2 Isotopanalys
Forskare som Michael DeNiro, Margaret Schoeninger, Stanley Ambrose och andra introducerade först analys av stabila isotoper i antropologin i slutet av 1970-talet och början av 1980-talet som ett sätt att rekonstruera kosthållningen i arkeologiska människoben. Kontrollerade utfodringsstudier av råttor (Ambrose och Norr, 1993; Jim et al., 2004), boskap (Tieszen et al., 1983; Warinner och Tuross, 2009) och frivilliga människor (Fuller et al., 2004) lade grunden för att bioarkeologer direkt kunde uppskatta den isotopiska signaturen för de viktigaste klasserna av livsmedelsresurser som utgjorde individuella dieter. I stället för att ersätta indirekta bevis på kost som pollen och makrobotaniska lämningar, faunasamlingar och keramiska kokkärl, har karakteriseringen av stabila kol- (δ13C) och kväveisotoper (δ15N) i hårda vävnadssubstrat gjort det möjligt för bioarkeologer att mer direkt placera forntida människor i lokala födovävar (Schoeninger, 2014; Schwarcz och Schoeninger, 2012). Det har också gjort det möjligt för forskare att bättre karaktärisera regionala och långväga utbytesnätverk och dokumentera spridningen av förändringar i subsistensen över tid och rum (Hastorf, 1990; Lightfoot et al., 2012; Tykot och Staller, 2002).
Denna sistnämnda tillämpning stärktes av introduktionen till antropologin av stabila syrgasisotopanalyser (δ18O) under samma tidsperiod. Införandet av analys av tunga isotoper, nämligen av radiogent strontium (87Sr/86Sr) och bly (206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb) några år senare, främjade också dessa undersökningar (Gale och Stos-Gale, 1989; Price et al., 1994). Dessa ytterligare isotopparametrar gjorde det möjligt för forskarna att uppskatta de geologiska regioner och klimat där individer levde vid olika tidpunkter under sin livstid (Sealy et al., 1995). På så sätt kan bioarkeologer bättre tolka kostvariation inom individer och skelettserier (Richards et al., 2003), rekonstruera hjordförflyttningar av domesticerade djur (Oelze et al., 2011; Szpak et al., 2016) och bättre förstå förflyttningar av människor och varor i forntida utbytessystem (Toyne et al., 2014; White et al., 2004; Wright, 2012). Denna forskning har inte avancerat utan betydande kritik och debatt, men dessa utmaningar har uppmuntrat forskare att ta itu med mer specifika frågor om miljöförhållanden, konservering och komplexiteten i isotopernas ruttning under vävnadsbildningen (Lee-Thorp, 2008; Sillen et al., 1989; Szostek, 2009).
Flera studier har närmat sig effekterna av systematisk patologi på isotopvärdena i skelettvävnader, med implikationer för paleopatologin. Ett utmärkt exempel på detta perspektiv är Reitsemas (2013) kritiska genomgång av isotopforskning inom humanbiologi, biomedicin, primatologi och relaterade områden, där vävnaders δ13C- och δ15N-värden används för att härleda förändrade metaboliska processer i samband med sjukdom och undernäring. Ett nyligen publicerat specialnummer av Bioarchaeology International främjar denna diskussion om ”a new ’health’ frontier in isotopic research” (Reitsema och Holder, 2018: 63), liksom den nyligen genomförda internationella workshopen ”Paleodiet meets Paleopathology” som syftar till att ”officiellt introducera” de två disciplinerna (López-Costas et al., 2015).
Experimentell forskning har också bidragit väsentligt till att kombinera isotop- och paleopatologi. Till exempel visar en kontrollerad utfodringsstudie på råttor (Robertson et al., 2014) att en kombinerad utarmning av δ13C i benkarbonatapatit och en anrikning av δ15N i benkollagen kan återspegla katabolism av kroppsfett och magra vävnader som orsakats av allvarlig eller långvarig undernäring av makronäringsämnen.
Dessa resultat är ett eko av liknande studier av δ15N hos fåglar (Hobson et al., 1993) och en rad andra djur. De stämmer också överens med arbete av Fuller och kollegor (2005) som visar på ökade δ15N-värden hos gravida kvinnor som upplever näringsstress i samband med hyperemesis gravidarum (svår graviditetssjuka) och arbete av Katzenberg och Lovell (1999) på moderna individer som är kända för att ha dött av svältande sjukdomar. En fascinerande framtida strävan som identifieras av Britton (2017) är tillämpningen av isotopanalys för att mer exakt undersöka utvecklingen av och variationen i det mänskliga mikrobiomet genom dess unika potential för att rekonstruera mänsklig kulturell ekologi i antiken.
