Hur lipidanalyser reder ut gamla matvanor och kulinariska metoder

Kromatografi och föreningsspecifik isotopanalys av lipidrester i forntida keramik säger mycket om forntida livsmedelsproduktion vanor och kulinariska metoder. Under de senaste två decennierna har denna teknik framgångsrikt använts för att nysta upp forntida livsmedelsproduktion metoder för flera arkeologiska platser i världen. Forskare har nyligen tillämpat denna teknik på keramik som samlats in från flera arkeologiska platser i Indus Valley Civilisation. Det viktigaste vetenskapliga fyndet var dominansen av fetter från icke-idisslare i kokkärlen, vilket innebar att icke-idisslare djur (som häst, gris, fjäderfä, fågel, kanin, etc.) kokades i kärlen under en lång period. Detta motsäger den långvariga uppfattningen (baserat på faunabevis) att idisslare djur (som nötkreatur, buffel, rådjur, etc) konsumerades som livsmedelsproduktion av folket i Indusdalen.  

Arkeologiska utgrävningar av viktiga platser under det senaste århundradet gav mycket information om forntida människors kultur och bruk. Men att förstå kost- och försörjningsmetoder som var utbredda i forntida förhistoriska samhällen utan några skriftliga uppteckningar brukade vara en uppförsbacke eftersom inte mycket av det som utgjorde "mat" fanns kvar på grund av nästan fullständig naturlig nedbrytning av livsmedelsproduktion och biomolekyler. Under de senaste två decennierna har de vanliga kemiska teknikerna för kromatografi och föreningsspecifik analys av förhållandet mellan stabila isotoper av kol gjort intåg i arkeologiska studier som gör det möjligt för forskare att hitta källor till lipider. Som ett resultat har det blivit möjligt att undersöka kost- och försörjningsmetoder med hjälp av molekylära och isotopanalyser av absorberade matrester baserat på δ13C- och Δ13C-värdena.  

Växter är de primära producenterna av mat. De flesta växter använder C3-fotosyntes för att fixera kol, och kallas därför C3-växter. Vete, korn, ris, havre, råg, cowpea, kassava, sojabönor etc är de viktigaste C3-växterna. De utgör basen livsmedelsproduktion av mänskligheten. C4-växter (som majs, sockerrör, hirs och sorghum) använder å andra sidan C4-fotosyntes för kolfixering.  

Kol har två stabila isotoper, C-12 och C-13 (den tredje isotopen C-14, är instabil och därför radioaktiv och används för datering ekologisk arkeologiska fynd). Av de två stabila isotoperna tas den lättare C-12 företrädesvis upp i fotosyntesen. Fotosyntes är inte universell; det gynnar fixering av C-12. Vidare tar C3-växter upp lättare C-12-isotop mer än C4-växter gör. Både C3- och C4-växter diskriminerar tyngre C-13-isotop men C4-växter diskriminerar inte lika hårt som C3-växter. Omvänt, i fotosyntes, gynnar både C3- och C4-växter C-12-isotop framför C-13, men C3-växter gynnar C-12 mer än C4-växter. Detta resulterar i skillnader i förhållandet mellan stabila isotoper av kol i C3- och C4-växter och hos djur som livnär sig på C3- och C4-växter. Ett djur som matas på C3-växter kommer att ha mer av lättare isotoper än ett djur som matas med C4-växter, vilket betyder att en lipidmolekyl med lättare isotopförhållande är mer sannolikt att ha sitt ursprung från ett djur som matats med C3-växter. Detta är den konceptuella grunden för föreningsspecifik isotopanalys av lipid (eller någon annan biomolekyl för den delen) som hjälper till att identifiera källor till lipidrester i keramik. I ett nötskal har C3- och C4-växter olika kolisotopförhållanden. δ13C-värdet för C3-växter är lättare mellan −30 och −23‰ medan för C4-växter är detta värde mellan −14 och −12‰. 

Efter extraktion av lipidrester från proverna av keramik, är det första nyckelsteget att separera olika lipidbeståndsdelar med hjälp av tekniken gaskromatografi-masspektrometri (GC-MS). Detta ger ett lipidkromatogram av provet. Lipider bryts ned med tiden så det vi vanligtvis hittar i gamla prover är fettsyror (FA), speciellt palmitinsyra (C₁₆) och stearinsyra (C₁₈). Således hjälper denna kemiska analysteknik att identifiera fettsyror i provet, men den ger ingen information om fettsyrornas ursprung. Det måste ytterligare fastställas om en specifik fettsyra som identifierats i det gamla kokkärlet härstammar från mejeri- eller djurkött eller växt. Fettsyraresterna i keramikerna beror på vad som tillagades i kärlet förr i tiden. 

