erreicht ist. Nach 1 h sollten die Proben gemessen werden, um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten. Während der Übernahme, eine Mischung aus Messgas und He geht auf das Gerät. Eine Trocknungsphase entfernt Wasser aus der Probe-Gas-Gemisch.
- Beginnend mit drei Gipfeln der CO2 Referenzgas mit einem bekannten isotopische Zusammensetzung Messen Sie der Probe. Peak-Intensität sollte 4000 mV entsprechend die Intensität der Probe Gipfel (zwischen 4000 bis 8000 mV). Die drei Referenz-Gas-Gipfel sollte 20 s lang und 30 s auseinander. Folgen Sie bei der Definition des Messintervalls der Probe. Messen die Probe 10 Mal für 5 s und 55 s auseinander. Sicherstellen Sie, dass die Peakhöhe verringert sich im Laufe der Zeit Angabe sachgemäßen Transport der Probe/Helium-Mischung (Abbildung 5).
Hinweis: Während der Messung berechnet die Software die isotopische Zusammensetzung der Probe durch den Vergleich der bekannten Isotopen Wert, die Peakhöhe, und der Gipfel der Referenzgas mit der Peakhöhe und Bereich der Gipfel der Proben. Die rohen 13C /12C und 18O /16O Zusammensetzung der Probe berechnet.
- Normalisieren Sie die Proben nach der Messung.
Hinweis: Dies ist wichtig, weil die Referenzgas nicht den gleichen chemischen und physikalischen Pfad wie die Gasprobe in das Massenspektrometer unterzogen. Daher ist es wichtig, dass die Proben zusätzlich nach internationalen Standards (Schritt 5.3) kalibriert sind, die die gleichen physikalischen und chemischen Behandlung innerhalb eines als die Probe selbst20unterzogen werden. Diese internationale Karbonat-Standards ermöglichen die Zweipunkt-Kalibrierung von Proben auf die internationalen Delta Messskala und die Beurteilung der Präzision und Wiederholgenauigkeit in einer bestimmten Auflage.
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Representative Results
Verwenden die oben dargestellte Stichprobenverfahren, wurden inkrementelle Emaille Bioapatite Proben vorbereitet. Die Analyse der Bioapatite im Zahnschmelz hängt von der Genauigkeit der Probenahme, ob lose oder inkrementell. In diesem Fall haben wir die Ergebnisse der archäologischen Proben (zwei Schafe) aus verschiedenen Klimazonen zu präsentieren. Einzelproben wurden analysiert aus Schaf zweiten molaren und gekennzeichnet, beginnend bei der ERJ (Abbildung 4). Einzelprobe Standorte wurden nummeriert und jeder Standort wurde gemessen als Abstand in mm von der ERJ (Abbildung 7).
Diverse Kohlenstoff und Sauerstoff stabilen Isotop Ergebnisse von den zwei Schafen bestätigen, dass sie in verschiedenen Umgebungen, in diesem lebten Fall einen tropischen Grasland (A) und einem gemäßigten trockenen Steppen-Grünland (B), beziehungsweise. Inkrementelle δ18O Werte für Schafe eine Show eine enge Spanne zwischen 3.3, 5.1‰, was darauf hindeutet, die Einnahme von Wasser-Quellen mit ähnlichen isotopischen Werten und einen Mangel an starken saisonalen Verschiebungen im Niederschlag (Abbildung 8). Im Gegensatz dazu haben δ18O Werte für Schafe B eine hohe Amplitude der Variation von ─5.2 bis hin zu ─13.1‰, starken jahreszeitlichen Schwankungen der Niederschläge angibt. Stabilen Kohlenstoff-Isotopen-Werte vorschlagen starke Unterschiede in der aufgenommenen Vegetation zwischen Proben mit Schafen ein mit einer Diät bestehend aus hauptsächlich C4 Pflanzen, während Schafe B in erster Linie C3 Vegetation eingenommen. Diese Schafe wurden speziell ausgewählt, um ökologische Variante zeigt sich in zusätzlichen Sauerstoff und Kohlenstoff stabiler Isotope Ergebnisse zeigen.
Menschliche Zähne sind ebenso an die Krone entlang der Achse Wachstum der ERJ entnommen. Inkrementelle δ18O und δ-13C-Werte für einen menschlichen Zahn von einem Regenwald-Umfeld werden innerhalb eines Bereichs von 2‰ stark eingeschränkt. Dies deutet auf einen Mangel an Variation in Futtersuche Strategien im Zeitraum der Emaille-Mineralisierung (Abbildung 9).
