Summary
İnsan ve hayvan diş minesini karbonat stabil karbon ve oksijen izotop analizi bireysel diyet ve çevresel yeniden inşa için bir proxy olarak kullanılmıştır. Burada ayrıntılı bir açıklama sağlamak ve görsel belgeleri toplu ve sıralı diş mine örnekleme yanı sıra Önarıtma arkeolojik ve paleontolojik örnekleri.
Abstract
İnsan ve hayvan diş minesini karbonat stabil karbon ve oksijen izotop analizi paleodietary, paleoecological ve paleoenvironmental araştırma son tarihsel dönemlere ait geri 10 milyon yıldan fazla için uygulanmıştır. Bir diş içinde sıralı örnekleri bu dönemde beslenme ve çevre değişiklikleri izleyebilirsiniz iken toplu yaklaşımlar emaye Qafqaz, süre için temsil edici bir örnek sağlar. Bu metodolojileri edilmiş yaygın olarak uygulanan ve Arkeoloji, ekoloji ve paleontoloji bölümünde açıklandığı iken, gerekli laboratuar ekipmanları seçiminde yardımcı olmak için ve iyice ayrıntılı laboratuvar örnekleme açıklamak için hiçbir açık kurallar olmuştur ve iletişim kuralları. Bu makalede, biz onlara ve görsel olarak, işlemin tamamı örnekleme yöntemi araştırmacılar çeşitli laboratuvar ayarları kendi uygulamasında dikkate alınarak daha yaygın olarak kullanılabilir yapmak için tedavi öncesi ve diagenetic tarama yoluyla gelen belge.
Introduction
Diş minesini karbonat stabil karbon ve oksijen izotop analiz insan diyet alımı, sütten kesme ve mobilite yanı sıra bitki örtüsü, hayvan ve hayvan foddering hareketi faunal güven geçmiş çalışma için kullanılmıştır. Bu uygulamalar edilmiş kapsamlı bir şekilde ele ve çevresel koşullar yerel kurutmak, sıcaklık, su kaynakları ve bitki örtüsü besteleri1,2, etkileri gösteren çeşitli için gözden 3,4,5,6. Arkeoloji ve paleontoloji potansiyel uygulamalar çeşitliliği yanı sıra diş minesini karbonat, iyi korunması, kararlı izotop çalışmaları3için çekici bir malzeme sağlamıştır. Örnekleme, Önarıtma ve diagenesis tarama yöntemleri bir dizi önceki yayınları1,7kısaca açıklanmıştır. Ancak, ayrıntılı sözlü ve görsel gösteriler büyük ölçüde kullanılamaz, özellikle için insanlar dışında arkeolojik fen laboratuarları ve nerede bu tekniğin kullanımı ilgi artmaktadır sınırlı fonları ile laboratuvar grupları arasında kalır 5.
Diş minesini öncelikle hidroksiapatit (bioapatite) crystallites8 / kemik yapım o öldükten sonra diagenetic iyonik oyuncu değişikliği ve kirlenme3daha dayanıklı, daha büyük oluşur. Modern çalışmalar kararlı karbon izotop (δ13C) ölçümleri faunal diş güvenilir bir şekilde kayıt hayvan beslenme ve davranış9,10emay gösterdi. Diş minesini istikrarlı oksijen izotop (δ18O) değerinin bitki ve hayvan gıdalar, içme suyu, solunum yanı sıra çeşitli çevresel etkileri su su içeren alınan su, oksijen izotopik bileşimi tarafından belirlenir daha fazla izotopik ayırma için neden olabilir (Örn., kuraklık, sıcaklık, rakım, yağış miktarı, kıta yer)11. Bu arkeolojik, paleoecological ve paleontolojik araştırmada, diyet ve çevresel yeniden inşası için popüler bir yöntem sağlamıştır.
Diş minesini oluşumu süre (yıl) nispeten kısa olduğunu ve örnek diş bağlı olarak farklılık gösterir. İnsanlar için ilk molar emaye Doğum ve 3 yaşları arasında mineralizes, premolars 1,5 ile 7 yaş arasında mineralize, ikinci büyük azı dişleri 2.5 ile 8 yaş arasında mineralize ve 7-16 yaş12 arasında ergenlik sırasında üçüncü büyük azı dişleri mineralize . O diş minesini formları artımlı olarak oluşumu, süre içinde göz önüne alındığında, bu tüm büyüme eksen boyunca toplu olarak örnek veya ardışık olarak diyet ve çevre13 oluşumu döneminde meydana gelen değişiklikleri öğrenmek için örnek . Kronolojik olarak sıralanan diyet değişikliği içinde belirli bir diş observable arası yıllık mevsimlik ve diyet varyasyon ile ilgili bilgi sağlayan diğer hayvanlar1,14ve insanlar için olduğunu.
