2 Isotopenanalyse
Onderzoekers zoals Michael DeNiro, Margaret Schoeninger, Stanley Ambrose en anderen introduceerden eind jaren zeventig en begin jaren tachtig voor het eerst licht stabiele isotopenanalyse in de antropologie als een manier om het dieet in archeologische menselijke resten te reconstrueren. Gecontroleerde voedingsstudies met ratten (Ambrose en Norr, 1993; Jim et al., 2004), vee (Tieszen et al., 1983; Warinner en Tuross, 2009), en menselijke vrijwilligers (Fuller et al., 2004) legden een basis waarop bio-archeologen de isotopische signatuur van belangrijke klassen van voedselbronnen waaruit individuele diëten bestonden, direct konden schatten. Het karakteriseren van stabiele koolstof- (δ13C) en stikstof- (δ15N) isotopen in harde weefselsubstraten heeft bioarcheologen in staat gesteld om oude volkeren directer te situeren binnen lokale voedselwebben (Schoeninger, 2014; Schwarcz en Schoeninger, 2012), in plaats van indirecte bewijzen van hun dieet zoals stuifmeel en macrobotanische resten, faunale assemblages en keramisch kookgerei te vervangen. Het heeft onderzoekers ook in staat gesteld om regionale en lange-afstandsuitwisselingsnetwerken beter te karakteriseren en de verspreiding van bestaansveranderingen over tijd en ruimte te documenteren (Hastorf, 1990; Lightfoot et al., 2012; Tykot en Staller, 2002).
Deze laatste toepassing werd versterkt door de introductie in de antropologie van stabiele zuurstof (δ18O) isotopenanalyse in dezelfde tijdsperiode. De integratie van de analyse van zware isotopen, namelijk van radiogeen strontium (87Sr/86Sr) en lood (206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb) enkele jaren later, heeft deze onderzoeken eveneens vooruitgeholpen (Gale en Stos-Gale, 1989; Price et al., 1994). Deze aanvullende isotopische parameters stelden onderzoekers in staat om de geologische regio’s en klimaten te schatten waar individuen op verschillende momenten in hun levensloop leefden (Sealy et al., 1995). Hierdoor kunnen bioarcheologen de dieetvariatie binnen individuen en skeletseries beter interpreteren (Richards et al., 2003), kuddebewegingen van gedomesticeerd vee reconstrueren (Oelze et al., 2011; Szpak et al., 2016), en de bewegingen van mensen en goederen in oude uitwisselingssystemen beter begrijpen (Toyne et al., 2014; White et al., 2004; Wright, 2012). Dit onderzoek is niet gevorderd zonder aanzienlijke kritiek en debat, maar deze uitdagingen hebben onderzoekers aangemoedigd om meer specifieke kwesties van milieu-omstandigheden, conservering, en de complexiteit van isotopenroutering tijdens weefselvorming aan te pakken (Lee-Thorp, 2008; Sillen et al., 1989; Szostek, 2009).
Meerdere studies hebben de effecten van systematische pathologie op isotopenwaarden in skeletweefsels benaderd, met implicaties voor paleopathologie. Een uitstekend voorbeeld van dit perspectief is Reitsema (2013) kritisch overzicht van isotopenonderzoek in de menselijke biologie, biogeneeskunde, primatologie, en aanverwante gebieden, waar weefsel δ13C en δ15N waarden worden gebruikt om veranderde metabole processen in verband met ziekte en ondervoeding af te leiden. Een recent speciaal nummer van Bioarchaeology International bevordert deze discussie over “een nieuwe ‘gezondheids’-grens in isotopenonderzoek” (Reitsema en Holder, 2018: 63), evenals de recente internationale workshop “Paleodieet meets Paleopathology” bedoeld om de twee disciplines “officieel te introduceren” (López-Costas et al., 2015).
Experimenteel onderzoek heeft ook aanzienlijk bijgedragen aan het combineren van isotopen en paleopathologie. Bijvoorbeeld, een gecontroleerde voedingsstudie bij ratten (Robertson et al., 2014) geeft aan dat een gecombineerde depletie in bot carbonaat apatiet δ13C en verrijking in bot collageen δ15N katabolisme van lichaamsvet en mager weefsel veroorzaakt door ernstige of langdurige macronutriënten ondervoeding kan weerspiegelen.
Deze bevindingen echoën soortgelijke studies van δ15N bij vogels (Hobson et al., 1993) en een verscheidenheid van andere dieren. Zij stemmen ook overeen met het werk van Fuller en collega’s (2005) die verhoogde δ15N waarden hebben aangetoond bij zwangere vrouwen die voedingsstress ondervinden in verband met hyperemesis gravidarum (ernstige zwangerschapsziekte), en het werk van Katzenberg en Lovell (1999) op moderne individuen waarvan bekend is dat zij aan slopende ziekten zijn gestorven. Een fascinerende toekomstige inspanning geïdentificeerd door Britton (2017) is de toepassing van isotopenanalyse om de evolutie van en variatie in het menselijke microbioom nauwkeuriger te onderzoeken door zijn unieke potentieel voor het reconstrueren van menselijke culturele ecologie in de oudheid.