Abbildung 1: einen Zahn bohren. (A) Foto eines Zahnes, gebohrt wird auf einem Rig eingerichtet. (B) Foto von Emaille Pulver in Alufolie gesammelt und in einer 1,5 mL Mikro-Zentrifugenröhrchen (mit richtigen Label) gelegt. (C) Foto von verschiedenen Bohrkronen für inkrementelle Probenahme zur Verfügung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: Rig einrichten Foto von Rig mit dem Bohrer im Ort eingerichtet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: Probenaufbereitung. Probe wird in ein Mikro-Zentrifugenröhrchen und aufgeregt auf einen Wirbel nach Chemikalien hinzugefügt wurden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4: inkrementell abgetastet Schafe Zähne. Schaf Zähne (A und B), die schrittweise abgetastet wurden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5: Chromatogramm von Gasbench ausgeführt werden. Foto von einem Chromatogramm einer Probe, die Intensität der Referenz Gas Gipfeln und Probe-Gipfeln im Laufe der Zeit anzeigen. Gefundene Massen sind 44, 45 und 46. Die ersten drei Gipfel sind CO2 Referenz Gas Gipfel mit einem bekannten isotopische Zusammensetzung. Zehn Gipfeln, die Folgen sind Probe Gipfel abnehmender Intensität. Gipfeln sollten immer getrennt werden, um mehrere Sekunden um eine strenge Unterscheidung zwischen den Gipfeln zu gewährleisten und damit eine saubere Peak-Integration. Zahlen auf jedem Gipfel geben die Zeit (s) der Peak Erkennung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 6: mit einem Gewicht von Carbonat Probe. Foto der Probe in Glasfläschchen mit einem Spatel gewichtet wird. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 7: Einzelproben an einem Schaf Zahn. Einzelproben Wachstum Achse des Zahnes von der ERJ an die Spitze der Krone dargestellt neben Kohlenstoff und Sauerstoff stabilen Isotopen-Werte. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 8: Schafe Emaille Carbonat Isotop Ergebnisse. Sauerstoff und Kohlenstoff-Isotopen-Werte für zwei inkrementell gesampelten Schafe Zähne stabil. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 9: menschliche Emaille Carbonat Isotop Ergebnisse. Sauerstoff und Kohlenstoff-Isotopen-Werte für eine schrittweise aufgenommenen menschlichen Zahn stabil. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
| PCI (Phosphat Kristallinität Index) |  |
Frießner und Lee-Thorp, 1999 b |
| andere Namen: | ||
| CI-IR (Kristallinität Index Infrarot) | Shemesh, 1990 | |
| IRSF (Infrarot Spaltung Faktor) | Weiner und Bar-Yosef, 1990 | |
| BPI (B-Karbonat auf Phosphat-Index) |  |
LeGeros, 1991 |
| API (A-Carbonat auf Phosphat-Index) |  |
Frießner und Lee-Thorp, 1999 b |
| BAI (relative Menge an B-A-Site Karbonat) |  |
Frießner, 1999; Frießner und Lee-Thorp, 1999 b |
| WAMPI (Wasser-Amid auf Phosphat-Index) |  |
Roche Et Al., 2010 |
Tabelle 1: empirische Indizes, die die Kristall-chemischen Eigenschaften der Emaille Bioapatite charakterisieren. Wir empfehlen die Verwendung der empirischen Indizes von Frießner, Frießner (1999) und Lee-Thorp (1999) und Roche Et al. (2010), die Kristall-chemischen Eigenschaften der Emaille-Bioapatite zu charakterisieren.
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Discussion
Die Herausforderungen der erfolgreichen Probenahme (Bulk und inkrementelle) des Gebisses stützt sich auf den Zugang zu wissen bezüglich Bohrverfahren und Probenaufbereitung, neben der Ausrüstungsinvestitionen relativ preiswert. Diese Herausforderungen sind leicht überwindbar, wenn klare Anweisungen über sampling und Vorbehandlung Ansätze sind. In diesem Artikel wollen wir diese in eine klare und präzise Art und Weise für Forscher, die neu in diese Methoden verbreitet haben. Gelehrte, die Anwendung dieser Methoden zum ersten Mal sollte auf zugänglichen modernen Fauna vor der Analyse und Auswahl von wertvollen archäologischen und paläontologischen Proben zu üben.
Die Probenahme von Mensch und Tier Zahn Emaille Carbonat für stabilen Isotopen-Analyse ist ein einfaches Verfahren, das in mehreren Laboratorien durchgeführt wurden. Allerdings gibt es eine Tendenz für Techniken und Technologie verbunden mit dem Bohren des Gebisses variieren je nach Labor und werden in einem breiteren Spektrum von technischen Insiderwissen, das nicht öffentlich freigegeben wird. Inkrementelle Probenahme hat große Vorteile, erlaubt die Identifizierung von detaillierten Intra individuelle Variation in der Nahrungsaufnahme und die Aufnahme von Wasser. Dies zeigt sich durch zwingende die Unterschiede zwischen den Individuen aus verschiedenen Regionen als Nahrungsergänzungsmittel und Umweltinformationen im Zahn Emaille Bioapatite beibehalten. In unseren repräsentativen Daten besteht erhebliche isotopischen Unterschiede zwischen die Schafe aus tropischen Grasland im Vergleich zu den Schafen aus gemäßigten trockenen Steppe Wiesen (Abbildung 8).
