2 Izotopová analýza
Výzkumníci jako Michael DeNiro, Margaret Schoeningerová, Stanley Ambrose a další poprvé zavedli analýzu lehkých stabilních izotopů do antropologie na přelomu 70. a 80. let 20. století jako způsob rekonstrukce stravy u archeologických lidských ostatků. Kontrolované studie krmení krys (Ambrose a Norr, 1993; Jim et al., 2004), hospodářských zvířat (Tieszen et al., 1983; Warinner a Tuross, 2009) a lidských dobrovolníků (Fuller et al., 2004) vybudovaly základ, na němž bioarcheologové dokázali přímo odhadnout izotopovou signaturu hlavních tříd potravinových zdrojů, které tvořily jednotlivé diety. Charakterizace stabilních izotopů uhlíku (δ13C) a dusíku (δ15N) v tvrdých tkáňových substrátech umožnila bioarcheologům spíše než nahrazení nepřímých důkazů o stravě, jako jsou pylové a makrobotanické pozůstatky, faunistické soubory a keramické nádobí, přímou lokalizaci dávných lidí v rámci místních potravních sítí (Schoeninger, 2014; Schwarcz a Schoeninger, 2012). Umožnila také badatelům lépe charakterizovat regionální a dálkové výměnné sítě a dokumentovat šíření změn v subsistenci v čase a prostoru (Hastorf, 1990; Lightfoot et al., 2012; Tykot a Staller, 2002).
Toto poslední využití bylo posíleno zavedením analýzy stabilních izotopů kyslíku (δ18O) do antropologie ve stejném časovém období. Začlenění analýzy těžkých izotopů, konkrétně radiogenního stroncia (87Sr/86Sr) a olova (206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb) o několik let později rovněž posunulo tato zkoumání (Gale a Stos-Gale, 1989; Price et al., 1994). Tyto dodatečné izotopové parametry umožnily vědcům odhadnout geologické oblasti a podnebí, v nichž jedinci žili v různých obdobích svého života (Sealy et al., 1995). Bioarcheologové tak mohou lépe interpretovat rozdíly ve stravování v rámci jedinců a kosterních řad (Richards et al., 2003), rekonstruovat pohyby stád domestikovaných hospodářských zvířat (Oelze et al., 2011; Szpak et al., 2016) a lépe porozumět pohybům lidí a zboží v rámci starověkých směnných systémů (Toyne et al., 2014; White et al., 2004; Wright, 2012). Tento výzkum se neobešel bez značné kritiky a diskusí, ale tyto výzvy podnítily badatele, aby se zabývali specifičtějšími otázkami podmínek prostředí, konzervace a složitostí směrování izotopů během tvorby tkání (Lee-Thorp, 2008; Sillen et al., 1989; Szostek, 2009).
Více studií se zabývalo vlivem systematické patologie na hodnoty izotopů v kosterních tkáních s důsledky pro paleopatologii. Vynikajícím příkladem tohoto pohledu je Reitsema (2013), kritický přehled izotopového výzkumu v biologii člověka, biomedicíně, primatologii a příbuzných oborech, kde se hodnoty δ13C a δ15N tkání používají k odvození změněných metabolických procesů souvisejících s nemocemi a podvýživou. Nedávné zvláštní číslo časopisu Bioarchaeology International rozvíjí tuto diskusi o „nové ‚zdravotní‘ hranici v izotopovém výzkumu“ (Reitsema a Holder, 2018: 63), stejně jako nedávný mezinárodní workshop „Paleodiet meets Paleopathology“, jehož cílem bylo „oficiálně představit“ tyto dva obory (López-Costas et al., 2015).
K propojení izotopů a paleopatologie významně přispěl také experimentální výzkum. Například studie kontrolovaného krmení potkanů (Robertson et al., 2014) naznačuje, že kombinovaný úbytek kostního karbonátového apatitu δ13C a obohacení kostního kolagenu δ15N může odrážet katabolismus tělesného tuku a chudých tkání vyvolaný těžkou nebo dlouhodobou podvýživou makronutrienty.
Tato zjištění jsou ozvěnou podobných studií δ15N u ptáků (Hobson et al., 1993) a řady dalších zvířat. Korespondují také s prací Fullera a jeho kolegů (2005), kteří prokázali zvýšené hodnoty δ15N u těhotných žen, které zažívají nutriční stres spojený s hyperemesis gravidarum (těžkou těhotenskou nevolností), a s prací Katzenberga a Lovella (1999) na moderních jedincích, o nichž je známo, že zemřeli na nemoci z chřadnutí. Fascinujícím budoucím počinem, který označil Britton (2017), je použití izotopové analýzy k přesnějšímu zkoumání evoluce a variability lidského mikrobiomu díky jejímu jedinečnému potenciálu pro rekonstrukci lidské kulturní ekologie ve starověku.
