2 Isotooppianalyysi
Tutkijat, kuten Michael DeNiro, Margaret Schoeninger, Stanley Ambrose ja muut, toivat kevyen stabiilin isotooppianalyysin ensimmäistä kertaa antropologiaan 1970-luvun lopulla ja 1980-luvun alussa keinona rekonstruoida arkeologisten ihmisjäännösten ruokavalio. Rotilla (Ambrose ja Norr, 1993; Jim ym., 2004), karjalla (Tieszen ym., 1983; Warinner ja Tuross, 2009) ja vapaaehtoisilla ihmisillä (Fuller ym., 2004) tehdyt kontrolloidut ruokintatutkimukset loivat perustan, jonka pohjalta bioarkeologit pystyivät suoraan arvioimaan yksittäisten ruokavaliot muodostavien tärkeimpien ravintoresurssiluokkien isotooppipiirteitä. Kovien kudossubstraattien stabiilien hiili- (δ13C) ja typpi- (δ15N) isotooppien karakterisointi on antanut bioarkeologeille mahdollisuuden sijoittaa muinaiset kansat paikallisiin ravintoverkkoihin suoremmin sen sijaan, että se olisi syrjäyttänyt epäsuorat todisteet ruokavaliosta, kuten siitepöly- ja makrobotaaniset jäännökset, eläinkunnan kokoelmat ja keraamiset keittoastiat, sen sijaan, että se olisi korvannut ne (Schoeninger, 2014; Schwarcz ja Schoeninger, 2012). Sen avulla tutkijat ovat myös voineet paremmin luonnehtia alueellisia ja pitkän matkan vaihtoverkostoja ja dokumentoida toimeentulomuutosten leviämistä ajassa ja paikassa (Hastorf, 1990; Lightfoot ym., 2012; Tykot ja Staller, 2002).
Tätä jälkimmäistä sovelluskohtaa vahvisti vakaan hapen (δ18O) isotooppianalyysin tulo antropologian piiriin samalla ajanjaksolla. Raskaiden isotooppien eli radiogeenisen strontiumin (87Sr/86Sr) ja lyijyn (206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb) analyysin käyttöönotto muutamaa vuotta myöhemmin edisti myös näitä tutkimuksia (Gale ja Stos-Gale, 1989; Price et al., 1994). Näiden isotooppisten lisäparametrien avulla tutkijat pystyivät arvioimaan geologisia alueita ja ilmastoja, joilla yksilöt elivät elämänsä eri vaiheissa (Sealy et al., 1995). Näin bioarkeologit voivat paremmin tulkita ruokavalion vaihtelua yksilöiden ja luurankosarjojen sisällä (Richards ym., 2003), rekonstruoida kesytetyn karjan laumaliikkeitä (Oelze ym., 2011; Szpak ym., 2016) ja ymmärtää paremmin ihmisten ja tavaroiden liikkeitä muinaisissa vaihtojärjestelmissä (Toyne ym., 2014; White ym., 2004; Wright, 2012). Tämä tutkimus ei ole edennyt ilman merkittävää kritiikkiä ja keskustelua, mutta nämä haasteet ovat rohkaisseet tutkijoita käsittelemään erityisempiä kysymyksiä ympäristöolosuhteista, säilyvyydestä ja isotooppien kulkeutumisen monimutkaisuudesta kudosten muodostumisen aikana (Lee-Thorp, 2008; Sillen ym., 1989; Szostek, 2009).
Monissa tutkimuksissa on lähestytty systemaattisen patologian vaikutuksia luurankokudosten isotooppiarvoihin, millä on vaikutuksia paleopatologiaan. Erinomainen esimerkki tästä näkökulmasta on Reitseman (2013) kriittinen katsaus isotooppitutkimukseen ihmisen biologiassa, biolääketieteessä, primatologiassa ja niihin liittyvillä aloilla, jossa kudosten δ13C- ja δ15N-arvoja käytetään päättelemään sairauksiin ja aliravitsemukseen liittyviä muuttuneita aineenvaihduntaprosesseja. Bioarchaeology International -lehden hiljattain ilmestynyt erikoisnumero edistää tätä keskustelua ”isotooppitutkimuksen uudesta ”terveysrajasta”” (Reitsema ja Holder, 2018: 63), samoin kuin hiljattain järjestetty kansainvälinen seminaari ”Paleodiet meets Paleopathology”, jonka tarkoituksena oli ”virallisesti esitellä” nämä kaksi tieteenalaa toisilleen (López-Costas et al., 2015).