Emaye diagenesis için genellikle dayanıklı olmakla birlikte, mezar ortamından kaynaklanan izotopik modifikasyonlar mümkündür ve15,16deneysel kontrol ve tedavi öncesi seçimler faydalı hale, gözlemledim. Yalnızca kullanılabilir yöntemi değildir, ancak Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopi (FTIR), özellikle modunda zayıflatılmış iletim, hızlı, ucuz ve diş minesini taphonomic değişiklik değerlendirmek için nispeten erişilebilir yöntemi olarak ortaya çıkmıştır, Özellikle paleontolojik bağlamlarda17,18,19,20. Ancak, ayrıntılı iletişim kuralları ve kayıt standartlar nispeten ulaşılmaz-e doğru Jeokimya veya malzeme bilim alanları dışında birçok kişi kalır.
Tepki süreleri ve araştırmacılar tarafından diş minesini Önarıtma içinde istihdam kimyasallar da önemli ölçüde bu değişkenliği kararlı karbon ve oksijen izotop değerleri örnek21 için ne olarak genellikle sınırlı dikkate alınarak literatürde değişebilir ,22. Burada, emaye toz örnekleri Önarıtma için bir yaklaşım kullanır asetik asit (0,1 M) seyreltik raporu. Ancak, izotopik ölçümleri Önarıtma kaynaklanan farklılıkları diş minesini için görece küçük olduğunu göz önüne alındığında,11kullanıcıların verilerini karşılaştırmak istedikleri veri kümeleri için protokolleri takip araştırmacılar için en iyisidir. Nerede küçük sıralı örnekleri alınır, özellikle Holosen örnekleri üzerinde Ayrıca, hiçbir ön (pilot diagenetic testleri) örnek israfını önlemek için seçilebilir.
Biz burada rapor yöntemleri suretiyle bilgimizi yeni olmakla birlikte, bu ayrıntılı yazılı ve görsel belgeleri toplu ve ardışık örnekleme, tedavi öncesi seçimler ve diagenetic onay Yöntemleri (FTIR formu) diş emay ilk. yaygın olarak kullanılan bir çeşitli Akademik dinleyiciye yapılmıştır. Umarız çabalarımızı-ecek yapmak bu yaklaşım bireylerin ve laboratuvarlar daha geniş bir dizi için daha kolay erişilebilir iken, uygulamak ve bu teknik yayımlamak isteyen araştırmacılar raporlama standartları, diagenetic dikkat edilmesi gereken noktalar, en az farkında olmalı ve sunu gereksinimleri başka bir yerde20, aynı zamanda onların çalışma bölge takson analiz, benzersiz olması ve dönem5zaman potansiyel yorumsal karmaşıklığı uyarlanan.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Aşağıdaki protokol kuralları ışık izotop kütle spektrometresi laboratuvar Max Planck Enstitüsü'nde insanlık tarihinin bilim izler. Ulusal ve uluslararası komiteler izinlerinden uygun etik nesli tehlike altında olan modern ya da tarihsel faunal örnekler içeren analizleri ve çağdaş paydaşların ilgi arkeolojik ve faunal malzeme kullanımı için aranan olmalıdır . Bu yazıda, arkeolojik ve fosil örnekleri kullanılan örnekleri vardı. Hiçbir yaşayan insanlar bu çalışmada kullanılan ve tam etik, kurumsal ve hükümet izinleri yıkıcı herhangi bir analiz için elde edilmiştir.
1. toplu örnekleme
Not: insanlar ve hayvanlar için toplu temel yöntemi diş mine bir tatbikat uygulama dişin bukkal kenarına örnektir.
- Blaster vurdu bir alüminyum kullanarak diş (~0.1 mm) veya hafif aşınma matkap kurulumu kullanarak dış yüzeyi temizleyin. Bir el matkap (aşağıya bakın), matkap set-up bir chuck ile bağlı bile şeklinin biraz temiz elmas uçlu matkap ile kullanın. Nazik ve hatta aşınma bir oluk tüm büyüme eksenine paralel olarak gerçekleştirilmesini sağlamak (resim 1 ve Şekil 2).
- , Mümkün olan yerlerde, her insan için aynı diş bölümünde veya örneklenmiş hayvan yöntemi uygulamak girişimi.
