Как липидните анализи разкриват древни хранителни навици и кулинарни практики

Хроматографията и специфичният изотопен анализ на липидните останки в древна керамика разказват много за древните хранителни навици и кулинарни практики. През последните две десетилетия тази техника беше успешно използвана за разкриване на древни хранителни практики на няколко археологически обекта в света. Изследователите са приложили тази техника наскоро към керамиката, събрана от множество археологически обекти от цивилизацията на долината на Инд. Ключовото научно откритие е доминирането на мазнини от непреживни животни в съдовете за готвене, което означава, че непреживни животни (като коне, прасета, домашни птици, птици, зайци и т.н.) са били готвени в съдовете за дълъг период от време. Това противоречи на дълго поддържаното мнение (въз основа на фаунистични доказателства), че преживните животни (като едър рогат добитък, биволи, елени и т.н.) са били консумирани като храна от хората от долината на Инд.  

Archaeological excavations of important sites in the past century provided lot of information about the culture and practices of ancient people. However, understanding diet and subsistence practices prevalent in ancient prehistoric societies with no written records used to be an uphill task because not much of what constituted ‘food’ were left due to almost complete natural degradation of храна and biomolecules. In the last two decades, the standard chemical techniques of chromatography and compound specific analysis of the ratio of stable isotopes of carbon have made inroads in archaeological studies enabling researchers to pinpoint sources of lipids. As a result, it has become possible to investigate diet and subsistence practices using molecular and isotopic analyses of absorbed food residues based on the δ13C and Δ13C values.  

Plants are the primary producers of food. Most plants use C3 photosynthesis to fix carbon, hence are called C3 plants. Wheat, barley, rice, oats, rye, cowpea, cassava, soybean etc are the main C3 plants. They form the staple храна of mankind. C4 plants (such as corn, sugarcane, millet, and sorghum) on the other hand, use C4 photosynthesis for carbon fixation.  

Carbon has two stable isotopes, C-12 and C-13 (the third isotope C-14, is unstable hence radioactive and is used for dating органичен archaeological finds). Of the two stable isotopes, the lighter C-12 is preferentially taken up in photosynthesis. Photosynthesis is not universal; it favours fixation of C-12. Further, C3 plants take up lighter C-12 isotope more than C4 plants do. Both C3 and C4 plants discriminate against heavier C-13 isotope but C4 plants do not discriminate as heavily as C3 plants. Put conversely, in photosynthesis, both C3 and C4 plants favour C-12 isotope over C-13 but C3 plants favours C-12 more than C4 plants. This results in differences in ratio of stable isotopes of carbon in C3 and C4 plants and in animals that feed on C3 and C4 plants. An animal fed on C3 plants will have more of lighter isotopes than an animal fed on C4 plants meaning a lipid molecule with lighter isotope ratio is more likely to have originated from an animal fed on C3 plants. This is the conceptual basis of compound specific isotope analysis of lipid (or any other biomolecule for that matter) that helps in identifying sources of lipid residues in the pottery. In a nutshell, C3 and C4 plants have different carbon isotopic ratios. The δ13C value for C3 plants is lighter between −30 and −23‰ while for C4 plants this value is between −14 and −12‰. 

След екстракцията на липидни остатъци от пробите от керамика, първата ключова стъпка е да се отделят различни липидни съставки с помощта на техниката на газова хроматография-масспектрометрия (GC-MS). Това дава липидна хроматограма на пробата. Липидите се разграждат с течение на времето, така че това, което обикновено намираме в древните проби, са мастни киселини (FA), особено палмитинова киселина (C₁₆) и стеаринова киселина (C₁₈). По този начин тази техника на химичен анализ помага при идентифицирането на мастни киселини в пробата, но не дава информация за произхода на мастните киселини. Необходимо е допълнително да се установи дали специфична мастна киселина, идентифицирана в древния съд за готвене, произхожда от млечни продукти или животинско месо или растение. Остатъците от мастни киселини в глинените съдове зависят от това какво се е готвило в съда в древността. 

C3 и C4 растенията имат различни съотношения на стабилни изотопи на въглерода поради преференциалното усвояване на по-лекия изотоп C12 по време на фотосинтезата. По същия начин животните, хранени с растения C3 и C4, имат различни съотношения, например опитомените говеда (преживни животни като крава и бивол), хранени с храна C4 (като просо), ще имат различно изотопно съотношение от по-малките опитомени животни като кози, овце и прасе, които обикновено пасат и виреят на C3 растения. Освен това, млечните продукти и месото, получени от преживни говеда, имат различни изотопни съотношения поради разликите в синтеза на мазнини в техните млечни жлези и мастна тъкан. Установяването на произхода на специфична мастна киселина, идентифицирана по-рано, се извършва чрез анализ на съотношенията на стабилните изотопи на въглерода. Техниката на масова спектрометрия с газова хроматография-горене-изотопно съотношение (GC-C-IRMS) се използва за анализ на изотопните съотношения на идентифицираните мастни киселини.   