Kokeellinen tutkimus on myös vaikuttanut merkittävästi isotooppitutkimuksen ja isotooppitutkimuksen yhdistämiseen. Esimerkiksi rotilla tehty kontrolloitu ruokintatutkimus (Robertson ym., 2014) osoittaa, että luun karbonaattiapatiitin δ13C:n yhdistetty köyhtyminen ja luun kollageenin δ15N:n rikastuminen voivat kuvastaa vakavan tai pitkäaikaisen makroravintoaineiden aliravitsemuksen aiheuttamaa kehon rasvan ja vähärasvaisten kudosten kataboliaa.
Nämä havainnot vastaavat samankaltaisia tutkimuksia, jotka on tehty linnuilla δ15N:n osalta (Hobson ym., 1993) ja monilla muilla eläimillä. Ne vastaavat myös Fullerin ja kollegoiden (2005) työtä, jossa osoitettiin kohonneita δ15N-arvoja raskaana olevilla naisilla, jotka kärsivät hyperemesis gravidarumiin (vakava raskauspahoinvointi) liittyvästä ravitsemuksellisesta stressistä, sekä Katzenbergin ja Lovellin (1999) työtä, jossa tutkittiin nykyaikaisia yksilöitä, joiden tiedetään kuolleen kuihtumissairauksiin. Brittonin (2017) mainitsema kiehtova tulevaisuuden pyrkimys on isotooppianalyysin soveltaminen ihmisen mikrobiomin evoluution ja vaihtelun tarkempaan tutkimiseen sen ainutlaatuisen potentiaalin avulla, jonka avulla voidaan rekonstruoida ihmisen kulttuuriekonologiaa antiikin ajalta.
Yksi tutkimusalue, jolla isotooppisuhteita on jo pitkään käytetty fysiologisen stressin mallien päättelyyn, liittyy imeväisten ja pienten lasten rintaruokintaan, lisäravinteiden antamiseen ja vieroittamiseen. Imeväisikäisten ja nuorten subadulttien jäännöksissä δ15N- ja δ18O-arvot ovat 1-3‰ rikastuneet suhteessa vanhempien subadulttien ja aikuisten kudoksiin (Bocherens ja Drucker, 2003; Jenkins ym., 2001). Tämä kuvastaa subadulttien äidinmaidon kulutusta; yksinomaan imettävät pikkulapset ovat pohjimmiltaan kärkikarnivoreja, jotka sisällyttävät isotooppisuhteita äidin kudoksista ja ruumiinvedestä. Noin kuuden kuukauden iässä syntymän jälkeen pikkulapset tarvitsevat lisäruokaa, ja niitä täydennetään muulla ruoalla ja nesteillä, vaikka ne saattavat jatkaa äidinmaidon käyttöä kuukausien tai vuosien ajan. Lisäruokien käyttöönotto ja mahdollinen imetyksen lopettaminen johtavat usein kudosten δ13C:n muutoksiin ja kudosten δ15N:n vähenemiseen, kun ruokavalio muuttuu enemmän vanhempien lasten (Turner ym., 2017) ja/tai aikuisten (Balasse ym., 2001; Katzenberg, 1993; Katzenberg ym., 1996) ruokavalion kaltaiseksi. Samoin muutokset vedenkulutuksessa, jotka liittyvät muiden nesteiden kuin äidinmaidon lisäämiseen ja lopulta äidinmaidon käytön lopettamiseen, voivat johtaa kudoksen δ18O:n vähenemiseen (Wright ja Schwarcz, 1998, 1999). Tärkeää on, että se, että hammaskiille ja primäärinen dentiini ovat metabolisesti inerttejä kruunun muodostumisen jälkeen, tarkoittaa sitä, että vieroitussuuntauksia voidaan tutkia yksilöillä riippumatta heidän iästään kuolemishetkellä.
Imeväisten ja vieroitettujen lasten ruokavalio tunnustetaan laajalti kriittisesti tärkeiksi muuttujiksi lyhyen ja pitkän aikavälin terveystulosten kannalta (Oddy, 2002), kun taas imetyksen lisäämisen ja lopettamisen ajankohta sekä vieroitusruokavalioiden koostumus ovat myös merkityksellisiä muuttujia eri ihmiskulttuureissa (McDade ja Worthman, 1998). Varhaiselämän siirtymävaiheet voivat aiheuttaa imeväisille merkittävää biologista stressiä, kun heidän ruokavalionsa kehittyy; heidän kehittyvän immuunijärjestelmänsä on selviydyttävä uusissa elintarvikkeissa ja nesteissä olevien mikrobien tulvasta, eivätkä he enää hyödy passiivisesta immuniteetista, kun heidät on vieroitettu äidinmaidosta. Arkeologisten populaatioiden isotooppitutkimukset ovat osoittaneet δ13C:n ja δ 15N:n muutoksia, joiden avulla tutkijat ovat voineet arvioida käyttöön otettujen lisäravintovalmisteiden ajankohtaa ja luonnetta (Dupras ja Tocheri, 2007; Herring ym., 1998; Katzenberg ym, 1996; Schurr, 1997).
