Как липидните анализи разкриват древни хранителни навици и кулинарни практики

Хроматографията и специфичният изотопен анализ на съединенията на липидни останки в древна керамика разказват много за древността храна навици и кулинарни практики. През последните две десетилетия тази техника беше успешно използвана за разкриване на древни храна 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 дългогодишното мнение (въз основа на фаунистични доказателства), че преживните животни (като говеда, биволи, елени и т.н.) са били консумирани като храна от хора от долината на Инд.  

Археологическите разкопки на важни обекти през миналия век предоставиха много информация за културата и практиките на древните хора. Въпреки това, разбирането на диетата и практиките за препитание, преобладаващи в древните праисторически общества без писмени записи, е било трудна задача, тъй като не е останало много от това, което представлява „храна“, поради почти пълната естествена деградация на храна и биомолекули. През последните две десетилетия стандартните химични техники на хроматографията и специфичния за съединението анализ на съотношението на стабилните изотопи на въглерода са навлезли в археологическите проучвания, позволявайки на изследователите да определят източниците на липиди. В резултат на това стана възможно да се изследват практиките за хранене и препитание, като се използват молекулярни и изотопни анализи на абсорбирани хранителни остатъци въз основа на стойностите δ13C и Δ13C.  

Растенията са основните производители на храна. Повечето растения използват C3 фотосинтеза за фиксиране на въглерода, поради което се наричат ​​C3 растения. Пшеница, ечемик, ориз, овес, ръж, кравешки грах, маниока, соя и т.н. са основните C3 растения. Те образуват скобата храна на човечеството. C4 растения (като царевица, захарна тръстика, просо и сорго) от друга страна, използват C4 фотосинтеза за въглеродна фиксация.  

Въглеродът има два стабилни изотопа, C-12 и C-13 (третият изотоп C-14 е нестабилен, следователно радиоактивен и се използва за датиране органичен археологически находки). От двата стабилни изотопа, по-лекият C-12 се усвоява за предпочитане при фотосинтезата. Фотосинтезата не е универсална; благоприятства фиксирането на C-12. Освен това C3 растенията поемат по-лек C-12 изотоп повече от C4 растенията. И растенията C3 и C4 дискриминират по-тежкия изотоп C-13, но растенията C4 не дискриминират толкова силно, колкото растенията C3. Обратно, при фотосинтезата и растенията C3 и C4 предпочитат изотопа C-12 пред C-13, но растенията C3 предпочитат C-12 повече от растенията C4. Това води до разлики в съотношението на стабилните изотопи на въглерода в растенията C3 и C4 и при животните, които се хранят с растения C3 и C4. Животно, хранено с C3 растения, ще има повече по-леки изотопи, отколкото животно, хранено с C4 растения, което означава, че липидна молекула с по-леко изотопно съотношение е по-вероятно да произхожда от животно, хранено с C3 растения. Това е концептуалната основа на съставен специфичен изотопен анализ на липиди (или всяка друга биомолекула за този въпрос), който помага при идентифицирането на източници на липидни остатъци в керамиката. Накратко, растенията C3 и C4 имат различни въглеродни изотопни съотношения. Стойността на δ13C за растенията C3 е по-лека между −30 и −23‰, докато за растенията C4 тази стойност е между −14 и −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 хилядолетие пр. н. е. опитомени животни като говеда, биволи, кози, овце и т.н. са присъствали в различни места в долината на Инд. Имаше предложения за използване на тези животни в храни за млечни продукти и месо, но няма убедителни научни доказателства в подкрепа на мнението. Анализ на стабилен изотоп на липиден остатък, извлечен от керамични парчета, събрани от Долината на Инд селищата предоставят най-ранните преки доказателства за преработка на млечни продукти в Южна Азия⁵. 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 

***