Summary
Стабильные углерода и кислорода изотопный анализ карбоната человека и животных зуб эмаль используется в качестве прокси для индивидуальной диеты и экологической реконструкции. Здесь мы предоставляем подробное описание и визуальные документации навалом и последовательные зуб эмаль выборки, а также предварительной археологические и палеонтологические образцы.
Abstract
Стабильные углерода и кислорода изотопный анализ человека и животных зуб эмаль карбоната применялся в paleodietary, палеоэкологические и палеоэкологическое исследования недавних исторических периодов вернуться к более 10 миллионов лет назад. Массовая подходы обеспечивают репрезентативной выборки на период минерализации эмали, в то время как последовательных выборок внутри зуба может отслеживать диетических и экологические изменения в этот период. Хотя эти методологии были широко применяется и описаны в археологии и экологии, палеонтологии, там было без четких руководящих принципов для оказания помощи в выборе необходимого лабораторного оборудования и подробно описать подробные лабораторных проб и протоколы. В этой статье мы документ текстуально и визуально, весь процесс от выборки путем предварительной обработки и диагенетических скрининг более широко распространять методологии для исследователей, считая его применение в различных лабораторных параметров.
Introduction
Стабильные углерода и кислорода анализ изотоп карбоната эмаль зуба был использован для изучения прошлого человека пищей, отлучение от груди и мобильности, а также животных полагаться на растительность, движения животных и кормлении скота. Эти приложения были всесторонне обсудили и рассмотрели для различных условий окружающей среды, определяющее последствия местных засушливость, температуры, источников воды и растительности композиции1,2, 34,,5,6. Разнообразие потенциальных применений в области археологии и палеонтологии, а также хорошее сохранение карбоната эмали зуба, сделало его привлекательный материал для стабильного изотопа работы3. Методы отбора проб, предварительной обработки и Диагенез скрининг кратко описаны в ряде предыдущих публикаций1,7. Однако тщательное вербальный и демонстрации остаются практически недоступными, особенно для людей вне археологической науки лаборатории и лаборатории группами с ограниченным финансированием, где растет интерес к использованию этого метода 5.
Зубная эмаль главным образом состоит из гидроксиапатита (bioapatite) кристаллитов8 больше, чем те, в кости, что делает его более устойчивым к посмертные диагенетических ионных замен и загрязнения3. Современные исследования показали, что стабильная углерода изотопа (δ13C) измерения фауны зуб эмаль надежно запись животных диеты и поведение9,10. Изотоп (δ18O) значение стабильной кислорода эмали зубов определяется изотопного состава кислорода попадает вода, которая включает в себя водных растений и животных продуктов, питьевой воды, дыхания, а также различных экологических последствий на воде что может привести к дальнейшей изотопный фракционирование (например., засушливость, температуры, высоты, количество осадков, континентальной местоположение)11. Это сделало его популярным методом для диетического и экологической реконструкции археологических, палеоэкологические и палеонтологические исследования.
В период формирования эмали зуба является относительно коротким (лет) и отличается в зависимости от зуба производится выборка. Для людей первого моляра эмаль реминерализует от рождения до 3 лет возраста, премоляры минерализации от 1,5 до 7 лет, второй моляров минерализации от 2,5 до 8 лет и третьих моляров минерализации в подростковом возрасте, от 7 до 16 лет12 . Учитывая что формы эмаль зуба постепенно в течение его периода формирования, он может быть пробы навалом вдоль оси весь рост или последовательно отобранных для того, чтобы исследовать изменения в рационе питания и окружающей среде, которые имели место в период формирования13 . Хронологически приказал диетических изменений в пределах данного зуба является наблюдаемый объект для людей и других животных1,14, предоставляя информацию о межгодовой вариации сезонного и диетических.
В то время как эмаль обычно устойчив к Диагенез, изотопный изменениями, вытекающими из захоронения окружающей среды возможны и наблюдались15,16, делая экспериментальных проверок и предварительной обработки выбор полезных. Хотя это не только доступный метод, Фурье преобразование инфракрасной спектроскопии (FTIR), особенно в ослабленный режим передачи, возникла как быстрый, недорогой и относительно доступный метод для оценки taphonomic изменения в эмали зубов, особенно в палеонтологических контексты17,18,19,20. Однако подробных протоколов и стандартов записи остаются относительно недоступными для многих людей за пределами области геохимии или материал науки.