Not: ilk büyük azı dişleri etkileri23sütten kesme nedeniyle önlenmesini iken insan paleodietary araştırma, üçüncü büyük azı dişleri genellikle temsilcisi geç Genç/Yetişkin diyet olarak tercih. Tercih edilen diş her takson ve temsil, yaşam süresi için kullanılabilir örnekler ve soru altında eğitim ile değişir. - İyi havalandırılmış bir odada diş minesini toz teneffüs önlemek için bir maske giyerken matkap. Gözleri korumak için gözlük takıyorum. Delinmiş örnek toz miktarı analizi, tedavi öncesi Protokolü ve diş boyutunu için kullanılan ekipman bağlı olarak değişir unutmayın. Örnek ısınma önlemek için düşük hızda matkap.
Not: Yaklaşık, 4-8 mg örnek toz izotop oranı kütle spektrometresi ve diagenetic sınamak için bir online Gaz hazırlama ve giriş sistemi kullanarak birden çok analizleri için uygun bir hedef olduğunu. Seçilen matkap hız örnek kırılganlık bağlıdır ve deneme yanılma belli bir düzeyde gerektirir unutmayın. Genel olarak, bir el matkap üzerinde iki beş Bar güç yeterlidir. Diş tozu temiz alüminyum folyo bir parçası üzerinde matkap veya kağıt ağırlığında. - Elde edilen emaye toz toplamak ve delme önce uygun şekilde hassas bir denge üzerinde Şeytan 1,5 mL mikro-santrifüj tüpü aktar. Her tüpün örnek atama (Şekil 3) ile etiketleyin. Örnek numaraları ve emaye ağırlık Laboratuvarı dizüstü yanı sıra elektronik bir veritabanını kaydedin.
- Her yeni diş delme önce ilk 0.5 M HCl sağlam doku üzerinde kullanarak kullanılan Matkap burguları temiz. Sonra matkap (aseton, metanol veya etanol gibi) organik bir çözücü ile yıkayın sağlam kağıt mendil kullanarak.
- Otururken, sondaj takip temiz iyice kullanarak özel bir çalışma alanı elektrikli süpürge, ya da bir faraş ve fırça. Metanol ile örnekleme alanı silin. Vakum veya hafifçe örnekleri arasında toz ve örnek toz kaldırmak için sıkıştırılmış hava ile matkap sprey.
2. ardışık örnekleme
Not: Ardışık örnekleme çeşitli biçimlerde yaklaştı ve takson diş yanı sıra istenen zamansal çözünürlük boyutunu örnek, üzerinde bağlıdır.
- Çok ince kaldırarak örnek diş yüzeyine temiz dış diş minesini tabakası (~0.1 mm).
- Örnekler diş taç tepesine emaye kök kavşak çalışan, büyüme eksenine dik bukkal yüzey boyunca matkap. Matkap yatay bantlar büyüme eksenine dikey bir 1-2 mm geniş oluk emaye katmanı arasında çıkan her örnek ile (Şekil 1 ve Şekil 4). Örnek ve elde edilen ölçüm kontamine gibi emaye dentin içine aracılığıyla Delme önlemek için dikkat ediniz.
Not: Örnekleri sayısı istenen çözünürlüğüne bağlı olarak değişecektir ama c. 10/δ13C ve δ18O değerleri bir hypsodont Evcil hayvanların boyutu için mevsimsel değişiklikler çalışmaya uygun bir hedef gösterir. - Örnekleme çizginin genişliğini matkap çapı tarafından belirlenen uygun matkap her örnek için seçin.
- Teçhizat set-up artımlı örnekleri (Şekil 2) daha fazla sayıda gerektiren daha hassas dişler için kullanın (Örneğin., insan dişleri), yanı sıra daha istikrarlı delme gibi için. Matkap, güvenli bir şekilde, matkap aşağı doğru işaret tutan teçhizat stand ayarlayın.
Not: dört örnekleri el yaklaşım24kullanarak kalıcı insan azı kolayca elde edilebilir, ancak daha rafine örnekleme bir teçhizat gerektirir veya olmayacak CO2 lazer ablasyon yaklaşımı burada14ele. Başka bir ortak yaklaşım bir yarı otomatik microsampling25kullanmaktır. - Diş tutun veya bir kelepçe takın. Diş minesini karşı matkap basın ve basınç uygulayın. Örnekleri artımlı olarak bukkal yüzeyi boyunca apex (oklüzal yüzey) için emaye-kök Kavşağı (ERJ) bulunduğu konumda taç Bankası gidilen. Strateji her ardışık çizgi paralel önceki örnek satıra birden çok kez sondaj sondaj aynı örnek çoğaltma. Küçük silindirik elmas matkap gibi koyun büyük azı dişleri, çapı 1 mm (Şekil 1 c) ile hassas dişler için kullanın.