Значението на анализа на съотношението на стабилни въглеродни изотопи в липидните остатъци при археологически изследвания на праисторически обекти беше демонстрирано през 1999 г., когато проучването на археологически обект в Welsh Borderlands, Обединеното кралство, може да направи ясно разграничение между мазнини от непреживни животни (напр. свине) и с произход от преживни животни (напр. овце или говеда).¹. Този подход може да осигури убедително доказателство за първото млекопроизводство в зелена Сахара през петото хилядолетие пр.н.е. Тогава Северна Африка е била зелена от растителност и праисторическите сахарски африканци са възприели практики за млекопроизводство. Това се заключава въз основа на стойностите δ13C и Δ13C на основните алканови киселини на млечната мазнина, идентифицирани в керамични съдове². Подобни анализи предоставиха най-ранното пряко доказателство за обработката и консумацията на млечни продукти от пастирските неолитни общества в Източна Африка³ и в ранната желязна епоха, северен Китай⁴. 

В Южна Азия доказателствата за опитомяване датират от 7 век^th хилядолетие пр.н.е. до 4^th millennium BC, domesticated animals like cattle, buffalo, goat, sheep etc were present across various Indus Valley sites. There were suggestions of utilisation of these animals in food for dairy and meat but no conclusive scientific evidence to support the view. Stable isotope analysis of lipid residue extracted from ceramic shreds collected from Долината на Инд settlements provide the earliest direct evidence of dairy processing in South Asia⁵. В друго скорошно, по-сложно, систематично изследване на липидни остатъци от фрагменти от саксии, събрани от множество места в долината на Инд, изследователите се опитаха да установят вида на хранителните продукти, използвани в съдовете. Изотопният анализ потвърди използването на животински мазнини в съдове. Ключово научно откритие е преобладаването на мазнини от непреживни животни в съдовете за готвене⁶ предполагащи непреживни животни (като коне, прасета, домашни птици, птици, зайци и т.н.) се готвят в съдовете за дълъг период от време и се консумират като храна. Това противоречи на дълго поддържаната гледна точка (въз основа на фаунистични доказателства), че преживните животни (като говеда, биволи, елени, кози и т.н.) са били консумирани като храна от хората от долината на Инд.  

Липсата на местни съвременни референтни мазнини и възможността за смесване на растителни и животински продукти са ограниченията на това изследване. За да се преодолеят възможните ефекти, произтичащи от смесването на растителни и животински продукти, и за холистичен поглед, анализът на нишестените зърна беше включен в анализите на липидните остатъци. Това поддържаше готвене на растения, зърнени храни, варива и т.н. в съда. Това помага за преодоляване на някои ограничения⁷. 

*** 

Литература:  

1. Dudd SN и др 1999. Доказателства за различни модели на експлоатация на животински продукти в различни праисторически керамични традиции, базирани на липиди, запазени в повърхността и абсорбирани остатъци. Журнал за археологическа наука. Том 26, брой 12, декември 1999 г., страници 1473-1482. DOI: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. et al. Първото млекопроизводство в зелена Сахара в Африка през петото хилядолетие пр.н.е. Nature 486, 390–394 (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Grillo KM et al 2020. Молекулярни и изотопни доказателства за мляко, месо и растения в праисторически източноафрикански овчарски хранителни системи. PNAS. 117 (18) 9793-9799. Публикувано на 13 април 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. Хан Б., и др 2021. Анализ на липидни остатъци на керамични съдове от обекта Liujiawa на RuiState (ранна желязна епоха, Северен Китай). Journal of Quaternary Science (2022) 37 (1) 114–122. DOI: https://doi.org/10.1002/jqs.3377 

5. Чакраборти, KS, Слейтър, GF, Милър, H.ML. et al. Изотопният анализ на специфичните съединения на липидните остатъци предоставя най-ранните преки доказателства за обработката на млечни продукти в Южна Азия. Sci Rep 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Сурянараян А., и др 2021. Липидни остатъци в керамика от цивилизацията на Инд в северозападна Индия. Журнал за археологическа наука. Том 125, 2021,105291, XNUMX. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. Гарсия-Гранеро Хуан Хосе, и др 2022. Интегриране на анализи на липиди и нишестени зърна от керамични съдове за изследване на праисторически хранителни пътища в Северен Гуджарат, Индия. Граници в екологията и еволюцията, 16 март 2022 г. Разд. Палеонтология . DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

Библиография  

1. Ирто А., и др 2022. Липиди в археологическа керамика: Преглед на техните техники за вземане на проби и екстракция. Молекули 2022, 27(11), 3451; DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Suryanarayan, A. 2020. Какво се готви в цивилизацията на Инд? Изследване на храната на Инд чрез анализ на керамични липидни остатъци (докторска дисертация). Кеймбриджкия университет. DOI: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Suryanarayan, A. 2021. Лекция – Липидни остатъци в керамика от цивилизацията на Инд. Наличен в https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo 

***