2 Analiza izotopowa
Badacze tacy jak Michael DeNiro, Margaret Schoeninger, Stanley Ambrose i inni po raz pierwszy wprowadzili analizę lekkich stabilnych izotopów do antropologii w późnych latach 70-tych i wczesnych 80-tych jako sposób na rekonstrukcję diety w archeologicznych szczątkach ludzkich. Kontrolowane badania żywieniowe szczurów (Ambrose i Norr, 1993; Jim et al., 2004), zwierząt gospodarskich (Tieszen et al., 1983; Warinner i Tuross, 2009), a także ludzkich ochotników (Fuller et al., 2004) zbudował fundament, na którym bioarcheolodzy byli w stanie bezpośrednio oszacować izotopową sygnaturę głównych klas zasobów żywnościowych, które składały się na indywidualne diety. Zamiast wypierać pośrednie dowody diety, takie jak pyłki i szczątki makrobotaniczne, zespoły faunistyczne i ceramiczne naczynia, charakterystyka stabilnych izotopów węgla (δ13C) i azotu (δ15N) w twardych podłożach tkankowych pozwoliła bioarcheologom na bardziej bezpośrednie umiejscowienie starożytnych ludów w lokalnych sieciach pokarmowych (Schoeninger, 2014; Schwarcz i Schoeninger, 2012). Pozwoliło to również badaczom lepiej scharakteryzować regionalne i długodystansowe sieci wymiany oraz udokumentować rozprzestrzenianie się zmian subsystencji w czasie i przestrzeni (Hastorf, 1990; Lightfoot et al., 2012; Tykot i Staller, 2002).
To ostatnie zastosowanie zostało wzmocnione przez wprowadzenie do antropologii analizy stabilnego izotopu tlenu (δ18O) w tym samym okresie. Włączenie analizy ciężkich izotopów, a mianowicie promieniotwórczego strontu (87Sr/86Sr) i ołowiu (206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb) kilka lat później również posunęło naprzód te badania (Gale i Stos-Gale, 1989; Price i in., 1994). Te dodatkowe parametry izotopowe pozwoliły badaczom na oszacowanie regionów geologicznych i klimatów, w których żyły osobniki w różnych momentach ich życia (Sealy i in., 1995). W ten sposób bioarcheolodzy mogą lepiej interpretować zmienność diety w obrębie osobników i serii szkieletowych (Richards i in., 2003), rekonstruować przemieszczanie się stad udomowionych zwierząt gospodarskich (Oelze i in., 2011; Szpak i in., 2016) oraz lepiej rozumieć przemieszczanie się ludzi i towarów w starożytnych systemach wymiany (Toyne i in., 2014; White i in., 2004; Wright, 2012). Badania te nie posunęły się do przodu bez znaczącej krytyki i debaty, ale wyzwania te zachęciły badaczy do zajęcia się bardziej szczegółowymi kwestiami warunków środowiskowych, konserwacji i złożoności trasowania izotopów podczas formowania tkanek (Lee-Thorp, 2008; Sillen i in., 1989; Szostek, 2009).
Wielokrotne badania podeszły do skutków systematycznej patologii na wartości izotopów w tkankach szkieletowych, z implikacjami dla paleopatologii. Doskonałym przykładem tej perspektywy jest krytyczny przegląd Reitsema (2013) badań izotopowych w biologii człowieka, biomedycynie, prymatologii i dziedzinach pokrewnych, gdzie wartości δ13C i δ15N tkanek są wykorzystywane do wnioskowania o zmienionych procesach metabolicznych związanych z chorobą i niedożywieniem. Niedawny numer specjalny Bioarchaeology International pogłębia tę dyskusję o „nowej granicy 'zdrowia’ w badaniach izotopowych” (Reitsema i Holder, 2018: 63), podobnie jak niedawne międzynarodowe warsztaty „Paleodiet meets Paleopathology” mające na celu „oficjalne wprowadzenie” tych dwóch dyscyplin (López-Costas i in., 2015).
Badania eksperymentalne również znacząco przyczyniły się do połączenia izotopów i paleopatologii. Na przykład, kontrolowane badanie żywieniowe u szczurów (Robertson i in., 2014) wskazuje, że połączone zubożenie w apatycie węglanowym kości δ13C i wzbogacenie w kolagen kostny δ15N może odzwierciedlać katabolizm tkanki tłuszczowej i tkanek chudych przyniesionych przez ciężkie lub długotrwałe niedożywienie makroskładnikami.
Te odkrycia echo podobnych badań δ15N u ptaków (Hobson i in., 1993) i różnych innych zwierząt. Odpowiadają one również z pracy przez Fuller i współpracowników (2005) wykazując zwiększone wartości δ15N u kobiet w ciąży doświadczających stresu żywieniowego związanego z hyperemesis gravidarum (ciężka choroba ciążowa), a praca Katzenberg i Lovell (1999) na nowoczesnych osobników znanych zmarł na choroby wyniszczające. Fascynującym przyszłym przedsięwzięciem określonym przez Britton (2017) jest zastosowanie analizy izotopowej do dokładniejszego zbadania ewolucji i zmienności ludzkiego mikrobiomu poprzez jego unikalny potencjał do rekonstrukcji ludzkiej ekologii kulturowej w starożytności.