- Çap pergeli kullanarak ERJ her örnekleme satırından uzaklığı ölçmek ve bu mesafe ürününü karşılaştırma listesine kaydedin.
- Adımları 1.3-1.6 yukarıdaki izleyin.
Not: hassas dişleri çözümlenmekte ve tedavi öncesi ve diagenetic kontrol yöntemleri uygulanmaz, örnekleri 1-4 mg küçük bir on-line Gaz hazırlama ve giriş set-up karbonat analizi için üzerinde güvenilir sonuçlar üretecektir. Değiştirilen otomatik-periferik sistemleri daha düşük örnek ağırlıkları kullanımını kolaylaştırabilir, ancak kaçınılmaz olarak karbonat okudu emaye (wt % 4-5)26,27' deki oranı tarafından sınırlı. Araştırmacılar laboratuarda örnekleri örnek gerekli miktarını belirlemek için ölçülebilir nereye başvurmanız gerekir.
3. Fourier Transform Infrared spektrometresi/Attenuated toplam yansıma yöntemi
- Toplam yansıma zayıflatılmış yöntemi için bir örnek odası arka plan, vakum altında veya normal atmosferik koşullar oluşturun.
- Diş minesini yaklaşık 1 mg bir spatula kullanarak örnek odasında elmas kristal üzerine getirin. Daha düşük ve sonrası, örnek ve elmas plaka arasında sıkı bir bağlantı kadar örnek sonrası güvenli. Örnek odası ile veya olmadan bir vakum kuruluyor, ayarı veya kullanılabilirlik bağlı olarak kapatın.
- 64 kez wavenumber 400 ile 4000 cm-1arasında değişen için örnek FTIR spectra ölçmek. İdeal olarak farklı aliquots alınan ve sonra döndürülen örnek konut microcentrifuge tüp ile üç çoğaltır analizini sağlam sonuçları sağlayacaktır rağmen çoğaltır istediğiniz sayıda çalışma, hedeflere göre değişiklik gösterir.
- Spatula ile metanol her aliquot arasında her örnek arasında temiz.
- Mevcut yazılım kullanarak temel düzeltme gerçekleştirin. Yazılım otomatik olarak elde edilen FTIR profili örnek odası kökenli çıkarır. Daha iyi tekrarlanabilirlik emin olmak için sadece emaye spectra 0,06 ~1035 cm-1 , en yüksek fosfat grubu en az bir absorbans ile dikkate alınmalıdır.
- Ortak ikincil kirletici karbonat kalsit tüm örneklerde varlığı 711 cm-1zirve denetleyerek izlemek.
- Analiz, dikkatle örnekleri bir spatula veya emme cihazı kullanarak kendi microcentrifuge tüpler dönmek ve Önarıtma veya analiz sonraki sahneye götür.
- Bir .csv dosyası olarak (veya benzeri) ham dalga boyu ve yoğunluğu verileri verme ve faiz endeksi hesaplamak için kullanın (yaygın olarak kullanılan dizinler dahil A-site fosfat dizini, B-site fosfat dizini, fosfat Crystallinity indeksi, su-Amid fosfat dizin üzerinde ve CO3/PO4 17,18,19dizin) (Tablo 1).
- FTIR modern faunal diş minesini veri kümeleri doğa ve diagenetic değişiklik için kapsamını belirlemek için edebiyat19,20 dakikaya kullanılabilir büyüyen şimdi için fosil veya arkeolojik örneklerinden sonuçları Karşılaştır örneklenmiş emaye.
4. basit asetik asit (0,1 M) Önarıtma
- Emaye toz her örnek için bir denge uygun şekilde kullanarak bir microcentrifuge tüp tartın. Buna göre tüp etiketleyin. Emaye toz parçacıkları benzer büyüklükte ile aynı derecede toprağa olmalıdır.
Not: Pek çok araştırmacı seyreltik çamaşır suyu (NaClO) gibi bir oksitleyici ajan kullanmak veya % 30 hidrojen peroksit (H2O2) bir örnek ve bu organik kaldırmak için bu noktada eklenmelidir. Ancak, sadece bu reaktifler kararlı karbon ve oksijen izotop değerleri örneği alter, ama % 100 fosforik asit karbonat içinde kullanılan spectra kemik kollajen numunelerin hazırlanması ve giriş bir on-line gaz sisteminde göstermek ölçüm organik örnekler (Şekil 5), bu adım gerekli değildir düşündüren tepki vermez. - 0.1 mL 0.1 M asetik asit (başına 1 mg emaye) bir pipet kullanarak her örnek ekleyin. Pipet örnekleriyle dokunmaktan kaçının. Örnek ve pipet kişiye gelirsen, çapraz bulaşma önlemek için sonraki örnek için yeni bir pipet kullanın.
