Как анализ липидов раскрывает древние пищевые привычки и кулинарные практики

Хроматография и изотопный анализ остатков липидов в древней глиняной посуде многое говорят о древних пищевых привычках и кулинарных практиках. За последние два десятилетия этот метод успешно использовался для изучения древних пищевых привычек в нескольких археологических памятниках мира. Исследователи недавно применили эту технику к гончарным изделиям, собранным на нескольких археологических памятниках цивилизации долины Инда. Ключевым научным открытием было преобладание нежвачных жиров в посуде для приготовления пищи, подразумевая, что нежвачные животные (например, лошади, свиньи, домашняя птица, птица, кролик и т. д.) готовились в посуде в течение длительного периода времени. Это противоречит давнему мнению (основанному на свидетельствах фауны) о том, что жвачные животные (такие как крупный рогатый скот, буйволы, олени и т. д.) употреблялись в пищу людьми долины Инда.  

Археологические раскопки важных памятников прошлого века предоставили много информации о культуре и обычаях древних людей. Тем не менее, понимание диеты и методов существования, преобладавших в древних доисторических обществах без письменных записей, было сложной задачей, потому что не так много того, что составляло «пищу», осталось из-за почти полной естественной деградации пищи и биомолекул. За последние два десятилетия стандартные химические методы хроматографии и специфического анализа соотношения стабильных изотопов углерода проникли в археологические исследования, позволив исследователям точно определить источники липидов. В результате стало возможным исследовать режимы питания и жизнеобеспечения с помощью молекулярного и изотопного анализа поглощенных пищевых остатков на основе значений δ13C и Δ13C.  

Растения являются основными производителями пищи. Большинство растений используют фотосинтез C3 для фиксации углерода, поэтому их называют растениями C3. Пшеница, ячмень, рис, овес, рожь, вигна, маниока, соя и т. д. являются основными растениями С3. Они составляют основную пищу человечества. Растения C4 (такие как кукуруза, сахарный тростник, просо и сорго), с другой стороны, используют фотосинтез C4 для фиксации углерода.  

У углерода есть два стабильных изотопа, C-12 и C-13 (третий изотоп C-14 нестабилен, следовательно, радиоактивен и используется для датирования органических археологических находок). Из двух стабильных изотопов более легкий С-12 преимущественно участвует в фотосинтезе. Фотосинтез не универсален; это способствует фиксации C-12. Кроме того, растения С3 поглощают более легкий изотоп С-12 больше, чем растения С4. И растения C3, и растения C4 различают более тяжелый изотоп C-13, но растения C4 не различают так сильно, как растения C3. И наоборот, при фотосинтезе растения С3 и С4 предпочитают изотоп С-12, а не С-13, но растения С3 предпочитают изотоп С-12 больше, чем растения С4. Это приводит к различиям в соотношении стабильных изотопов углерода у растений С3 и С4 и у животных, питающихся растениями С3 и С4. Животное, питавшееся растениями С3, будет иметь больше легких изотопов, чем животное, питавшееся растениями С4, что означает, что липидная молекула с более легким соотношением изотопов, скорее всего, произошла от животного, питавшегося растениями С3. Это концептуальная основа специфичного для соединения изотопного анализа липидов (или любой другой биомолекулы, если на то пошло), который помогает идентифицировать источники остатков липидов в керамике. Короче говоря, растения С3 и С4 имеют разное соотношение изотопов углерода. Значение δ13C для растений C3 светлее от -30 до -23 ‰, тогда как для растений C4 это значение составляет от -14 до -12 ‰. 

После извлечения остатков липидов из образцов керамики первым ключевым шагом является разделение различных липидных составляющих с использованием метода газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС). Это дает липидную хроматограмму образца. Липиды со временем деградируют, поэтому в древних образцах мы обычно находим жирные кислоты (ЖК), особенно пальмитиновую кислоту (C₁₆) и стеариновая кислота (C₁₈). Таким образом, этот метод химического анализа помогает идентифицировать жирные кислоты в образце, но не дает информации о происхождении жирных кислот. Необходимо дополнительно установить, произошла ли определенная жирная кислота, обнаруженная в древнем сосуде для приготовления пищи, из молочных продуктов, мяса животных или растений. Остатки жирных кислот в гончарных изделиях зависят от того, что готовили в сосуде в древние времена. 

Растения С3 и С4 имеют разное соотношение стабильных изотопов углерода из-за преимущественного поглощения более легкого изотопа С12 в процессе фотосинтеза. Точно так же животные, которых кормят растениями C3 и C4, имеют разные соотношения, например, домашний крупный рогатый скот (жвачные животные, такие как корова и буйвол), которого кормят пищей C4 (например, просом), будут иметь другое соотношение изотопов, чем более мелкие домашние животные, такие как козы, овцы. и свиньи, которые обычно пасутся и питаются растениями C3. Кроме того, молочные продукты и мясо, полученные от жвачных животных, имеют разное соотношение изотопов из-за различий в синтезе жиров в молочной железе и жировой ткани. Установление происхождения конкретной жирной кислоты, выявленной ранее, осуществляется путем анализа соотношений стабильных изотопов углерода. Для анализа соотношения изотопов идентифицированных жирных кислот используется метод масс-спектрометрии газовой хроматографии-сгорания-изотопного отношения (GC-C-IRMS).   