Ett forskningsområde där isotopförhållanden länge har använts för att härleda mönster av fysiologisk stress gäller amning, tillskott och avvänjning hos spädbarn och småbarn. Spädbarn och unga subadulta kvarlevor uppvisar δ15N- och δ18O-värden som är anrikade med 1-3‰ i förhållande till vävnader från äldre subadulta och vuxna (Bocherens och Drucker, 2003; Jenkins et al., 2001). Detta återspeglar de subadultas konsumtion av modersmjölk; spädbarn som uteslutande ammar är i huvudsak toppkarnivorer, som införlivar isotopförhållanden från sina modervävnader och kroppsvatten. Vid ungefär sex månaders postnatal ålder behöver spädbarn ytterligare födokällor och kompletteras med annan mat och vätska, även om de kan fortsätta att konsumera bröstmjölk i månader eller år. Införandet av kompletterande livsmedel, och det eventuella upphörandet av amningen, resulterar ofta i förändringar i vävnadernas δ13C och minskningar i vävnadernas δ15N när kosten blir mer lik den hos äldre barn (Turner et al., 2017) och/eller vuxna (Balasse et al., 2001; Katzenberg, 1993; Katzenberg et al., 1996). På samma sätt kan förändringar i vattenkonsumtionen i samband med tillskott av andra vätskor än modersmjölk, och eventuellt upphörande av konsumtion av bröstmjölk, resultera i minskningar av δ18O i vävnaden (Wright och Schwarcz, 1998, 1999). Viktigt är att det faktum att tandemaljen och det primära dentinet är metaboliskt inerta efter kronbildningen innebär att avvänjningstrender kan studeras hos individer oavsett ålder vid dödsfallet.
Diet för spädbarn och avvänjningsbarn är allmänt erkänt som kritiskt viktiga variabler för hälsoutfallet på kort och lång sikt (Oddy, 2002), samtidigt som tidpunkten för tillskott och upphörande av amning och avvänjningslivsmedlens sammansättning också är relevanta variabler i olika mänskliga kulturer (McDade och Worthman, 1998). Övergångar i det tidiga livet kan ge upphov till betydande biologisk stress för spädbarn när deras kost utvecklas; deras immunförsvar under utveckling måste hantera ett inflöde av mikrober i nya livsmedel och vätskor och de drar inte längre nytta av den passiva immuniteten när de väl avvänjs från bröstmjölk. Isotopstudier av arkeologiska populationer har visat på förskjutningar i δ13C och δ 15N som har gjort det möjligt för forskare att uppskatta tidpunkten och arten av introducerade kompletterande livsmedel (Dupras och Tocheri, 2007; Herring et al., 1998; Katzenberg et al…, 1996; Schurr, 1997).
Ett viktigt bidrag från isotopanalysen när det gäller att uppskatta tidpunkten för tillskott och avvänjning ligger dock i avsaknaden av ett tydligt samband mellan förändringar i isotopförhållandena från kollagen från ben eller dentin och uppkomsten av LEH i permanent tandemalj. I huvudsak är de separata processerna för tillskott och avvänjning variabla och kan inte ha några negativa effekter på spädbarns och barns hälsa (Katzenberg et al., 1996). Nyligen genomförde Garland et al. (2018) en integrerad analys av mikrodefekter i emaljen och inkrementell dentinkollagen δ13C och δ15N bland individer under den spanska kolonialtiden i kustnära Georgia. Deras resultat visar på ett samband mellan emaljdefekter, minskande δ15N och något ökande δ13C från 2,5 till 4,5 års ålder, vilket författarna tillskriver stressen av avvänjning och beroendet av majs och marina livsmedel. I Nederländerna fann Waters-Rist och Hoogland (2018) signifikanta samband mellan kollagen δ13C och δ15N och skelettsymptom på rakitis bland individer som dog före 7 års ålder, men inte bland dem som dog senare, vilket tyder på att kosten spelar en viktig roll under spädbarnstiden och den tidiga barndomen för rakitisbildning. Dessa studier understryker potentialen hos parade isotop- och paleopatologiska studier för att utforska den varierande karaktären hos de påfrestningar som är förknippade med processer i det tidiga livet i olika kulturella och tidsmässiga sammanhang, och de potentiella nedströms-effekterna av dessa processer under hela livet.
Den föregående diskussionen belyser kortfattat det viktiga bidrag som analyser av lätta och tunga isotoper kan ge till studier av paleopatologi. Detta bidrag är desto mer relevant i kulturella sammanhang där skriftliga dokument är sparsamma, opålitliga eller obefintliga, där förflyttning och utbyte mellan regioner var vanligt förekommande, där lokal försörjning och sjukdomsekologi är mycket varierande och samhällen var mycket komplexa. De centrala Anderna uppfyller alla dessa kriterier, vilket innebär att tolkningen av hälsa, stress och välbefinnande i den andinska antiken är beroende av oberoende bedömningar av kost och både geologisk och ekologisk proveniens. Med hjälp av en metadataansats för att undersöka tidigare forskning ger vi en detaljerad undersökning av publiceringstrender inom bioarkeologin i de centrala Anderna, med fokus på karakteriseringen av isotopförhållanden i arkeologiska mänskliga vävnader. När vi diskuterar resultaten av denna analys lyfter vi också fram isotopstudier som uttryckligen har undersökt sambanden mellan isotopförhållanden och patologiska tillstånd. Slutligen använder vi detta perspektiv som en språngbräda för att inte bara bedöma effekten av isotopanalyser i bioarkeologin i Centralanderna, utan också ge rekommendationer om hur framtida studier skulle kunna utformas för tillämpningar inom paleopatologi.