- Kışkırtmak, sallayarak veya bir elektronik karıştırıcı (Şekil 3) ve sonra 10 dk. emaye toz uzun bir süre için asetik asit bırakılmamalıdır için oturmak örnekleri bırakın (> 4 h).
- Örnekleri microcentrifuge 13,700 x g de 2 min için yerleştirin.
Not: Bir düşük maliyetli alternatif daha az örnekleri tutan ancak zaman büyük örnek kümeleriyle ilgili daha az zaman alıcı 3.500 x g, 4 dk için mini santrifüj kullanmaktır. - Microcentrifuge programı sona erdiğinde, asetik asit 2 mL Ultrasaf Su temiz bir pipet, sonra microcentrifuge 13,700 x g de 2 min için örnekler kullanarak değiştirin.
- Ultrasaf Su iki kez daha önceki gibi değiştirmek ve tarafsızlık için test. Kalan sıvı bir pipet (süpernatant bozmadan) kullanarak kaldırın.
Not: Tarafsızlık için almak için standart bir prosedür Ultrasaf Su ile üç yıkama toplamıdır. Tarafsızlık ulaşılana kadar örnek yıkanmalıdır. - Parafilm (1 cm × 1 cm) yaprak keser ve her microcentrifuge tüp yerleştirir. Örnek uygun şekilde kurur keskin bir nesne kullanarak ortasında küçük bir delik açmak.
- Tüpler bir dondurucuda kalan herhangi bir sıvı kaldırmak için kuru yerleştirin.
Not: bir donma kurutma makinesi kullanılabilir, yumuşak fırın ise kurutma (40 ° C) da bir olasılık ve kararlı karbon ve oksijen izotop verileri herhangi bir yan etkisi olmamalıdır. - Bir kez kuru, Parafilm kaldırmak ve microcentrifuge kapaklarını kapatın. Tüp etiketleme doğru olduğundan emin olun ve yeniden yazmak gerekirse.
Not: Bu ın labs sınırlı fonları ile örnekleri dağıtım öncesinde son aşamada başka bir yerde analiz için olabilecek, tartmak için depolama önce son aşamada olduğunu.
5. tartma ve örnekleri ve standartları ölçme
- Bir spatula kullanarak, yaklaşık olarak 2 mg emaye tozu 0,001 mg (Şekil 6) hassas bir denge üzerinde teneke diske dışarı tartın. Ardından dikkatle örnek fosforik asit dirençli borosilikat cam şişe aktarın. Emaye bu miktarı nedeniyle karbonat diş mine nispeten küçük oranda güvenilir sonuç vermeye gerek yoktur.
- Spatula metanol kullanarak örnekleri arasında temiz ve taze, temiz bir disk kullanın veya her örnek için gemi ağırlığında.
- IAEA NBS18, IAEA 603, IAEA CO8 veya Merck CaCO3gibi uluslararası bir standart 0.2 mg tartın. Şirket içinde bir standart büyük bir diş minesini homojenize yapılan iyi20kullanılabilir. 76 örnekler ve standartları, kullanım 61 örnekleri ve 15 standartlarına tam bir çalışma için hangi eşit olarak dağıtılacak bütün Çalıştır. Çeşitli çalışmalarda standartlar ve arkeolojik araştırmalar20,28ayrıntılarda uygun sayıda bildirdi.
Not: Tekrarlanan Önarıtma ve ishal arkeolojik örneklerin bir dizi genelinde ev standart bir emaye analizini de okudu örnekleri için uygun bir tedbir doğruluğu sağlamak büyük olasılıkla20. - Özel olarak tasarlanmış kapakları, septum sıkı ama değil şişeyi sucked kadar iğne için erişilebilir sıkın. Septum üzerinde baskı çok güçlü alacak ve sonuçta kırık bir iğne çözümleme sırasında neden olabilir gibi üzerinde kapağı sıkın değil. Tüpleri Isıtma bloğun 70 ° C'de listelenen sırayla yerleştirin Sırasını ve örnekler ağırlıkları güvenilir bilgisayar yazılımı girdiği için kaydedilmelidir.
