Как липидните анализи разкриват древни хранителни навици и кулинарни практики

Хроматографията и специфичните изотопи на липидни останки в древна керамика разказват много за древните хранителни навици и кулинарни практики. През последните две десетилетия тази техника е успешно използвана за разкриване на древни хранителни практики на няколко археологически обекта по света. Изследователи са приложили тази техника наскоро към керамика, събрана от множество археологически обекти на цивилизацията на долината на Инд. Ключовото научно откритие е доминирането на мазнини от непреживни животни в съдовете за готвене, което предполага, че непреживни животни (като коне, свине, птици, кокошки, зайци и др.) са били готвени в съдовете за дълъг период от време. Това противоречи на дългогодишното схващане (основано на данни от фауната), че преживни животни (като говеда, биволи, елени и др.) са били консумирани като храна от хората от долината на Инд.

Археологически разкопки на важни обекти през миналия век предоставиха много информация за културата и практиките на древните хора. Разбирането на хранителните практики и практиките за препитание, преобладаващи в древните праисторически общества без писмени записи, обаче е било трудна задача, тъй като не е останала голяма част от това, което е представлявало „храна“, поради почти пълното естествено разграждане на храната и биомолекулите. През последните две десетилетия стандартните химични техники на хроматография и специфичен за съединенията анализ на съотношението на стабилните изотопи на въглерода направиха напредък в археологическите изследвания, позволявайки на изследователите да определят източниците на липиди. В резултат на това стана възможно да се изследват хранителните практики и практиките за препитание, използвайки молекулярни и изотопни анализи на абсорбирани хранителни остатъци, базирани на стойностите на δ13C и Δ13C.

Растенията са основните производители на храна. Повечето растения използват C3 фотосинтеза, за да фиксират въглерод, затова се наричат ​​C3 растения. Пшеница, ечемик, ориз, овес, ръж, вигов грах, касава, соя и др. са основните C3 растения. Те представляват основната храна на човечеството. C4 растенията (като царевица, захарна тръстика, просо и сорго), от друга страна, използват C4 фотосинтеза за фиксиране на въглерод.

Въглеродът има два стабилни изотопа, C-12 и C-13 (третият изотоп C-14 е нестабилен, следователно радиоактивен и се използва за датиране на органични археологически находки). От двата стабилни изотопа, по-лекият C-12 се усвоява преференциално при фотосинтезата. Фотосинтезата не е универсална; тя благоприятства фиксирането на C-12. Освен това, C3 растенията усвояват по-лекия изотоп C-12 повече от C4 растенията. Както C3, така и C4 растенията дискриминират по-тежкия изотоп C-13, но C4 растенията не дискриминират толкова силно, колкото C3 растенията. Обратно, при фотосинтезата, както C3, така и C4 растенията предпочитат изотопа C-12 пред C-13, но C3 растенията предпочитат C-12 повече от C4 растенията. Това води до разлики в съотношението на стабилните изотопи на въглерода в C3 и C4 растенията и при животните, които се хранят с C3 и C4 растения. Животно, хранено с C3 растения, ще има повече по-леки изотопи от животно, хранено с C4 растения, което означава, че липидна молекула с по-леко съотношение на изотопи е по-вероятно да произхожда от животно, хранено с C3 растения. Това е концептуалната основа на специфичния изотопен анализ на липиди (или всяка друга биомолекула), който помага за идентифициране на източниците на липидни остатъци в керамиката. Накратко, растенията C3 и C4 имат различни съотношения на въглеродните изотопи. Стойността на δ13C за растенията C3 е по-ниска между −30 и −23‰, докато за растенията C4 тази стойност е между −14 и −12‰.

След екстракция на липидни остатъци от пробите на керамика, първата ключова стъпка е разделянето на различните липидни съставки, използвайки техниката на газова хроматография-масспектрометрия (GC-MS). Това дава липидна хроматограма на пробата. Липидите се разграждат с времето, така че това, което обикновено откриваме в древните проби, са мастни киселини (МК), особено палмитинова киселина (C16 ₎ и стеаринова киселина (C18 ₎ . По този начин, тази техника за химичен анализ помага за идентифицирането на мастни киселини в пробата, но не дава информация за произхода на мастните киселини. Необходимо е допълнително да се установи дали определена мастна киселина, идентифицирана в древния съд за готвене, произхожда от млечни продукти, животинско месо или растение. Остатъците от мастни киселини в керамиката зависят от това какво е било готвено 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 съотношенията на стабилните въглеродни изотопи в липидните остатъци в археологическите проучвания на праисторически обекти беше демонстрирано през 1999 г., когато проучването на археологически обект в Уелските погранични земи, Великобритания, успя да направи ясно разграничение между мазнините от непреживни (напр. свине) и преживни (напр. овце или говеда) произход ^1. Този подход може да предостави убедителни доказателства за първото млечно производство в зелена сахарска Африка през петото хилядолетие пр.н.е. Северна Африка е била зелена от растителност по това време и праисторическите сахарски африканци са възприели практики за млечно производство. Това заключение е направено въз основа на стойностите на δ13C и Δ13C на основните алканоеви киселини в млечната мазнина, идентифицирани в керамични съдове ^2. Подобни анализи предоставиха най-ранните директни доказателства за преработка и консумация на млечни продукти от пасторални неолитни общества в Източна Африка ³ и в ранната желязна епоха, Северен Китай ⁴.

В Южна Азия доказателствата за опитомяване датират от 7 ^-мо хилядолетие пр.н.е. До 4- ^то хилядолетие пр.н.е. опитомени животни като говеда, биволи, кози, овце и др. са били налични в различни обекти в долината на Инд. Имало е предположения за използване на тези животни в храната за млечни продукти и месо, но нямало убедителни научни доказателства в подкрепа на това мнение. Анализът на стабилни изотопи на липидни остатъци, извлечени от керамични парчета, събрани от селища в долината на Инд , предоставя най-ранните преки доказателства за преработка на млечни продукти в Южна Азия ⁵ . В друго скорошно, по-задълбочено, систематично проучване на липидни остатъци от фрагменти от съдове, събрани от множество обекти в долината на Инд, изследователите се опитали да установят вида на хранителните продукти, използвани в съдовете. Изотопният анализ потвърдил използването на животински мазнини в съдовете. Ключово научно откритие било доминирането на мазнини от непреживни животни в съдовете за готвене ⁶ , което предполага, че непреживни животни (като коне, свине, птици, кокошки, зайци и др.) са били готвени в съдовете за дълъг период и консумирани като храна. Това противоречи на дългогодишното схващане (основано на данни от фауната), че преживните животни (като говеда, биволи, елени, кози и др.) са били консумирани като храна от хората в долината на Инд.

Липсата на местни съвременни референтни мазнини и възможността за смесване на растителни и животински продукти са ограничения на това проучване. За да се преодолеят възможните ефекти, произтичащи от смесването на растителни и животински продукти, и за цялостен поглед, анализът на нишестените зърна беше включен в анализите на липидните остатъци. Това подпомогна готвенето на растения, зърнени храни, бобови растения и др. в съда. Това помага за преодоляване на някои от ограниченията ⁷.

*** 

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 

***