Время реакции и химических веществ, используемых исследователями в предварительной обработки эмали зубов также существенно различаются в литературе, часто с ограниченной рассмотреть вопрос о том, что эта изменчивость может сделать, чтобы стабильные углерода и кислорода изотоп значения образца21 ,22. Здесь мы приводим подход использует разбавить уксусной кислоты (0,1 М) для предварительной обработки образцов порошковой эмалью. Однако учитывая, что различия в изотопного измерения, связанные с предварительной обработкой являются относительно незначительными для эмали зубов, это лучше для исследователей, чтобы следовать протоколы для наборов данных, с которой они хотели бы сравнить свои данные до11. Кроме того где принимаются небольшие последовательные образцы, особенно на голоценовых образцов, без предварительной обработки может быть выбран (после экспериментального диагенетических испытаний) чтобы избежать потерь образца.
Хотя методы, которые мы приводим здесь отнюдь не являются новыми, насколько нам известно, это первый раз, что тщательной документации письменные и визуальные сыпучих и последовательной выборки, предварительной обработки выбора и диагенетических проверить методы (в виде FTIR) для зубов эмаль были предприняты широко доступны в разнообразных академической аудитории. Хотя мы надеемся, наши усилия будут сделать этот подход более доступными для более широкого числа лиц и лабораторий, исследователей, которые хотят применять и опубликовать этот метод должны быть осведомлены о минимальных стандартов, диагенетических соображений, отчетности и требования к презентации сделал обзор других20, а также потенциальных Интерпретив сложностей, которые будут уникальными для их изучения региона, таксонов проанализированы и время периода5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Следующий протокол следует принципам свет изотопной масс спектрометрии лаборатории в институте Макса Планка для науки истории человечества. Этика соответствующие разрешения от национальных и международных комитетов следует искать для анализов, связанных с находящимися под угрозой исчезновения современных или исторических образцов фауны и для использования археологических и фауны материалов, представляющих интерес для современного заинтересованных сторон . В этом документе используются образцы были археологические и ископаемые образцы. Нет живых людей были использованы в этом исследовании, и полный этические, институциональные и правительственные разрешения получили для любых деструктивных анализа.
1. Массовая выборка
Примечание: Для людей и животных, основной метод массового зубной эмали выборки является применение дрель щечной край зуба.
- Очистите внешние поверхности зуба (~0.1 мм) с помощью алюминиевой выстрел бластера или нежный истиранию, с использованием буровой установки. Используйте ручной дрелью с чистой алмазов накренилась сверла (см. ниже), даже формы, подключенные через Чак к буровой установке. Обеспечить выполнение нежный и даже износу как параллельно оси весь рост паз (рис. 1 и Рисунок 2).
- Попытка, где это возможно применить этот метод к же часть зуба для каждого человека или животного пробы.
Примечание: В исследованиях человеческого paleodietary, третьи моляры обычно выступает как представитель позднего несовершеннолетних/Взрослый диета во время первых моляров избегаются вследствие отвыкания эффекты23. Предпочтительным зуба для каждого таксонов и период жизни представлены, будут зависеть от имеющихся образцов и вопрос изучается. - Просверлите в хорошо проветриваемом помещении при ношении маски, чтобы избежать вдыхания порошка эмали зуба. Надевайте защитные очки для защиты глаз. Имейте в виду, что количество образцов порошка пробурено будет варьироваться в зависимости от оборудования, используемого для анализа, предварительной обработки протокола и размер зуба. Сверлить на низкой скорости для того, чтобы предотвратить Отопление образца.
Примечание: Приблизительно, 4-8 мг порошка образца является приемлемой целью для нескольких анализа с использованием онлайн газ подготовка и внедрение системы для изотопов соотношение масс-спектрометрии и диагенетических тестирования. Имейте в виду, что выбранный дрель скорость будет зависеть от хрупкость образца и потребует некоторых проб и ошибок. В общем на ручной дрели, два из пяти баров прочности достаточно. Сверлить зуб порошок за кусок чистой алюминиевой фольги или бумаги весом. - Собирать результирующий порошковой эмалью и перевести его в микро пластиковых пробирок 1.5 мл, который был тарированного на надлежащим образом точный баланс до бурения. Этикетка каждую пробирку с обозначением образца (рис. 3). Запись чисел и эмаль вес образца в лабораторию ноутбука, а также электронная база данных.
