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 мест прошлого столетия предоставили много информации о культуре и обычаях древних людей. Однако понимание диеты и методов существования, преобладавших в древних доисторических обществах, не имеющих письменных источников, раньше было непростой задачей, поскольку из-за почти полной естественной деградации осталось не так уж много того, что составляло «пищу». питание и биомолекулы. За последние два десятилетия стандартные химические методы хроматографии и специфический анализ соотношения стабильных изотопов углерода получили широкое распространение в археологических исследованиях, что позволило исследователям точно определить источники липидов. В результате стало возможным исследовать диету и методы существования, используя молекулярный и изотопный анализ поглощенных пищевых остатков на основе значений δ13C и Δ13C.  

Растения являются основными производителями продуктов питания. 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 C3. Они составляют основу питание человечества. С другой стороны, растения C4 (такие как кукуруза, сахарный тростник, просо и сорго) используют фотосинтез C4 для фиксации углерода.  

Carbon has two stable isotopes, C-12 and C-13 (the third isotope C-14, is unstable hence radioactive and is used for dating органический archaeological finds). Of the two stable isotopes, the lighter C-12 is preferentially taken up in photosynthesis. Photosynthesis is not universal; it favours fixation of C-12. Further, C3 plants take up lighter C-12 isotope more than C4 plants do. Both C3 and C4 plants discriminate against heavier C-13 isotope but C4 plants do not discriminate as heavily as C3 plants. Put conversely, in photosynthesis, both C3 and C4 plants favour C-12 isotope over C-13 but C3 plants favours C-12 more than C4 plants. This results in differences in ratio of stable isotopes of carbon in C3 and C4 plants and in animals that feed on C3 and C4 plants. An animal fed on C3 plants will have more of lighter isotopes than an animal fed on C4 plants meaning a lipid molecule with lighter isotope ratio is more likely to have originated from an animal fed on C3 plants. This is the conceptual basis of compound specific isotope analysis of lipid (or any other biomolecule for that matter) that helps in identifying sources of lipid residues in the pottery. In a nutshell, C3 and C4 plants have different carbon isotopic ratios. The δ13C value for C3 plants is lighter between −30 and −23‰ while for C4 plants this value is between −14 and −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., обитали в различных местах долины Инда. Были предложения об использовании этих животных в пищу для молочных и мясных продуктов, но убедительных научных доказательств, подтверждающих эту точку зрения, не было. Анализ стабильных изотопов липидного остатка, выделенного из керамических фрагментов, собранных из Долина Инда поселения являются самыми ранними прямыми свидетельствами 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