Jeden obszar badań, w którym stosunki izotopowe od dawna są wykorzystywane do wnioskowania o wzorcach stresu fizjologicznego, odnosi się do karmienia piersią, suplementacji i odstawienia od piersi u niemowląt i małych dzieci. Szczątki niemowląt i młodych subadultów wykazują wartości δ15N i δ18O wzbogacone o 1-3‰ w stosunku do tkanek starszych subadultów i dorosłych (Bocherens i Drucker, 2003; Jenkins et al., 2001). Odzwierciedla to konsumpcję mleka matki przez subadulty; niemowlęta, które karmią wyłącznie piersią są w istocie apex carnivores, włączając stosunki izotopów z ich tkanek matczynych i wody ciała. W wieku około sześciu miesięcy niemowlęta wymagają dodatkowych źródeł pożywienia i są uzupełniane innymi pokarmami i płynami, choć mogą nadal spożywać mleko matki przez miesiące lub lata. Wprowadzenie dodatkowych pokarmów i ostateczne zaprzestanie karmienia piersią, często powoduje zmiany w tkankach δ13C i spadki w tkankach δ15N, ponieważ dieta staje się bardziej podobna do diety starszych dzieci (Turner et al., 2017) i/lub dorosłych (Balasse et al., 2001; Katzenberg, 1993; Katzenberg et al., 1996). Podobnie, zmiany w konsumpcji wody związane z suplementacją płynami innymi niż mleko matki, a ostatecznie zaprzestanie konsumpcji mleka matki, może spowodować spadek δ18O tkanki (Wright i Schwarcz, 1998, 1999). Co ważne, fakt, że szkliwo zębów i pierwotna zębina są metabolicznie obojętne po uformowaniu korony oznacza, że trendy odstawienia od piersi mogą być badane u osób niezależnie od ich wieku w chwili śmierci.
Dieta niemowląt i dzieci odstawionych od piersi są powszechnie uznawane za krytycznie ważne zmienne w krótko- i długoterminowych wyników zdrowotnych (Oddy, 2002), podczas gdy czas uzupełniania i zaprzestania karmienia piersią i skład żywności odstawienia od piersi są również istotne zmienne w kulturach ludzkich (McDade i Worthman, 1998). Wczesne zmiany w życiu mogą powodować znaczny stres biologiczny u niemowląt, gdy ich dieta ewoluuje; ich rozwijające się układy odpornościowe muszą radzić sobie z napływem mikrobów w nowych pokarmach i płynach, a po odstawieniu mleka matki nie korzystają już z odporności biernej. Badania izotopowe populacji archeologicznych wykazały zmiany w δ13C i δ 15N, które pozwoliły badaczom oszacować czas i charakter wprowadzonych dodatkowych pokarmów (Dupras i Tocheri, 2007; Herring et al., 1998; Katzenberg et al., 1996; Schurr, 1997).
Jednakże jednym z istotnych wkładów analizy izotopowej w szacowanie czasu suplementacji i odstawienia od piersi jest brak wyraźnego związku między zmianami w proporcjach izotopów z kolagenu kości lub zębiny a pojawieniem się LEH w szkliwie zębów stałych. W zasadzie oddzielne procesy suplementacji i odstawiania od piersi są zmienne i mogą nie mieć negatywnego wpływu na zdrowie niemowląt i dzieci (Katzenberg i in., 1996). Ostatnio Garland i wsp. (2018) przeprowadzili zintegrowaną analizę mikrodefektów szkliwa i przyrostowego kolagenu zębinowego δ13C i δ15N wśród osób z hiszpańskiego okresu kolonialnego w nadmorskiej Georgii. Ich wyniki wskazują na związek między defektami szkliwa, malejącym δ15N i nieznacznie rosnącym δ13C od 2,5 do 4,5 roku życia, co autorzy przypisują stresowi związanemu z odstawieniem od piersi i poleganiem na kukurydzy i pokarmach morskich. W Holandii Waters-Rist i Hoogland (2018) znaleźli znaczące związki między kolagenem δ13C i δ15N a szkieletowymi oznakami krzywicy wśród osób, które zmarły przed 7 rokiem życia, ale nie tych, którzy zmarli później, sugerując ważną rolę diety w niemowlęctwie i wczesnym dzieciństwie dla powstawania krzywicy. Badania te podkreślają potencjał sparowanych izotopów i paleopatologicznych badań do zbadania zmiennej natury stresów związanych z wczesnych procesów życia w różnych kontekstach kulturowych i czasowych, a potencjalne skutki tych procesów w dół przez całe życie.
Poprzednia dyskusja krótko podkreśla ważny wkład lekkich i ciężkich analiz izotopowych może przyczynić się do badań paleopatologii. Wkład ten jest tym bardziej istotny w kontekstach kulturowych, gdzie zapisy pisemne są rzadkie, niewiarygodne lub nie istnieją, gdzie przemieszczanie się i wymiana między regionami były powszechne, gdzie lokalne warunki życia i ekologia chorób są bardzo zmienne, a społeczeństwa były bardzo złożone. Centralne Andy pasuje do wszystkich tych kryteriów, co oznacza, że interpretacja zdrowia, stresu i dobrego samopoczucia w starożytności andyjskiej opiera się na niezależnych ocenach diety i zarówno geologicznych i ekologicznych proweniencji. Wykorzystując podejście meta-danych do analizy dotychczasowych badań, przedstawiamy szczegółową eksplorację trendów wydawniczych w bioarcheologii Andów Środkowych, koncentrując się na charakterystyce stosunków izotopowych w archeologicznych tkankach ludzkich. Omawiając wyniki tej analizy, zwracamy również uwagę na badania izotopowe, które wyraźnie badały związki między stosunkami izotopowymi a stanami patologicznymi. Wreszcie, wykorzystujemy tę perspektywę jako odskocznię, by nie tylko ocenić wpływ analiz izotopowych w środkowo-andyjskiej bioarcheologii, ale także sformułować zalecenia co do tego, jak przyszłe badania mogłyby być ukierunkowane na zastosowania w paleopatologii.
.