- Перед сверлением каждый новый зуб, очистите используются сверла, сначала с помощью 0.5 М HCl на надежные ткани. Затем вымойте сверло с органические растворители (ацетон, метанол или этанол) с помощью надежных тканей.
- После бурения сидя, очистить область, тщательно с использованием специального пылесоса, или совка и кисти. Протрите выборки пространства с метанолом. Пылесосом или слегка спрей дрель с сжатым воздухом, чтобы удалить пыль и образец порошка между выборками.
2. последовательная выборка
Примечание: Последовательной выборки можно подойти в различных формах и будет зависеть от taxon пробы, размер зуба, а также временное разрешение.
- Очистите поверхность зуба производится выборка путем удаления очень тонкий слой (~0.1 мм) наружный зубной эмали.
- Дрель образцы вдоль щечной поверхности перпендикулярно оси роста зуба, работает от перекрестка корень эмаль в верхней части кроны. Бурение горизонтальных полос перпендикулярно оси роста, с каждого образца, что приводит к 1-2 мм широкий паз через слой эмали (рис. 1 и Рисунок 4). Позаботьтесь, чтобы избежать бурения через эмаль в дентин, как он будет загрязнять образца и результирующие измерения.
Примечание: Количество проб будет варьироваться в зависимости от желаемого резолюции но c. 10 представляет соответствующие цели для изучения сезонные изменения в δ13C и δ18O значения для hypsodont размер домоседкадомосед крупного рогатого скота. - Выберите соответствующий сверло для каждого образца, как ширина линии отбора проб определяется по диаметру долота.
- Использование буровой установки для более тонкие зубы, требующих большего количества дополнительных образцов (рис. 2) (например., человеческие зубы), а также для более стабильного сверления. Настройка буровой стенд, который надежно сверло сверлом, указывая вниз.
Примечание: в то время как четыре образцы легко могут быть получены от постоянного человека моляра, используя ручной подход24, более изысканный выборки требует установки или CO2 лазерной абляции подход, который не будет обсуждаться здесь14. Другой распространенный подход заключается в использовании полуавтоматических microsampling25. - Держите зуб или прикрепить к струбциной. Нажмите эмаль зуба против сверло и применить давление. Образцы просверливаются постепенно вдоль щечной поверхности от вершины (окклюзионной поверхности) на базе короны в месте стыка эмаль корень (ERJ). Реплицировать того же образца, бурение стратегии, несколько раз бурения каждый подряд линии, параллельной линии предыдущего образца. Используйте небольшие цилиндрические алмазной коронки для деликатной зубов, например овец моляров, с диаметром 1 мм (рис. 1 c).
- Измерить расстояние линии каждой выборки из ERJ при помощи штангенциркуля и записать это расстояние для сравнения.
- Выполните шаги 1.3-1.6 выше.
Примечание: Если анализируются небольшие, тонкие зубы и не применяются методы предварительной обработки и диагенетических проверить, образцы, как малые, как 1-4 мг будет производить надежные результаты на он-лайн газа подготовка и внедрение установки для анализа карбонат. Изменение системы автоматизированной периферической может облегчить использование даже ниже образца весов, но неизбежно ограничивается доля карбоната в изученных эмали (4-5 wt %)26,27. Исследователи должны консультироваться с лабораторией, где образцы собираются быть измерена определить количество необходимых образцов.
3. Фурье преобразование инфракрасный спектрометрии/ослабленное всего отражения метод
- Для метода ослабленных полного отражения устанавливают камеры фон образца, или под вакуумом при нормальных атмосферных условиях.
- Место около 1 мг зубной эмали Алмазный кристалл в зале образца с помощью шпателя. Нижняя и безопасного образец пост до тех пор, пока существует фирма связь между пост, образца и пластину алмазов. Закройте камеру образец, с или без создается вакуум, в зависимости от настройки или доступность.
- Измерение спектров FTIR образца 64 раза для волновое число, колеблется от 400 до 4000 см-1. Желаемое количество реплицирует будет меняться в зависимости от целей исследования, хотя анализ трех реплицирует, идеально с различными аликвоты принимаемых и затем вернулся в microcentrifuge трубки, жилье образца, обеспечит надежные результаты.
- Очистите шпатель с метанолом между каждой Алиготе и каждого образца.
- Выполнение базовых коррекция с использованием доступного программного обеспечения. Программное обеспечение автоматически вычитает фон образца камеры от результате профилем FTIR. Для обеспечения лучшей воспроизводимости, следует учитывать только эмаль спектры с минимального поглощения 0,06 для высоких фосфатной группы на ~1035 см-1 .
- Контролировать наличие общих кальцита карбонат вторичного загрязнения во всех пробах, проверяя пик на 711 см-1.
- После анализа осторожно вернуть образцов до их microcentrifuge трубы с помощью шпателя или всасывающего устройства и взять на следующую стадию предварительной обработки или анализа.
- Экспорт сырья волны и интенсивности данных в виде файла .csv (или аналогичный) и использовать для расчета индексов интереса (часто используемые индексы включают A-сайт фосфат индекс, индекс B-сайт фосфат, фосфат кристалличности индекс, вода-Амид на индекс фосфат, и CO3/PO4 индекс17,18,19) (Таблица 1).
- Сравните FTIR результаты от ископаемых или археологические образцы растущих наборов данных современной фауны зубной эмали теперь доступны в литературе19,20 для определения характера и масштабов диагенетических изменения Эмаль пробы.
4. простая уксусной кислоты (0,1 М) предварительной обработки
- Весят порошковой эмалью для каждого образца в microcentrifuge трубки с помощью баланс при необходимости. Этикетке трубки соответственно. Порошок для эмали должны быть отшлифованы в той же степени, с частицами аналогичного размера.
Примечание: Многие исследователи используют окислителем, например разбавленных отбеливатель (NaClO) или 30% пероксида водорода (H2O2) для удаления органических веществ из выборки и это должны быть добавлены в этот момент. Однако не только может эти реагенты изменить стабильной углерода и кислорода изотоп значения выборки, но спектры образцов костей коллагена в он-лайн газ подготовка и введение системы показывают, что 100% фосфорной кислоты используются в карбонат измерения не реагирует с органических образцов (рис. 5), предполагая, что этот шаг не является необходимым. - Добавление каждого образца с помощью пипетки 0,1 мл 0,1 М уксусной кислоты (на 1 мг эмали). Не прикасайтесь образцы с пипеткой. Если образец и пипетки вступают в контакт, используйте новый дозатор для следующего образца чтобы избежать перекрестного загрязнения.
- Агитировать, либо путем встряхивания или электронных мешалкой (рис. 3), а затем оставить образцы сидеть за 10 мин эмаль порошок не следует оставлять в уксусной кислоты для длительного периода времени (> 4 h).
- Поместите образцы в microcentrifuge 2 мин на 13 700 x g.
Примечание: Недорогой альтернативой является использование мини-центрифуга для 4 мин на 3500 x g, который содержит меньшее количество образцов, но меньше времени при работе с наборами большой выборки. - Когда программа microcentrifuge останавливается, замените 2 мл сверхчистого воды, с использованием чистой пипетки, затем microcentrifuge образцы для 2 мин на 13 700 x g уксусной кислоты.
- Измените ультрачистая вода еще два раза, как и прежде и проверить нейтральность. Удалите оставшиеся жидкости с помощью пипетки (не нарушая супернатант).
Примечание: В общей сложности три автомойки с ультрачистая вода является стандартной процедурой, чтобы добраться до нейтралитета. Образца должны быть вымыты, пока не будет достигнуто нейтралитета. - Разрезать листы парафина (1 × 1 см) и поместите каждую пробирку microcentrifuge. Сделайте небольшое отверстие в центре, с помощью объекта резкий, таким образом, чтобы образец сушит надлежащим образом.
- Место труб в заморозке сушилка для удаления любых оставшихся жидкости.
Примечание: Если сушилка замораживание не доступны, нежный печь сушки (40 ° C) является также возможность и не должны иметь каких-либо неблагоприятных последствий на стабильной углерод и кислород изотопным данным. - После высыхания, удаления парафина и закрыть крышками microcentrifuge. Убедитесь, что трубка маркировки является правильным и переписать при необходимости.
Примечание: Это окончательный этап до хранения для взвешивания вне, который в лабораториях с ограниченными средствами может быть заключительный этап до распределения образцов для анализа других.
5. Взвешивание и измерение образцов и стандартов
- С помощью шпателя, взвесьте, примерно в 2 мг порошка эмаль на олово диск на баланс чувствительных к 0,001 мг (рис. 6). Затем тщательно перенесите образец во флакон фосфорной кислоты-боросиликатного стекла. Эта сумма эмали необходима для получения надежных результатов из-за относительно небольшую долю карбонат в эмали зубов.
- Очистите шпателем между образцы с использованием метанола и использовать свежий, чистый диск или весом судно для каждого образца.
- Весят, 0,2 мг, таких как МАГАТЭ NBS18, 603 МАГАТЭ, МАГАТЭ CO8 или Merck СаСО3международного стандарта. Внутренний стандарт, из гомогенизированные эмаль большого зуба может использоваться как хорошо20. Для полного выполнения 76 образцов и стандартов, использование 61 образцов и 15 стандартов, который должен равномерно распределены по всему запуск. Несколько исследований сообщили соответствующие число стандартов и детали в археологических исследований20,28.
Примечание: Неоднократные предварительной обработки и анализа эмали в стандарте дом, через количество запусков археологические образцы, вероятно, также для обеспечения надлежащей мерой точности для образцов изучается20. - Затяните специально крышками, доступной для иглы до тех пор, пока перегородки туго, но не всасывается в пробирку. Не затягивайте крышки как давление на перегородки будет получать слишком сильным и в конечном итоге может привести к сломанной иглы во время анализа. Место флаконов в указанном порядке в пределах блока Отопление в 70 ° C. Порядок и веса образцов должны регистрироваться для вступления в компьютер программное обеспечение надежно.
- Измерить образцы, выполнив следующие три шага: 1) флеш заполните образцы с чистого гелия 2) добавления фосфорной кислоты, 3) измерения образца.
- Промойте образцы с чистого гелия (класс 5.0) с потоком 100 мл/мин за 5 мин, чтобы избавиться от окружающего воздуха.
- Добавить 4-5 капель фосфорной кислоты (99%, плотность 1,85 г/мл) в карбонат содержащие образец. Реакция между образцом и H3PO4 начинается. Во время реакции CO2 выпущена которая осуществляет изотопный значение карбонат иона CO32 - образца.
- Подождите 1 час на сэмпл пока не достигнуто уравновешивания CO2 . После 1 h образцы должны измеряться для получения надежных результатов. Во время приобретения, смесь пробы газа и он переходит на устройство. Стадии сушки удаляет воду из образца газовой смеси.
- Измерьте образца, начиная с трех пиков CO2 ссылка газа с известным изотопного состава. Пиковая интенсивность должна быть 4000 mV соответствует интенсивности пиков образца (от 4000 до 8000 м). Три вершины газ ссылка должна быть 20 s длиной и 30 s друг от друга. Следуйте с определением измерения интервала выборки. Измерить образца 10 раз для 5 s каждый и 55 s друг от друга. Убедитесь, что пик высотой уменьшается с течением времени, указывающее транспортировки образца/гелий смеси (рис. 5).
Примечание: Во время измерения, программа вычисляет изотопного состава образца, сравнивая значение известных изотопных, высота пика и район пика ссылка газа с пик высотой и площади пиков образцов. Сырые 13C /12C и 18O /16O составом образца вычисляется.
- Нормализовать образцы после измерения.
Примечание: Это важно, потому что газ ссылка не проходят по тому же пути химические и физические пробы газа при введении в масс-спектрометр. Таким образом важно, что образцы дополнительно калибруются по международным стандартам (шаг 5.3), которые проходят же физические и химические лечения в рамках как собственно образца20. Эти международные карбонат стандарты позволяют две точки калибровки образцов на международных Дельта шкалы измерения и оценки точности и воспроизводимости всей прогоне.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
С использованием представленные выше процедура отбора, были подготовлены дополнительные эмаль bioapatite образцы. Анализ bioapatite эмали зависит точность выборки, сыпучих или добавочное. В этом случае мы решили представить результаты археологические образцы (две овцы) из различных климатических зон. Дополнительные образцы были проанализированы от овец вторых моляров и помечены, начиная с ERJ (рис. 4). Добавочные примеры мест были пронумерованы, и каждое место измеряется как расстояние в мм из ERJ (рис. 7).