- Üç adım takip ederek örnekleri ölçmek: 1) floş örnekleri ile saf helyum doldurun, 2) fosforik asit ekleyin, 3) ölçmek örnek.
- Saf helyum (grade 5.0) 100 mL/dk ortam havası floş 5 min için bir akış ile örnekleriyle floş.
- 4-5 damla fosforik asit (% 99, Yoğunluk 1.85 g/mL) karbonat içeren örnek. Örnek ve H3PO4 arasındaki reaksiyon başlar. Reaksiyon sırasında CO2 Karbonat İyon CO32 - örnek izotopik değerini taşıyan yayınlandı.
- CO2 denge ulaşılana kadar örnek başına 1 saat bekleyin. 1 saat sonra örnekleri güvenilir sonuçlar elde etmek için ölçülmelidir. Sırasında satın alma, bir örnek gazı karışımı ve cihazın o geçer. Kurutma bir sahne örnek Gaz karışım su kaldırır.
- Örnek üç CO2 başvuru gaz bilinen izotopik bileşimi ile doruklarına başlayarak ölçmek. En yüksek yoğunluk yoğunluğu (arasında 4000-8000 mV) örnek doruklarına eşleştirmek için 4000 mV olmalıdır. Üç başvuru gaz doruklarına 20 sn uzun ve 30 sn ayrı olmalıdır. Ölçüm aralığı örnek tanımlama ile izleyin. Örnek 5 için 10 kez ölçmek s her ve 55 s ayrı. Pik yüksekliği uygun taşıma örnek/helyum karışımı (Şekil 5) gösteren zaman içinde azalır emin olun.
Not: ölçüm sırasında bilinen izotopik değeri, pik yüksekliği ve başvuru gaz pik yüksekliği olan tepe ve alanları örnekleri doruklarına karşılaştırarak örnek izotopik kompozisyon yazılım hesaplar. Ham 13C /12C ve 18O /16O kompozisyon örnek hesaplanır.
- Örnekleri ölçüm sonra normale.
Not: başvuru gaz aynı kimyasal ve fiziksel yolu kütle spektrometre tanıttığında örnek gaz olarak geçmesi değil çünkü bu önemlidir. Bu nedenle, bu örnekleri Ayrıca bu aynı fiziksel ve kimyasal tedavi çalışması içinde örnek olarak20tabi uluslararası standartlara (adım 5.3) kalibre esastır. Bu uluslararası karbonat standartları üzerine Uluslararası delta ölçüm ölçek örnekleri iki nokta kalibrasyon ve hassasiyet ve tekrarlanabilirlik belirli bir çalışma boyunca değerlendirilmesi etkinleştirin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Yukarıda sunulan örnekleme işlemi uygulayarak, artımlı emaye bioapatite örnekleri hazırlanmıştır. Mine bioapatite analizi, ister toplu veya artımlı örnekleme doğruluğunu bağlıdır. Bu durumda, farklı iklim bölgeleri arkeolojik örnekleri (iki koyun) sonuçlarını seçtiniz. Artımlı örnekleri koyun ikinci büyük azı dişleri analiz ve ERJ (Şekil 4) başlayan etiketli. Artımlı örnek mekanlar numaralandırılmış ve her konum uzaklığı (Şekil 7) ERJ mm'den içinde olarak ölçüldü.
Tropikal bir otlak (A) ve (B), ılıman bir kuru bozkır otlak sırasıyla farklı karbon ve oksijen bu farklı ortamlarda yaşamışlar iki koyun kararlı izotop sonuçları onaylamak durumunda. Koyun bir gösteri için 3,3 5.1‰, düşündüren su kaynakları benzer izotopik değerleri ile sindirim ve yağış (Şekil 8) güçlü mevsimlik vardiya eksikliği arasında dar bir Aralık için artımlı δ18O değerler. Buna ek olarak, δ18O değerleri koyun B için yüksek genlik varyasyon, ─5.2 ─13.1‰, yağış güçlü mevsimsel değişimi gösteren arasında değişen vardır. Kararlı karbon izotop değerleri güçlü hafızanın bitki örtüsü örnekleri, bir koyun B öncelikle C3 bitki örtüsü yutulur ise esas olarak C4 bitkilerin oluşan bir diyet sahip koyun ile arasındaki farklılıkları öneririz. Bu koyun çevresel değişim artan oksijen ve karbon kararlı izotop sonuçları açıkça göstermek için özel olarak seçilmiştir.