Важность анализа соотношения стабильных изотопов углерода в липидных остатках при археологических исследованиях доисторических памятников была продемонстрирована в 1999 г., когда исследование археологических раскопок в уэльских пограничных землях, Великобритания, позволило провести четкое различие между жирами нежвачных животных (например, свиного) и жирами. от жвачных (например, овец или крупного рогатого скота) происхождения¹. Такой подход может предоставить убедительные доказательства того, что в зеленой Африке Сахары в пятом тысячелетии до нашей эры существовало первое молочное производство. В то время Северная Африка была зеленой от растительности, а доисторические африканцы из Сахары переняли практику молочного животноводства. Это было сделано на основании значений δ13C и Δ13C основных алкановых кислот молочного жира, выявленных в гончарных изделиях.². Аналогичные анализы предоставили самое раннее прямое доказательство переработки и потребления молочных продуктов скотоводческими неолитическими обществами в Восточной Африке.³ а в раннем железном веке на севере Китая⁴. 

В Южной Азии свидетельства одомашнивания восходят к 7 в.^th тысячелетие до нашей эры. К 4^th тысячелетии до нашей эры домашние животные, такие как крупный рогатый скот, буйволы, козы, овцы и т. д., присутствовали на различных участках долины Инда. Были предположения об использовании этих животных в пищу для производства молочных продуктов и мяса, но не было убедительных научных доказательств в поддержку этой точки зрения. Анализ стабильных изотопов липидного остатка, извлеченного из осколков керамики, собранных в поселениях долины Инда, является самым ранним прямым свидетельством переработки молочных продуктов в Южной Азии.⁵. В другом недавнем, более тщательном, систематическом исследовании остатков липидов из фрагментов горшков, собранных в нескольких местах долины Инда, исследователи попытались установить тип пищевых продуктов, используемых в сосудах. Изотопный анализ подтвердил использование животных жиров в сосудах. Ключевым научным открытием было преобладание нежвачных жиров в посуде для приготовления пищи.⁶ подразумевая, что нежвачные животные (такие как лошади, свиньи, домашняя птица, домашняя птица, кролик и т. Д.) Долго готовились в сосудах и употреблялись в пищу. Это противоречит давнему мнению (основанному на свидетельствах фауны) о том, что жвачные животные (такие как крупный рогатый скот, буйволы, олени, козы и т. д.) употреблялись в пищу людьми долины Инда.  

Отсутствие местных современных эталонных жиров и возможность смешивания продуктов растительного и животного происхождения являются ограничениями данного исследования. Чтобы преодолеть возможные эффекты, возникающие в результате смешивания продуктов растительного и животного происхождения, а также для целостного представления, анализ зерен крахмала был включен в анализ остатков липидов. Это способствовало приготовлению растений, злаков, бобовых и т. д. в сосуде. Это помогает преодолеть некоторые ограничения⁷. 

Ссылки:  

1. Дадд С.Н. и др. 1999. Доказательства различных моделей использования продуктов животного происхождения в различных доисторических гончарных традициях на основе липидов, сохранившихся на поверхности и абсорбированных остатках. Журнал археологических наук. Том 26, выпуск 12, декабрь 1999 г., страницы 1473-1482. DOI: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. et al. Первое молочное производство в зеленой Африке Сахары в пятом тысячелетии до нашей эры. Природа 486, 390–394 (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Грилло КМ и др. al 2020. Молекулярные и изотопные данные о молоке, мясе и растениях в доисторических пищевых системах пастухов восточной Африки. ПНАС. 117 (18) 9793-9799. Опубликовано 13 апреля 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. Хан Б., и др. 2021. Анализ остатков липидов в керамических сосудах из городища Людзява в Руи (ранний железный век, север Китая). Журнал четвертичных наук (2022) 37 (1) 114–122. DOI: https://doi.org/10.1002/jqs.3377 

5. Чакраборти, К.С., Слейтер, Г.Ф., Миллер, Х.М.Л. и другие. Специфический изотопный анализ остатков липидов дает самое раннее прямое свидетельство переработки молочных продуктов в Южной Азии. Научный представитель 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Сурьянараян А., и др. 2021. Остатки липидов в глиняной посуде цивилизации Инда на северо-западе Индии. Журнал археологических наук. Том 125, 2021,105291, XNUMX. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. Гарсия-Гранеро Хуан Хосе, и др. 2022. Интеграция анализов липидов и крахмальных зерен из гончарных сосудов для изучения доисторических способов питания в Северном Гуджарате, Индия. Границы экологии и эволюции, 16 марта 2022 г. Сек. Палеонтология. DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

Библиография  

1. Ирто А., и др. 2022. Липиды в археологической керамике: обзор методов их отбора проб и извлечения. Молекулы 2022, 27(11), 3451; DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Сурьянараян, А. 2020. Что готовится в цивилизации Инда? Исследование пищи Инда с помощью анализа остатков липидов в керамике (докторская диссертация). Кембриджский университет. DOI: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Сурьянараян, А. 2021. Лекция - Остатки липидов в керамике цивилизации Инда. Можно купить в https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo