2 Analyse isotopique
Des chercheurs tels que Michael DeNiro, Margaret Schoeninger, Stanley Ambrose et d’autres ont d’abord introduit l’analyse des isotopes stables légers en anthropologie à la fin des années 1970 et au début des années 1980 comme moyen de reconstituer le régime alimentaire dans les restes humains archéologiques. Des études d’alimentation contrôlée sur des rats (Ambrose et Norr, 1993 ; Jim et al., 2004), du bétail (Tieszen et al., 1983 ; Warinner et Tuross, 2009) et des volontaires humains (Fuller et al., 2004) ont permis aux bioarchéologues d’estimer directement la signature isotopique des principales classes de ressources alimentaires composant les régimes individuels. Plutôt que de supplanter les preuves indirectes du régime alimentaire telles que le pollen et les restes macrobotaniques, les assemblages de faune et les ustensiles de cuisine en céramique, la caractérisation des isotopes stables du carbone (δ13C) et de l’azote (δ15N) dans les substrats de tissus durs a permis aux bioarchéologues de situer plus directement les peuples anciens dans les réseaux alimentaires locaux (Schoeninger, 2014 ; Schwarcz et Schoeninger, 2012). Elle a également permis aux chercheurs de mieux caractériser les réseaux d’échange régionaux et à longue distance et de documenter la propagation des changements de subsistance à travers le temps et l’espace (Hastorf, 1990 ; Lightfoot et al., 2012 ; Tykot et Staller, 2002).
Cette dernière application a été renforcée par l’introduction en anthropologie de l’analyse des isotopes stables de l’oxygène (δ18O) au cours de la même période. L’incorporation de l’analyse des isotopes lourds, notamment du strontium radiogénique (87Sr/86Sr) et du plomb (206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb) quelques années plus tard a également fait progresser ces recherches (Gale et Stos-Gale, 1989 ; Price et al., 1994). Ces paramètres isotopiques supplémentaires ont permis aux chercheurs d’estimer les régions géologiques et les climats où vivaient les individus à différents moments de leur vie (Sealy et al., 1995). Ce faisant, les bioarchéologues peuvent mieux interpréter les variations alimentaires au sein des individus et des séries de squelettes (Richards et al., 2003), reconstituer les mouvements des troupeaux de bétail domestiqué (Oelze et al., 2011 ; Szpak et al., 2016) et mieux comprendre les mouvements des personnes et des biens dans les anciens systèmes d’échange (Toyne et al., 2014 ; White et al., 2004 ; Wright, 2012). Cette recherche n’a pas avancé sans critiques et débats importants, mais ces défis ont encouragé les chercheurs à aborder des questions plus spécifiques sur les conditions environnementales, la préservation et les complexités de l’acheminement des isotopes pendant la formation des tissus (Lee-Thorp, 2008 ; Sillen et al., 1989 ; Szostek, 2009).
De multiples études ont abordé les effets de la pathologie systématique sur les valeurs isotopiques dans les tissus squelettiques, avec des implications pour la paléopathologie. Un excellent exemple de cette perspective est la revue critique de Reitsema (2013) sur la recherche isotopique en biologie humaine, biomédecine, primatologie et domaines connexes, où les valeurs δ13C et δ15N des tissus sont utilisées pour déduire des processus métaboliques altérés liés à la maladie et à la malnutrition. Un récent numéro spécial de Bioarchaeology International approfondit cette discussion sur » une nouvelle frontière ‘santé’ dans la recherche isotopique » (Reitsema et Holder, 2018 : 63), tout comme le récent atelier international » Paleodiet meets Paleopathology » destiné à » introduire officiellement » les deux disciplines (López-Costas et al., 2015).
La recherche expérimentale a également contribué de manière significative à la combinaison des isotopes et de la paléopathologie. Par exemple, une étude d’alimentation contrôlée chez le rat (Robertson et al., 2014) indique qu’un appauvrissement combiné en carbonate apatite osseuse δ13C et un enrichissement en collagène osseux δ15N peuvent refléter le catabolisme de la graisse corporelle et des tissus maigres provoqué par une malnutrition sévère ou prolongée en macronutriments.
Ces résultats font écho à des études similaires de δ15N chez les oiseaux (Hobson et al., 1993) et une variété d’autres animaux. Ils correspondent également aux travaux de Fuller et ses collègues (2005) démontrant une augmentation des valeurs de δ15N chez les femmes enceintes subissant un stress nutritionnel associé à l’hyperemesis gravidarum (maladie grave de la grossesse), et aux travaux de Katzenberg et Lovell (1999) sur des individus modernes connus pour être morts de maladies de dépérissement. Une entreprise future fascinante identifiée par Britton (2017) est l’application de l’analyse isotopique pour étudier plus précisément l’évolution et la variation du microbiome humain grâce à son potentiel unique pour reconstruire l’écologie culturelle humaine dans l’antiquité.
