Nowa technologia chroni dziedzictwo kulturowe artefaktów kostnych

Pokazuje innowacyjną metodę opracowaną przez włoski zespół, która zrewolucjonizuje dziedzinę archeologii i datowania radiowęglowego oraz ochroni nasze dziedzictwo kulturowe. Naukowcy wykorzystali go z zaskakującymi wynikami na szczątkowych kościach, dzięki czemu „niewidzialne” stało się widoczne.

To ważne osiągnięcie, opublikowane w czasopiśmie Communications Chemistry of the Nature, jest wynikiem szeroko zakrojonych prac badawczych koordynowanych przez profesor Sahrę Talamo, w których współpracowali eksperci z dziedziny chemii analitycznej z Uniwersytetu w Bolonii i Uniwersytetu w Genui.

Grupa opracowała nową technikę analizy archeologicznych kości, która po raz pierwszy pozwala na ilościowe i mapowanie kolagenu o wysokiej rozdzielczości, niewidzialnego białka niezbędnego do datowania radiowęglowego, a tym samym uzyskiwania nowych informacji o człowieku. rozwój.

„Nasze wyniki zapewnią znaczny postęp w badaniach nad ewolucją człowieka” – mówi Talamo, współautor badania i dyrektor laboratorium datowania radiowęglowego BRAVHO na Uniwersytecie w Bolonii. „Ponieważ będziemy w stanie ograniczyć niszczenie cennego materiału kostnego, który podlega ochronie i promocji europejskiego dziedzictwa kulturowego, a tym samym pozwolimy kontekstualizować wartościowe obiekty, podając dokładny wiek kalendarzowy”.

Wiele z najrzadszych prehistorycznych kości znalezionych przez archeologów jest niezwykle cennych i uważanych za część naszego dziedzictwa kulturowego i historycznego. Kości mogą dostarczyć wielu informacji o życiu starożytnych mieszkańców: co jedli, ich zwyczajach reprodukcyjnych, chorobach i migracjach, które odbywali. Jednak kości nie mogą dostarczyć nam wszystkich potrzebnych informacji. Ich zdolność do przekazywania informacji jest ograniczona ilością zachowanego w nich kolagenu.

Aby połączyć potrzebę jak najbezpieczniejszego zachowania artefaktów z koniecznością wykonywania analiz radiowęglowych, naukowcy opracowali zatem innowacyjną metodę, która pozwala im, dzięki kamerze sprzężonej z bliską podczerwienią, wykryć średnią zawartość kolagenu w obserwowane próbki.

„Wykorzystaliśmy technologię obrazowania, aby nieniszcząco określić obecność kolagenu w próbkach kości, aby wybrać najbardziej odpowiednie próbki (lub regiony próbek) do poddania analizie datowania radiowęglowego” – mówi Christina Malligori, pierwsza autorka artykułu. Pracownik naukowy na Wydziale Farmacji Uniwersytetu w Genui. „Obrazowanie hiperspektralne w bliskiej podczerwieni (HSI) zostało użyte w połączeniu z modelem chemometrycznym do wygenerowania chemicznych obrazów rozkładu kolagenu w starożytnej kości. Ten model mierzy ilość kolagenu w każdym pikselu, a tym samym zapewnia chemiczne mapowanie zawartości kolagenu.”

Analiza wszystkich kości na jednym stanowisku archeologicznym w celu zachowania kolagenu jest bardzo trudna, kosztowna i czasochłonna, a co ważniejsze, doprowadzi do zniszczenia cennego materiału. W rzeczywistości ludzkie skamieliny i/lub artefakty kostne stały się z czasem rzadsze i bardziej wartościowe. Ze względu na zmiany genetyczne kolagenu w czasie, do wyekstrahowania wystarczającej ilości kolagenu do spektrometrii mas (AMS) 14C (minimalna 1% wydajność) konieczna jest duża początkowa masa kości z paleolitu (≥500 mg materii kostnej). Co więcej, wiele z najcenniejszych kości archeologicznych jest bardzo małych (surowe, nieniszczące informacje o rozmieszczeniu kolagenu w próbce kości mają kluczowe znaczenie.