Wichtige Schritte im Rahmen des Protokolls beziehen sich auf die Genauigkeit bei der Bohrung, Erhaltung der Zahnschmelz und Vorbehandlung Techniken. Kleine Ungenauigkeiten bei der Bohrung, können zum Beispiel durch den Zahnschmelz in den Zahn Dentin, äußerst Variable Isotop Messungen29führen. Die Erhaltung der Zahnschmelz kann durch eine Vielzahl von Methoden, einschließlich des geschätzten Carbonat Anteils an eine gegebene Probe gemessen sowie die FTIR-Aufbau diskutiert hier überprüft werden. Forscher sollten auch die Labors der Bestattung Umwelt informieren, insbesondere, ob Wasser angemeldet oder in sauren Böden, die den baulichen Erhalt der fossilen Zahnschmelz beeinflussen können. Die Härte des Zahnschmelzes gilt als erster Indikator für die Erhaltung, die erst während des Bohrens deutlich werden kann. Emaille, die weich und leicht gebohrt ist legt nahe, dass das Bioapatite Kristallgitter kann beeinträchtigt haben und mit FTIR überprüft werden oder anderweitig in der Literatur30berichtet. Die Variation der Vorbehandlung der Probe scheint begrenzt isotopische Veränderung Zahn Emaille21,22führen. Daher empfehlen wir die Verwendung von einfachen Protokolle (zB., 0,1 M Essigsäure für weniger als 4 h gefolgt durch Waschen mit destilliertem Wasser).
Es gibt mehrere Einschränkungen für die Technik, verbunden mit der Stichprobenplan und Interpretation. Sequentielle Muster Bohren ist eine Fertigkeit, die einige Zeit zu meistern. Ein klares Verständnis der Taxa und Zahn zu analysierenden ist wichtig bei der Formulierung einer Probenahme Design2,25. Bohren von Proben kann darüber hinaus eine beträchtliche Menge an Zeit in Anspruch nehmen. Die resultierende Kohlenstoff und Sauerstoff stabilen Isotop Werte für sequenziell gesampelten Gebiss können jedoch die Forscher um diätetische und ökologischen Veränderungen zu verfolgen. Da diese Änderungen sich auf natürliche saisonale Schwankungen, oft in alten Zeiten beziehen sind durchdachte Interpretationen, die in ein Verständnis der unterschiedlichen isotopischen Referenz-Sets kontextualisiert sind integraler Bestandteil dieser Forschung6.
In dem Artikel Wir haben gezeigt, inkrementelle Probenahme und bulk-Probenahme von Mensch und Schaf Gebiss. Darüber hinaus beauftragen wir die Forscher auf Vorbehandlungsverfahren für beide Sample-Sets. Inkrementelle Sampling-Methode auf antike und moderne Fauna mit Emaille ein ähnliches Wachstum und Mineralisierung erfolgreich angewendet werden kann (zB., Rinder und Pferde). Vorbehandlung der Schmelz Bioapatite wie in dem Artikel dargestellt kann an Proben aus einem Querschnitt von antiken Überreste verwendet werden. Die wichtigste Lektion aus unserem Stichprobenverfahren ist lose und inkrementelle Probenahme von Gebiss, die nicht leicht in einem Dokument erläutert wird. Weitere Demonstrationen könnten andere archäologische Isotop Probenahme und Vorbehandlung Ansätze zu demokratisieren (zB., Knochen Kollagen Extraktionen oder die Entnahme von archäologischen Keramik für stabiles Isotop Messungen von Fettsäuren) Verbesserung der Verbreitung von Wissen und Technologie in diesem Bereich. Diese Demokratisierung sollte jedoch nicht, als vollständiger Ersatz für die Beratung durch die Experten oder der verfügbaren Literatur, um die Standards der Messung und Interpretation in einem gegebenen Kontext20,28gesehen werden.
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Disclosures
Die Autoren erklären keinen Interessenskonflikt.
Acknowledgments
Wir möchten die Max-Planck-Gesellschaft für die Finanzierung dieser Forschung sowie die aktuelle Einstellung von einem stabilen Isotop Labor der Abteilung Archäologie, Max Planck Institut für die Wissenschaft der menschlichen Geschichte zu danken.
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 |
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