Un domaine de recherche où les rapports isotopiques ont longtemps été utilisés pour déduire les modèles de stress physiologique concerne l’allaitement, la supplémentation et le sevrage chez les nourrissons et les jeunes enfants. Les restes de nourrissons et de jeunes subadultes présentent des valeurs de δ15N et δ18O enrichies de 1-3‰ par rapport aux tissus des subadultes plus âgés et des adultes (Bocherens et Drucker, 2003 ; Jenkins et al., 2001). Cela reflète la consommation de lait maternel par les subadultes ; les nourrissons qui sont exclusivement allaités sont par essence des carnivores apex, incorporant les ratios isotopiques de leurs tissus maternels et de leur eau corporelle. À l’âge postnatal d’environ six mois, les nourrissons ont besoin de sources alimentaires supplémentaires et reçoivent d’autres aliments et liquides, bien qu’ils puissent continuer à consommer du lait maternel pendant des mois ou des années. L’introduction d’aliments supplémentaires et l’arrêt éventuel de l’allaitement maternel entraînent souvent des modifications du δ13C et des diminutions du δ15N des tissus, le régime alimentaire se rapprochant de celui des enfants plus âgés (Turner et al., 2017) et/ou des adultes (Balasse et al., 2001 ; Katzenberg, 1993 ; Katzenberg et al., 1996). De même, les changements dans la consommation d’eau liés à la supplémentation avec des liquides autres que le lait maternel, et l’arrêt éventuel de la consommation de lait maternel, peuvent entraîner une diminution du δ18O des tissus (Wright et Schwarcz, 1998, 1999). Il est important de noter que le fait que l’émail dentaire et la dentine primaire sont métaboliquement inertes après la formation de la couronne signifie que les tendances du sevrage peuvent être étudiées chez les individus indépendamment de leur âge au moment du décès.
Les régimes alimentaires du nourrisson et du sevré sont largement reconnus comme des variables d’importance critique dans les résultats de santé à court et à long terme (Oddy, 2002), tandis que le moment de la supplémentation et de l’arrêt de l’allaitement maternel et la composition des aliments de sevrage sont également des variables pertinentes à travers les cultures humaines (McDade et Worthman, 1998). Les transitions du début de la vie peuvent engendrer un stress biologique important chez les nourrissons en raison de l’évolution de leur régime alimentaire ; leur système immunitaire en développement doit faire face à un afflux de microbes dans de nouveaux aliments et liquides et ils ne bénéficient plus de l’immunité passive une fois qu’ils sont sevrés du lait maternel. Les études isotopiques des populations archéologiques ont démontré des changements dans δ13C et δ 15N qui ont permis aux chercheurs d’estimer le moment et la nature des aliments supplémentaires introduits (Dupras et Tocheri, 2007 ; Herring et al., 1998 ; Katzenberg et al, 1996 ; Schurr, 1997).
Cependant, une contribution significative de l’analyse isotopique dans l’estimation du moment de la supplémentation et du sevrage réside dans son absence d’association claire entre les changements des ratios isotopiques du collagène osseux ou dentinaire et l’apparition de LEH dans l’émail des dents permanentes. En substance, les processus distincts de la supplémentation et du sevrage sont variables et peuvent ne pas avoir d’effets négatifs sur la santé du nourrisson et de l’enfant (Katzenberg et al., 1996). Plus récemment, Garland et al. (2018) ont mené une analyse intégrée des microdéfauts de l’émail et du collagène dentinaire incrémentiel δ13C et δ15N chez des individus de la période coloniale espagnole de la Géorgie côtière. Leurs résultats indiquent une association entre les défauts de l’émail, la diminution du δ15N et la légère augmentation du δ13C de 2,5 à 4,5 ans, que les auteurs attribuent au stress du sevrage et à la dépendance au maïs et aux aliments marins. Aux Pays-Bas, Waters-Rist et Hoogland (2018) ont trouvé des associations significatives entre le δ13C et le δ15N du collagène et les signes squelettiques du rachitisme chez les individus décédés avant l’âge de 7 ans, mais pas chez ceux décédés plus tard, ce qui suggère un rôle alimentaire important dans la petite enfance et l’enfance précoce pour la formation du rachitisme. Ces études soulignent le potentiel des études isotopiques et paléopathologiques appariées pour explorer la nature variable des stress associés aux processus du début de la vie dans différents contextes culturels et temporels, et les effets potentiels en aval de ces processus au cours de la vie.
La discussion précédente souligne brièvement l’importante contribution des analyses d’isotopes légers et lourds aux études de paléopathologie. Cette contribution est d’autant plus pertinente dans les contextes culturels où les documents écrits sont rares, peu fiables ou inexistants, où les mouvements et les échanges entre régions étaient courants, où les écologies locales de subsistance et de maladie sont très variables, et où les sociétés étaient très complexes. Les Andes centrales répondent à tous ces critères, ce qui signifie que l’interprétation de la santé, du stress et du bien-être dans l’Antiquité andine repose sur des évaluations indépendantes du régime alimentaire et de la provenance géologique et écologique. En utilisant une approche de méta-données pour examiner les recherches passées, nous fournissons une exploration détaillée des tendances de publication dans la bioarchéologie des Andes centrales, en nous concentrant sur la caractérisation des rapports isotopiques dans les tissus humains archéologiques. En discutant les résultats de cette analyse, nous mettons également en évidence les études isotopiques qui ont explicitement examiné les relations entre les rapports isotopiques et les conditions pathologiques. Enfin, nous utilisons cette perspective comme un tremplin pour non seulement évaluer l’impact des analyses isotopiques dans la bioarchéologie des Andes centrales, mais aussi faire des recommandations sur la façon dont les études futures pourraient être encadrées pour des applications en paléopathologie.