W tym kontekście technika opisana w tym badaniu naprawdę błyszczy, ponieważ pozwala uzyskać informacje o lokalizacji i zawartości kolagenu wciąż obecnego w próbce kości.

„Kamera hiperspektralna bliskiej podczerwieni (NIR-HSI) zastosowana w bieżącym badaniu to liniowy system skanujący (push sweeper), który pozyskuje obrazy chemiczne, na piksel, pełnego widma w widmie widmowym 1000–2500 nm. (promienie bliskiej podczerwieni), mówi Giorgia Cioto, współautorka artykułu i profesor chemii dziedzictwa środowiskowego i kulturowego na Uniwersytecie w Bolonii. „Analiza NIR-HSI jest całkowicie nieniszcząca. Czas analizy pojedynczej próbki kości to kilka minut, dzięki czemu system może przebadać wiele próbek w ciągu jednego dnia, aby znaleźć te właściwe do analizy, oszczędzając czas, pieniądze i niepotrzebne marnotrawstwo cennych materiałów, co znacznie skraca czas, koszty i uszkodzenia cennych próbek.”

Oczekuje się, że technika ta pomoże w doborze próbek do analizy radiowęglowej w wielu miejscach, gdzie wcześniejsze próby nie były możliwe z powodu złego stanu zachowania.

„Ta nowa technika pozwala nie tylko wybrać najlepsze próbki, ale także wybrać punkt poboru w wybranych próbkach na podstawie oczekiwanej ilości kolagenu” – mówi Paolo Oliveri, współautor artykułu i profesor w Katedrze Farmakologii na Uniwersytecie w Genui. Ta metoda pomaga znacznie zmniejszyć liczbę zniszczonych próbek do analizy w temperaturze 14°C i pomaga w kości uniknąć wybierania obszarów, które mogą zawierać niewystarczającą ilość kolagenu w historii. Zwiększa to ochronę cennych materiałów archeologicznych”.

„Potencjał metody zaproponowanej w bieżącym badaniu polega na rodzaju i ilości informacji dostarczanych przez model predykcyjny, który odpowiada na dwa podstawowe i uzupełniające się pytania dotyczące charakterystyki kolagenu kostnego: ile i gdzie”, mówi Christina Maggiore, pierwsza autor artykułu.

Zatem to podejście eksperymentalne może dostarczyć informacji ilościowych dotyczących średniej zawartości kolagenu obecnego w całej próbce przedłożonej do badań. Skanowanie może być wykonywane nie tylko na małych, zlokalizowanych obszarach (jak w przypadku analizy jednopunktowej), ale może również obejmować całą powierzchnię próbki, dając w ten sposób większą i bardziej znaczącą ilość danych. Ponadto połączenie systemu HSI z regresją PLS pozwoliło po raz pierwszy na próbkach starożytnej kości nie tylko określić całkowitą zawartość kolagenu, ale także określić jego lokalizację z dużą rozdzielczością przestrzenną (~30 μm), oraz uzyskać ilościowe mapy chemiczne.

„Jeśli chodzi o datowanie radiowęglowe, możemy strategicznie pobierać próbki kości o wysokiej wartości dziedzictwa. Na przykład znajomość dokładnej ilości kolagenu skoncentrowanego w określonym obszarze kości pozwala nam wyciąć tylko tę część” – mówi Talamo. „Ponadto, gdy prognozy dotyczące kolagenu wskazują, że kość była słabo zachowana, możemy zdecydować się na wykonanie miękkiej obróbki w temperaturze 14°C, aby zminimalizować utratę kolagenu podczas ekstrakcji”.

Ogólnie rzecz biorąc, to innowacyjne i krytyczne połączenie spektroskopii NIR-HSI i metody radiowęglowej dostarcza po raz pierwszy szczegółowych informacji na temat obecności kolagenu w archeologicznej kości, zmniejszając koszty laboratoryjne dzięki datowaniu materiału nadającego się do zaledwie 14 ° C i zwiększając liczbę kości archeologiczne, które Można go zachować i dlatego jest dostępny do przyszłych badań.