Yksi isotooppianalyysin merkittävä panos lisäravinteiden antamisen ja vieroituksen ajoituksen arvioinnissa on kuitenkin se, että sillä ei ole selkeää yhteyttä luun tai dentiinin kollageenin isotooppisuhteiden muutosten ja LEH:n esiintymisen välillä pysyvässä hammaskiilteessä. Pohjimmiltaan lisäravinteen antamisen ja vieroituksen erilliset prosessit ovat vaihtelevia, eikä niillä välttämättä ole haitallisia vaikutuksia imeväisten ja lasten terveyteen (Katzenberg ym., 1996). Hiljattain Garland ym. (2018) tekivät integroidun analyysin kiilteen mikrodefekteistä ja dentiinikollageenin δ13C:n ja δ15N:n inkrementaalisesta lisääntymisestä Espanjan siirtomaa-aikana Georgian rannikkoseudulla eläneiden henkilöiden keskuudessa. Heidän tuloksensa osoittavat yhteyden kiilteen vikojen, vähenevän δ15N:n ja hieman kasvavan δ13C:n välillä 2,5-4,5 vuoden iässä, minkä kirjoittajat selittävät vieroituksen aiheuttamalla stressillä ja riippuvuudella maissista ja merellisistä elintarvikkeista. Alankomaissa Waters-Rist ja Hoogland (2018) havaitsivat merkittäviä yhteyksiä kollageenin δ13C:n ja δ15N:n ja riisitautien luuston merkkien välillä henkilöillä, jotka kuolivat ennen 7 vuoden ikää, mutta eivät henkilöillä, jotka kuolivat myöhemmällä iällä, mikä viittaa siihen, että ravinnolla on tärkeä rooli imeväis- ja varhaislapsuudessa riisitautien muodostumisessa. Nämä tutkimukset korostavat parittaisten isotooppi- ja paleopatologisten tutkimusten mahdollisuuksia tutkia varhaiselämän prosesseihin liittyvien rasitusten vaihtelevaa luonnetta erilaisissa kulttuurisissa ja ajallisissa yhteyksissä sekä näiden prosessien mahdollisia myöhempiä vaikutuksia koko eliniän ajan.
Edellisessä keskustelussa korostetaan lyhyesti sitä, miten tärkeä panos kevyiden ja raskaiden isotooppien analyyseillä voidaan antaa paleopatologian tutkimukseen. Tämä panos on sitäkin merkityksellisempi kulttuurisissa yhteyksissä, joissa kirjalliset merkinnät ovat niukkoja, epäluotettavia tai niitä ei ole lainkaan, joissa liikkuminen ja vaihto alueiden välillä oli yleistä, joissa paikallinen toimeentulo ja tauti-ekologia vaihtelivat suuresti ja yhteiskunnat olivat hyvin monimutkaisia. Keski-Andeilla täyttyvät kaikki nämä kriteerit, mikä tarkoittaa, että terveyden, stressin ja hyvinvoinnin tulkinta Andien muinaisuudessa perustuu ruokavalion ja sekä geologisen että ekologisen alkuperän riippumattomiin arvioihin. Käyttämällä metatietoihin perustuvaa lähestymistapaa aiempien tutkimusten tarkasteluun tarjoamme yksityiskohtaisen selvityksen Keski-Andien bioarkeologian julkaisusuunnista, jossa keskitytään arkeologisten ihmiskudosten isotooppisuhteiden karakterisointiin. Keskustellessamme tämän analyysin tuloksista tuomme esiin myös isotooppitutkimuksia, joissa on nimenomaisesti tutkittu isotooppisuhteiden ja patologisten tilojen välisiä suhteita. Lopuksi käytämme tätä näkökulmaa ponnahduslautana paitsi arvioidaksemme isotooppianalyysien vaikutusta Keski-Andien bioarkeologiassa, myös antaaksemme suosituksia siitä, miten tulevia tutkimuksia voitaisiin muotoilla paleopatologian sovelluksia varten.