Een onderzoeksgebied waar isotopenverhoudingen al lang worden gebruikt om patronen van fysiologische stress af te leiden, heeft betrekking op borstvoeding, suppletie, en spenen bij zuigelingen en jonge kinderen. De resten van zuigelingen en jonge subadulten vertonen δ15N en δ18O waarden die 1-3‰ verrijkt zijn ten opzichte van de weefsels van oudere subadulten en volwassenen (Bocherens en Drucker, 2003; Jenkins et al., 2001). Dit weerspiegelt de consumptie van moedermelk door subadulten; zuigelingen die uitsluitend borstvoeding krijgen zijn in wezen apex carnivoren, die isotopenverhoudingen uit hun moederweefsels en lichaamswater opnemen. Vanaf ongeveer zes maanden postnataal hebben zuigelingen behoefte aan extra voedselbronnen en worden zij aangevuld met andere voedingsmiddelen en vloeistoffen, hoewel zij nog maanden of jaren moedermelk kunnen blijven consumeren. De introductie van aanvullende voedingsmiddelen, en de uiteindelijke stopzetting van borstvoeding, resulteren vaak in veranderingen in weefsel δ13C en dalingen in weefsel δ15N naarmate het dieet meer gaat lijken op dat van oudere kinderen (Turner et al., 2017) en/of volwassenen (Balasse et al., 2001; Katzenberg, 1993; Katzenberg et al., 1996). Evenzo kunnen veranderingen in waterconsumptie gerelateerd aan suppletie met andere vloeistoffen dan moedermelk, en het uiteindelijk staken van de moedermelkconsumptie, resulteren in dalingen in weefsel δ18O (Wright en Schwarcz, 1998, 1999). Belangrijk is dat het feit dat tandglazuur en primair dentine na de vorming van de kroon metabolisch inert zijn, betekent dat speentrends kunnen worden bestudeerd bij individuen, ongeacht hun leeftijd bij overlijden.
Het dieet van zuigelingen en spenen wordt algemeen erkend als variabelen die van cruciaal belang zijn voor de gezondheidsresultaten op korte en lange termijn (Oddy, 2002), terwijl de timing van het geven en stoppen van borstvoeding en de samenstelling van het speenvoedsel ook relevante variabelen zijn in verschillende menselijke culturen (McDade en Worthman, 1998). Vroege levensovergangen kunnen aanzienlijke biologische stress veroorzaken bij zuigelingen wanneer hun voeding evolueert; hun ontwikkelende immuunsystemen moeten omgaan met een toevloed van microben in nieuwe voedingsmiddelen en vloeistoffen en ze genieten niet langer van passieve immuniteit eens ze van de moedermelk gespeend zijn. Isotopenstudies van archeologische populaties hebben verschuivingen in δ13C en δ 15N aangetoond die de onderzoekers in staat hebben gesteld het tijdstip en de aard van de ingebrachte voedingssupplementen te schatten (Dupras en Tocheri, 2007; Herring et al., 1998; Katzenberg et al, 1996; Schurr, 1997).
Een belangrijke bijdrage van isotopenanalyse bij het schatten van de timing van suppletie en spenen is echter het ontbreken van een duidelijk verband tussen veranderingen in isotopenverhoudingen van bot- of dentinecollageen en het verschijnen van LEH in blijvend tandglazuur. In wezen zijn de afzonderlijke processen van suppletie en spenen variabel, en hebben ze mogelijk geen nadelige gevolgen voor de gezondheid van zuigelingen en kinderen (Katzenberg et al., 1996). Meer recent hebben Garland et al. (2018) een geïntegreerde analyse uitgevoerd van glazuur microdefecten en incrementeel dentine collageen δ13C en δ15N bij individuen in de Spaanse koloniale periode van kust-Georgië. Hun resultaten wijzen op een associatie tussen glazuurdefecten, dalende δ15N, en licht stijgende δ13C van 2,5 tot 4,5 jaar oud, die de auteurs toeschrijven aan de stress van het spenen en de afhankelijkheid van maïs en zeevoedsel. In Nederland vonden Waters-Rist en Hoogland (2018) significante associaties tussen collageen δ13C en δ15N en skeletverschijnselen van rachitis bij individuen die stierven voor de leeftijd van 7 jaar, maar niet bij degenen die later stierven, wat suggereert dat voeding een belangrijke rol speelt in de kindertijd en vroege kindertijd voor de vorming van rachitis. Deze studies onderstrepen het potentieel van gepaarde isotopen- en paleopathologische studies voor het onderzoeken van de variabele aard van spanningen geassocieerd met vroege levensprocessen in verschillende culturele en temporele contexten, en de potentiële stroomafwaartse effecten van deze processen gedurende de levensloop.
De voorgaande discussie benadrukt kort de belangrijke bijdrage die lichte en zware isotopenanalyses kunnen leveren aan studies van paleopathologie. Deze bijdrage is des te relevanter in culturele contexten waar schriftelijke documenten schaars, onbetrouwbaar of onbestaand zijn, waar verplaatsing en uitwisseling tussen regio’s gebruikelijk was, waar lokale bestaansmiddelen en ziekte-ecologieën zeer variabel zijn, en waar samenlevingen zeer complex waren. De Centrale Andes voldoet aan al deze criteria, wat betekent dat het interpreteren van gezondheid, stress en welzijn in de Andes-geschiedenis afhankelijk is van onafhankelijke beoordelingen van dieet en zowel geologische als ecologische herkomst. Gebruikmakend van een meta-data benadering om onderzoek uit het verleden te onderzoeken, geven we een gedetailleerd overzicht van de gepubliceerde trends in de bio-archeologie van de Centrale Andes, toegespitst op de karakterisering van isotopenverhoudingen in archeologische menselijke weefsels. Bij de bespreking van de resultaten van deze analyse belichten we ook isotopenstudies die expliciet verbanden hebben onderzocht tussen isotopenverhoudingen en pathologische condities. Tenslotte gebruiken we dit perspectief als springplank om niet alleen de impact van isotopenanalyses in de bioarcheologie van de Centrale Andes te beoordelen, maar ook om aanbevelingen te doen over hoe toekomstige studies zouden kunnen worden opgezet voor toepassingen in de paleopathologie.