Разнообразные углерода и кислорода, стабильный изотоп результаты от двух овец, подтверждают, что они жили в различных средах, в этом случае тропических пастбищ (A) и сухой степной луга (B), соответственно. Добавочные δ18O значения для овец шоу узком диапазоне между 3,3 в 5.1‰, предлагая пищу водных источников с аналогичными изотопный ценностями и отсутствие сильной сезонной смены осадков (рис. 8). В противоположность этому δ18O значения для овец B имеют высокой амплитудой колебаний, начиная от ─5.2 до ─13.1‰, указывающий сильные сезонные изменения количества осадков. Стабильная углерода изотопа значения показывают сильные различия в попадает растительности между образцами, с овцами, имея диета, состоящая в основном из C4 растений, в то время как овец B попадает преимущественно C3 растительности. Эти овцы были специально выбраны продемонстрировать экологических вариация проявляется в добавочной кислорода и результаты стабильных изотопов углерода.
Человеческие зубы аналогичным образом отбираются из ERJ короне вдоль оси роста. Добавочные δ18O и δ13C значения для человеческого зуба из тропических лесов среды весьма ограничены, в пределах диапазона 2‰. Это предполагает отсутствие различия в нагула стратегии за период минерализации эмали (рис. 9).
Рисунок 1: бурение зуб. (A) Фото зуба, пробуренная на буровой установки. (B) Фото эмаль порошка собираются в фольгу олова и помещены в микро пластиковых пробирок 1.5 мл (с надлежащей лейблом). (C) фото различных долот для выборки добавочных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: Рог установить вверх Фото установки создан с сверла на месте. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: пробоподготовка. Образцы, помещены в микро пластиковых пробирок и взволнованный на вихрь после химических веществ были добавлены. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: постепенно пробы зубы овец. Овцы зубов (A и B) которые были постепенно пробы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5: Хроматограмма запускать gasbench. Фото из Хроматограмма одного образца, отображение интенсивности пиков газ ссылка и образец пиков с течением времени. Обнаруженные масс, 44, 45 и 46. Первые три вершины находятся CO2 ссылка газ пики с известным изотопного состава. Десять вершины, которые следуют являются образец пиков, снижение интенсивности. Вершины всегда должны быть разделены на несколько секунд, чтобы гарантировать строгое дискриминации между пиками и следовательно чистой пик интеграции. Номера на вершине каждого государства пик время (s) пика обнаружения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6: весом карбонат образца. Фото из образца, взвешенных в стеклянных флаконах с помощью шпателя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 7: дополнительные образцы на овец зуб. Дополнительные образцы вдоль оси роста зуба из ERJ в верхней части кроны печать Наряду с углеродом и кислородом стабильных изотопов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 8: овец эмаль карбонат изотоп результаты. Стабильные кислорода и углерода изотопа значения для двух последовательно отобранных овец зубов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 9: человека эмаль карбонат изотоп результаты. Стабильные кислорода и углерода изотопа значения для постепенно пробы человеческого зуба. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
| PCI (фосфат кристалличности индекс) |  |
Sponheimer и ли Торп, 1999b |
| другие имена: | ||
| CIIR (кристалличности индекс инфракрасный) | Бейт-Шемеш, 1990 | |
| IRSF (инфракрасный расщепления фактор) | Вайнер и Бар Йосеф, 1990 | |
| BPI (B-карбонат на индекс фосфат) |  |
LeGeros, 1991 |
| API (A-карбонат на индекс фосфат) |  |
Sponheimer и ли Торп, 1999b |
| Бай (относительное количество B-A-сайт карбонат) |  |
Sponheimer, 1999; Sponheimer и ли Торп, 1999b |
| WAMPI (вода Амид на индекс фосфат) |  |
Роше et al., 2010 |
Таблица 1: эмпирические показатели, которые характеризуют кристалл химические свойства эмали bioapatite. Мы рекомендуем использовать эмпирические показатели от Sponheimer (1999), Sponheimer и ли-Торп (1999) и Рош et al. (2010), чтобы характеризовать кристалл химические свойства эмали bioapatite.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Вызовы успешных проб (насыпных и добавочное) зубочелюстной системы зависит от доступа к знаниям о методы бурения и пробоподготовки, наряду с инвестиций в оборудование, относительно недорогой. Эти проблемы легко преодолимы, когда ясно, что имеются инструкции, касающиеся отбора проб и предварительной обработки подходов. В этой статье мы надеемся, распространяли эти в четкой, сжатой моды для исследователей новой для этих методов. Ученые, применяя эти методы для в первый раз должны практиковать на доступной современной фауны до анализа и отбора проб ценные археологические и палеонтологические образцы.
