Isótopos estáveis na arqueologia – como e por que funcionam?
Although we often don’t think about bones as dynamic tissues they are in fact living structures and require nutrients throughout an individual’s life. Due to a number of metabolic processes occurring in all living organisms, dietary signals from food and nutrients are incorporated into an organism’s tissues – including bone - and can be identified through the analysis of carbon and nitrogen isotopic concentrations (Ambrose and Norr 1993).
Stable isotope analysis of carbon (δ13C) and nitrogen (δ15N) ratios are analysed in the collagen that is extracted from animal and human bones. This technique has proven to be very resourceful in the study of past populations diet and lifestyle. It is very useful because it can discriminate between broad categories of foods, distinguishing between the consumption of marine and terrestrial protein owing to the enriched carbon (δ13C) values of marine organisms; as well as differentiating between two groups of plants that use different photosynthetic pathways, C 4 plants (i.e. millet, sorghum, sugar cane, maize) and C3 plants (i.e. the majority of crops, fruits and vegetables growing in temperate climates). In addition, nitrogen (δ 15 N) values provide an indication on the position of an individual within the food chain, where organisms become increasingly enriched in 15N with each trophic level (Katzenberg 2008). An example of the main food groups and where they approximately appear on the graph is given in the figure below.
The first archaeological study to be conducted with this methodology in the 70’s looked at the carbon isotope in a prehistoric native american population to identify the early cultivation of maize in the New York state (Vogel and Merwe 1977). Since then, prehistoric sites have been widely analysed with this techniques, however it took a bit longer for historic populations to benefit from it. The first isotopic study conducted on a medieval population was published only 20 years later (Mays 1997) in the UK and Iberian medieval populations were first analysed in 2004 (Garcia et al. 2004). Similarly, post-medieval populations haven’t been targeted as much (Alexander et al. 2019) and there are no data for early modern Portuguese or Spanish populations. Sarilhos Grandes is therefore the first Portuguese early modern population that has been analysed with this technique and this project aims to bridge this gap in our knowledge of food practices in post-medieval Portugal.
To know more about how stable isotope analysis work here is a link to a video of stable isotope analysis conducted on bones from Durrington Walls and Stonehenge. https://www.stem.org.uk/resources/elibrary/resource/446863/festivals-feasting-and-animals-stonehenge
Alice
Isótopos estáveis na arqueologia – como e por que funcionam?
Embora muitas vezes não pensemos nos ossos como tecidos dinâmicos, eles são, na verdade, estruturas vivas e exigem nutrientes ao longo da vida de um indivíduo. Devido a vários processos metabólicos que ocorrem em todos os organismos vivos, os sinais dietéticos dos alimentos e nutrientes são incorporados nos tecidos de um organismo – incluindo osso – e podem ser identificados através da análise das concentrações isotópicas de carbono e nitrogênio (Ambrose e Norr 1993).
As concentrações de isótopos estáveis de carbono (δ13C) e nitrogénio (δ15N) são analisadas no colágeno que é extraído de ossos de animais e humanos. Esta técnica provou ser muito útil no estudo de dietas e estilo de vida de populações passadas, porque pode discriminar entre grandes categorias de alimentos, distinguindo entre o consumo de proteínas marinhas e terrestres, devido aos valores de carbono enriquecido (δ13C) dos organismos marinhos; bem como a diferenciação entre dois grupos de plantas que utilizam diferentes vias fotossintéticas, plantas C4 (i.e. milho-painço, sorgo, cana-de-açúcar, milho) e plantas C3 (isto é, a maioria dos cereais, frutas e vegetais que crescem em climas temperados). Além disso, os valores de nitrogénio (δ15N) fornecem uma indicação sobre a posição de um indivíduo dentro da cadeia alimentar, onde os organismos se tornam cada vez mais enriquecidos em 15N com cada nível trófico (Katzenberg 2008). Um exemplo dos grupos de comida principais e onde aparecem aproximadamente no gráfico encontra-se na figura abaixo.
O primeiro estudo arqueológico a ser realizado com esta metodologia nos anos ‘70 examinou o isótopo de carbono numa população indígena pré-histórica para identificar o cultivo inicial de milho no estado de Nova Iorque (Vogel e Merwe, 1977). Desde então, os sítios pré-históricos foram amplamente analisados com essas técnicas, mas demorou um pouco mais para que as populações históricas beneficiassem das mesmas. O primeiro estudo isotópico conduzido numa população medieval foi publicado apenas 20 anos depois (Mays 1997) no Reino Unido e as populações medievais ibéricas foram analisadas pela primeira vez em 2004 (Garcia et al. 2004). Da mesma forma, as populações pós-medievais não foram alvo de tanto interesse (Alexander et al. 2019) e não há dados para populações portuguesas ou espanholas do início da era moderna. Sarilhos Grandes é, portanto, a primeira população de idade moderna em Portugal que foi analisada com esta técnica e este projeto visa colmatar esta lacuna no nosso conhecimento das práticas alimentares no Portugal pós-medieval.
Para saber mais sobre como a análise de isótopos estáveis funciona, aqui fica uma ligação a um vídeo de análise de isótopos estáveis realizadas em ossos de Durrington Walls e de Stonehenge na Inglaterra. https://www.stem.org.uk/resources/elibrary/resource/446863/festivals-feasting-and-animals-stonehenge
Alice
Bibliography/ Bibliografia
Alexander, M. M. et al. (2019). Economic and socio-cultural consequences of changing political rule on human and faunal diets in medieval Valencia (c. fifth–fifteenth century AD) as evidenced by stable isotopes. Archaeological and anthropological sciences. [Online]. Available at: doi:10.1007/s12520-019-00810-x.
Ambrose, S. H. and Norr, L. (1993). Experimental Evidence for the Relationship of the Carbon Isotope Ratios of Whole Diet and Dietary Protein to Those of Bone Collagen and Carbonate. In: Prehistoric Human Bone. Springer, Berlin, Heidelberg. pp.1–37. [Accessed 11 July 2017].
Garcia, E, Eulalia Subira, M, Richards, P. (2004). Régime et société d’après l’analyse des isotopes stables: l’exemple de la population de «Can Reinés» (Mallorca, Espagne, 600 ap. J.C.). Antropo, 7, pp.171–176.
Katzenberg, M. A. (2008). Stable Isotope Analysis: A Tool for Studying Past Diet, Demography, and Life History. In: Katzenberg, M. A. and Saunders, S. R. (Eds). Biological Anthropology of the Human Skeleton. Hoboken, NJ, USA : John Wiley & Sons, Inc. pp.411–441.
Mays, S. A. (1997). Carbon Stable Isotope Ratios in Mediaeval and Later Human Skeletons From Northern England. Journal of archaeological science, 24 (6), pp.561–568.
Vogel, J. C. and Merwe, N. J. van der. (1977). Isotopic Evidence for Early Maize Cultivation in New York State. American antiquity, 42 (2), Society for American Archaeology., pp.238–242.