İnsan dişleri benzer şekilde büyüme eksen boyunca tahta ERJ örnek. Artımlı δ18O ve δ13C değerleri bir yağmur ormanı ortamından bir insan dişi için son derece, 2‰ aralığı içinde sınırlı. Bu emaye Qafqaz (Şekil 9) süre içinde yiyecek stratejileri varyasyon eksikliği gösteriyor.
Resim 1: bir diş sondaj. (A) fotoğraf kurmak bir teçhizat delinmiş bir diş. (B) fotoğraf kalay folyo içinde toplanan ve 1,5 mL mikro-santrifüj tüpü (ile uygun etiket) içine yerleştirilen emaye tozu. (C) fotoğraf farklı matkap artımlı örnekleme için kullanılabilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2: teçhizat ayarla yukarıya Fotoğraf teçhizat bu haldeyken yerine koymak. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: örnek hazırlığı. Örnek bir mikro-santrifüj tüpü ve kimyasallar ilave edildi sonra bir vortex Tarih heyecanlı olmak. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: artımlı olarak koyun diş örneklenmiş. Artımlı olarak örneklenmiş koyun dişler (A ve B). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5: çalıştırmak gasbench kromatografik. Bir örnek zaman içinde başvuru gaz tepeler ve örnek doruklarına yoğunluğunu görüntüleme kromatografik fotoğraf. 44, 45 ve 46 algılanan işçiyiz. İlk üç tepeler CO2 başvuru gaz doruklarına bilinen izotopik bileşimi ile vardır. İzleyin 10 zirveleri yoğunluğu azalan örnek tepeler vardır. Tepeler her zaman ayrılmış tepeleri arasında sıkı bir ayrımcılık emin olmak için birkaç saniye ve dolayısıyla bir temiz tepe entegrasyon. Üstünde tepe-in her tepe durumunu zaman (s) en yüksek algılama numaraları. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6: ağırlığında karbonat örnek. Bir spatula kullanarak cam şişe ağırlıklı örnek fotoğraf. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 7: bir koyun diş üzerinde artımlı örnekleri. ERJ gelen diş taç üst büyüme ekseni boyunca artımlı örnekleri karbon ve oksijen ile birlikte kararlı izotop değerleri çizilen. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 8: koyun emaye karbonat izotop sonuçları. Oksijen ve karbon izotop değerlerini iki aşamalı olarak örneklenen koyun dişler için kararlı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 9: insan emaye karbonat izotop sonuçları. İstikrarlı oksijen ve karbon izotop değerleri artımlı olarak örnek bir insan dişi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
| PCI (fosfat Crystallinity dizin) |  |
Sponheimerol ve Lee-Thorp, 1999b |
| diğer adaş: | ||
| CIIR (Crystallinity Dizin kızılötesi) | Prestatyn, 1990 | |
| IRSF (faktör bölme kızılötesi) | Weiner ve Bar-Yosef, 1990 | |
| BPI (B-karbonat fosfat dizin) |  |
LeGeros, 1991 |
| API (A-karbonat fosfat dizin) |  |
Sponheimerol ve Lee-Thorp, 1999b |
| BAI (B-A-site karbonat göreli miktarı) |  |
Sponheimerol, 1999; Sponheimerol ve Lee-Thorp, 1999b |
| WAMPI (su-Amid fosfat dizin) |  |
Roche vd., 2010 |
Tablo 1: Mine bioapatite kristal-kimyasal özelliklerini karakterize ampirik endeksleri. Sponheimerol (1999), Sponheimerol ve Lee-hanif (1999) ve Roche ve ark. ampirik endeksleri kullanmanızı öneririz (2010) emaye bioapatite kristal-kimyasal özelliklerini tanımlamak için.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Başarılı (toplu ve artımlı) örnekleme sorunları diş bilgi erişimine sondaj teknikleri ile ilgili olarak ve numune hazırlama, nispeten ucuz ekipman yatırımı yanında. Bu sorunlara açık zaman örnekleme ve tedavi öncesi yaklaşımları ile ilgili yönergeler mevcuttur kolayca halledilebilir. Bu makalede, bunlar açık, özlü bir biçimde araştırmacılar bu yöntemlere yeni için Dissemine umuyoruz. Bilim adamları ilk kez bu yöntemleri uygulayarak önce analiz ve örnekleme değerli örnekleri arkeolojik ve paleontolojik erişilebilir modern fauna üzerinde çalışmalısın.