Jedna z oblastí výzkumu, kde se izotopové poměry již dlouho používají k odvození vzorců fyziologického stresu, se týká kojení, přikrmování a odstavování kojenců a malých dětí. Pozůstatky kojenců a mladých subadultů vykazují hodnoty δ15N a δ18O obohacené o 1-3 ‰ oproti tkáním starších subadultů a dospělých (Bocherens a Drucker, 2003; Jenkins et al., 2001). To odráží konzumaci mateřského mléka subadultními jedinci; mláďata, která jsou výhradně kojena, jsou v podstatě vrcholoví masožravci, kteří do svých tkání a tělesné vody zahrnují izotopové poměry z mateřských tkání. Zhruba v šesti měsících postnatálního věku vyžadují mláďata další zdroje potravy a jsou doplňována jinou potravou a tekutinami, ačkoli mohou pokračovat v konzumaci mateřského mléka po několik měsíců nebo let. Zavedení příkrmů a případné ukončení kojení často vede ke změnám tkáňového δ13C a poklesu tkáňového δ15N, protože strava se více podobá stravě starších dětí (Turner et al., 2017) a/nebo dospělých (Balasse et al., 2001; Katzenberg, 1993; Katzenberg et al., 1996). Podobně změny v konzumaci vody související s přikrmováním jinými tekutinami než mateřským mlékem a případné ukončení konzumace mateřského mléka mohou vést ke snížení tkáňového δ18O (Wright a Schwarcz, 1998, 1999). Důležité je, že skutečnost, že zubní sklovina a primární dentin jsou po vytvoření korunky metabolicky inertní, znamená, že trendy odstavování lze studovat u jedinců bez ohledu na jejich věk při úmrtí.
Strava kojenců a odstavených dětí je všeobecně uznávána jako kriticky důležitá proměnná pro krátkodobé a dlouhodobé zdravotní výsledky (Oddy, 2002), zatímco načasování přikrmování a ukončení kojení a složení stravy při odstavování jsou také relevantní proměnné napříč lidskými kulturami (McDade a Worthman, 1998). Přechody v raném věku mohou u kojenců vyvolat značný biologický stres, protože jejich strava se vyvíjí; jejich vyvíjející se imunitní systém se musí vyrovnat s přílivem mikrobů v nových potravinách a tekutinách a po odstavení od mateřského mléka již nemají prospěch z pasivní imunity. Izotopové studie archeologických populací prokázaly posuny v δ13C a δ 15N, které vědcům umožnily odhadnout dobu a povahu zavedených příkrmů (Dupras a Tocheri, 2007; Herring et al., 1998; Katzenberg et al., 1996; Schurr, 1997).
Jedním z významných přínosů izotopové analýzy při odhadu načasování příkrmu a odstavení je však absence jasné souvislosti mezi změnami poměrů izotopů z kostního nebo dentinového kolagenu a výskytem LEH ve sklovině stálých zubů. Oddělené procesy přikrmování a odstavování jsou v podstatě proměnlivé a nemusí mít nepříznivý vliv na zdraví kojenců a dětí (Katzenberg et al., 1996). Nedávno Garland et al. (2018) provedli integrovanou analýzu mikrodefektů skloviny a přírůstků dentinového kolagenu δ13C a δ15N u jedinců ze španělského koloniálního období v pobřežní Georgii. Jejich výsledky naznačují souvislost mezi defekty skloviny, klesajícím δ15N a mírně rostoucím δ13C od 2,5 do 4,5 let věku, což autoři přičítají stresu z odstavení a závislosti na kukuřici a mořské stravě. V Nizozemsku Waters-Rist a Hoogland (2018) zjistili významné souvislosti mezi kolagenním δ13C a δ15N a kosterními příznaky křivice u jedinců, kteří zemřeli do 7 let věku, ale ne u těch, kteří zemřeli později, což naznačuje důležitou roli stravy v kojeneckém a raném dětství pro vznik křivice. Tyto studie podtrhují potenciál párových izotopových a paleopatologických studií pro zkoumání proměnlivé povahy stresů spojených s procesy v raném věku v různých kulturních a časových kontextech a potenciálních následných účinků těchto procesů v průběhu života.
Předchozí diskuse stručně zdůrazňuje důležitý přínos, který mohou mít analýzy lehkých a těžkých izotopů pro studium paleopatologie. Tento přínos je o to významnější v kulturních kontextech, kde jsou písemné záznamy řídké, nespolehlivé nebo neexistují, kde byl běžný pohyb a výměna mezi regiony, kde je místní subsistence a ekologie nemocí značně variabilní a společnosti byly velmi komplexní. Střední Andy splňují všechna tato kritéria, což znamená, že interpretace zdraví, stresu a pohody v andském starověku závisí na nezávislém posouzení stravy a geologické i ekologické provenience. S využitím přístupu založeného na metaúdajích, který zkoumá dosavadní výzkum, předkládáme podrobný průzkum publikačních trendů v bioarcheologii Středních And, zaměřený na charakterizaci izotopových poměrů v archeologických lidských tkáních. Při diskusi o výsledcích této analýzy také upozorňujeme na izotopové studie, které explicitně zkoumaly vztahy mezi izotopovými poměry a patologickými stavy. Nakonec využíváme tuto perspektivu jako odrazový můstek nejen k posouzení dopadu izotopových analýz v bioarcheologii středních And, ale také k doporučením, jak by mohly být budoucí studie koncipovány pro aplikace v paleopatologii.
.