Выборка человека и животных зуб эмаль карбонат для стабильного изотопа анализа является простая процедура, которая была проведена в нескольких лабораториях. Однако существует тенденция для техники и технологии, связанные с бурением зубочелюстной системы различаются в зависимости от лаборатории и включаться в более широкий набор инсайдерской технических знаний, которая не является shared открыто. Дополнительные выборки имеет основные преимущества, разрешительные определения подробных внутри индивидуальные вариации в рацион и употребления воды. Это подтверждается убедительными различия, существующие между людьми из разных регионов как диетическое и экологической информации сохраняется в bioapatite эмаль зуба. В наших репрезентативных данных значительные колебания изотопный очевидна между овец от тропических луга, по сравнению с овец от умеренно сухой степной луга (рис. 8).
Важнейшие шаги в рамках протокола связаны с точность бурения, сохранение эмали зубов и методы предварительной обработки. Небольшие неточности в процессе бурения, например, через эмаль в дентине зубов, может привести к чрезвычайно переменной изотоп измерения29. Сохранение эмали зубов могут быть проверены через различные методы, включая сметные карбонат доля данного образца измеряется, а также настройки FTIR, обсуждаемые здесь. Исследователи должны также информировать лаборатории захоронения окружающей среды, специально ли войти в воду или в кислых почвах, которые могут повлиять на структурные сохранения ископаемых зубной эмали. Твердость эмали зубов должны рассматриваться как первоначальный показатель сохранения, которые только могут стать очевидными при бурении. Эмаль, мягкие и легко просверленные свидетельствует о том, что bioapatite кристаллической решетки могут деградировали и должны быть проверены с FTIR, или другие средства, о которых сообщалось в литературе30. Различия в предварительной выборки, как представляется, привести к ограниченной изотопный вариации в зуб эмаль21,22. Поэтому, мы предлагаем использование простых протоколов (например., 0,1 М уксусной кислоты для менее 4 ч после стирки с дистиллированной водой).
Существует несколько ограничений в технику, связанные с выборки и интерпретации. Бурение последовательных образцов это навык, который занимает некоторое время, чтобы мастер. Четкое понимание таксонов и зуб в анализа имеет важное значение в разработке дизайна выборки2,25. Кроме того бурение образцов может занять значительное количество времени для завершения. Однако результирующая углерода и значения стабильных изотопов кислорода для последовательно отобранных зубочелюстной системы позволяют исследователи отслеживать диетических и экологических изменений. Поскольку эти изменения связаны с природных сезонных колебаний, часто в древних периодов, вдумчивый толкований, которые контекст в рамках понимания изменчивости в изотопных ссылка наборы являются неотъемлемой частью этого исследования6.
В этой статье мы продемонстрировали дополнительные выборки и массовая выборка человека и овцы зубочелюстной системы. Кроме того мы поручаем исследователи на методы предварительной обработки для обоих наборов образцов. Метод выборки добавочных успешно применяться к древней и современной фауны с аналогичными эмаль роста и минерализации (например., крупный рогатый скот и лошадей). Предварительная обработка эмали bioapatite, как показано в статье может использоваться на образцах, представляющих древних останков. Самый важный урок из наших процедура отбора является основная и дополнительные выборки зубочелюстной системы, который легко не поясняется в документе. Дальнейшей демонстрации может демократизировать другие археологические изотоп выборки и предварительной обработки подходы (например., костный коллаген экстракции или выборки археологических керамики для стабильного изотопа измерений жирных кислот) повышения распространение знаний и технологии в этой области. Такая демократизация не следует, однако, рассматриваться в качестве полной замены для консультации с экспертами, или имеющейся литературе, установления стандартов измерения и интерпретации в заданном контексте20,28.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы заявляют никакого конфликта интересов.
Acknowledgments
Мы хотели бы поблагодарить Общество Макса Планка для финансирования этого исследования, а также недавнее создание стабильного изотопа лаборатории отдела археологии, Институт Макса Планка для науки истории человечества.
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).