İnsan ve hayvan diş minesini karbonat kararlı izotop analizi için örnekleme birden çok laboratuarlarında yapılan basit bir işlemdir. Ancak, teknik ve teknoloji laboratuvar tarafından değişir ve açıkça paylaşılmaz Insider teknik bilgi daha geniş bir set içinde dahil edilmesi için diş delme ile ilişkili için bir eğilim vardır. Artımlı örnekleme diyet alımı detaylı intra bireysel varyasyon tanımlaması ve su sindirim izin büyük avantajı vardır. Bu diyet olarak farklı bölgelerden bireyler arasındaki fark zorlayıcı tarafından gösterilmiştir ve çevresel bilgi diş minesi bioapatite içinde korunur. Bizim temsilcisi verilerde önemli izotopik varyasyon koyun tropikal otlaklar koyunlar için ılıman kuru bozkır otlaklar (Şekil 8) karşılaştırıldığında üzerinden arasında belirgindir.
Protokol içindeki kritik adımlar sondaj doğruluk, diş minesi ve tedavi öncesi teknikleri korunması için ilişkilidir. Sondaj, küçük yanlışlıklar Örneğin, son derece değişken izotop ölçümleri29emaye diş dentin içine neden olabilir. Diş minesini korunması yöntemleri, ölçülen bir verilen örnek, hem de burada tartışılan FTIR set-up tahmini karbonat oranı da dahil olmak üzere çeşitli aracılığıyla denetlenebilir. Araştırmacılar ayrıca özellikle su günlük fosil diş minesini yapısal korunması etkileyebilir asitli topraklarda ya da mezar çevre laboratuvarları bildirmelidir. Diş minesini sertliğini ilk gösterge yalnızca sondaj sırasında belirgin olabilir muhafaza edilmesi düşünülmelidir. Yumuşak ve kolayca delinmiş emaye bioapatite kristal kafes bozulmuş olması ve FTIR ile kontrol edilmelidir veya başka yollarla edebiyat30' u bildirdi önerir. Örnek Önarıtma varyasyon diş minesini21,22sınırlı izotopik varyasyon neden gibi görünüyor. Bu nedenle, biz basit iletişim kurallarının kullanımını öneririz (Örn., 0.1 M asetik asit az 4 h distile su ile yıkayarak takip için).
Örnekleme tasarım ve yorumu ile ilgili teknik bazı sınırlamaları vardır. Sıralı örnekleri sondaj master için biraz zaman alır bir beceridir. Takson ve diş çözümlenmesi için net bir anlayış bir örnekleme tasarım2,25formüle esastır. Ayrıca, örnekleri sondaj tamamlanması saat önemli miktarda alabilir. Ancak, ortaya çıkan karbon ve oksijen kararlı izotop değerlerini ardışık olarak örneklenen diş araştırmacılar diyet ve çevresel değişiklikleri izlemek için izin verir. Bu değişiklikler için doğal mevsimsel varyasyonları, antik dönemlerde sık sık ilişkili olarak izotopik referans kümeleri varyasyon bir anlayış içinde sentezidir düşünceli yorumlar için bu araştırma6parçalardır.
Makalede, biz artımlı örnekleme göstermiştir ve insan ve koyun diş örnekleme toplu. Ayrıca, her iki örnek kümeleri için tedavi öncesi yöntemlerde araştırmacılar talimat. Artımlı örnekleme yöntemi başarıyla uygulanabilir için antik ve modern fauna ile benzer emaye büyüme ve Qafqaz (Örn., sığır ve at). Ön içinde belgili tanımlık eşya gösterildiği gibi emaye bioapatite, antik bir kesit örnekleri üzerinde kullanılabilir. En önemli bizim örnekleme yordamdan gelen toplu ve kolayca bir belgede açıklanmıştır değil diş artımlı örnekleme derstir. Daha fazla gösteriler demokratikleştirmek diğer arkeolojik izotop örnekleme ve öncesi tedavi yaklaşımları (Örn., kemik kollajen çekimi veya yağ asitlerinin kararlı izotop ölçümleri için arkeolojik çanak çömlek örnekleme) artırılması bilgi ve teknoloji bu alana yayılması. Böyle demokratikleşme, ancak gerekir değil, uzmanlar veya kullanılabilir edebiyat, ölçüm ve belirli içerik20,28yorumlanmasında standartları kurmak için ile istişare için tam bir yedek olarak görülebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar hiçbir çıkar çatışması beyan ederim.
Acknowledgments
Max Planck Derneği bu araştırma yanı sıra son ayarı kadar kararlı izotop Laboratuvarı bölümü Arkeoloji, Max Planck Enstitüsü bilim insanlık tarihinin için finansman için teşekkür etmek istiyorum.
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).