C3- och C4-växter har olika förhållanden av stabila isotoper av kol på grund av preferentiellt upptag av lättare C12-isotop under fotosyntes. På liknande sätt har djur som utfodras med C3- och C4-växter olika förhållanden, till exempel kommer tama nötkreatur (idisslare som ko och buffel) som utfodras med C4-mat (som hirs) att ha ett annat isotopförhållande än de mindre tama djuren som get, får och gris som vanligtvis betar och trivs på C3-växter. Vidare har mejeriprodukter och kött som härrör från idisslare nötkreatur olika isotopförhållanden på grund av skillnader i syntes av fetter i deras bröstkörtel och fettvävnad. Att fastställa ursprunget för en specifik fettsyra som identifierats tidigare görs genom analys av förhållandena mellan stabila isotoper av kol. Tekniken för gaskromatografi-förbränning-isotopförhållande masspektrometri (GC-C-IRMS) används för att analysera isotopförhållanden för de identifierade fettsyrorna.   

Betydelsen av kvotanalys av stabila kolisotoper i lipidrester i arkeologiska studier av förhistoriska platser visades 1999 när studien av arkeologiska platser i Wales Borderlands, Storbritannien, kunde göra en tydlig skillnad mellan fetter från icke-idisslare (t.ex. svin) och ursprung från idisslare (t.ex. får eller nötkreatur).¹. Detta tillvägagångssätt skulle kunna ge avgörande bevis på den första mejeriproduktionen i gröna Sahara-Afrika under det femte årtusendet f.Kr. Nordafrika var grön med växtlighet då och förhistoriska sahariska afrikanska människor hade anammat mejerimetoder. Detta drogs slutsatsen på basis av δ13C- och Δ13C-värden för de viktigaste alkansyrorna i mjölkfett som identifierats i keramik². Liknande analyser gav det tidigaste direkta beviset på mejeriförädling och konsumtion av pastorala neolitiska samhällen i östra Afrika³ och under tidig järnålder, norra Kina⁴. 

I södra Asien går bevis på domesticering tillbaka till den 7^th årtusendet f.Kr. Vid 4^th årtusendet f.Kr., domesticerade djur som nötkreatur, buffel, get, får etc fanns på olika platser i Indusdalen. Det fanns förslag på användning av dessa djur i mat för mejeriprodukter och kött men inga avgörande vetenskapliga bevis för att stödja uppfattningen. Stabil isotopanalys av lipidrester extraherad från keramiska strimlor insamlade från Indusdalen bosättningar ger det tidigaste direkta beviset på mejeriförädling i södra Asien⁵. I en annan nyligen utförd, mer utarbetad, systematisk studie av lipidrester från pottfragment som samlats in från flera platser i Indus Valley, försökte forskare fastställa vilken typ av livsmedel som används i kärlen. Isotopanalys bekräftade användningen av animaliskt fett i kärl. Viktiga vetenskapliga fynd var dominansen av fetter från icke-idisslare i matlagningskärlen⁶ antydde icke-idisslare djur (såsom häst, gris, fjäderfä, fågel, kanin, etc) kokades i kärlen under en lång period och konsumerades som mat. Detta motsäger en länge hållen uppfattning (baserat på faunabevis) att idisslare djur (som nötkreatur, buffel, rådjur, getter etc) konsumerades som mat av människor i Indusdalen.  

Otillgänglighet av lokala moderna referensfetter och möjligheten att blanda växter och animaliska produkter är begränsningar för denna studie. För att övervinna möjliga effekter från blandning av växt- och djurprodukter, och för en helhetssyn, inkorporerades analys av stärkelsekorn i lipidresteranalyser. Detta stödde tillagning av växter, spannmål, baljväxter etc i kärlet. Detta hjälper till att övervinna vissa begränsningar⁷. 

*** 

Referenser:  

1. Dudd SN et al, 1999. Bevis för varierande mönster för exploatering av animaliska produkter i olika förhistoriska keramiktraditioner baserat på lipider som bevaras i ytan och absorberade rester. Journal of Archaeological Science. Volym 26, nummer 12, december 1999, sid 1473-1482. DOI: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. et al. Första mejeriverksamheten i det gröna Sahara-Afrika under det femte årtusendet f.Kr. Nature 486, 390–394 (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Grillo KM et al 2020. Molekylära och isotopiska bevis för mjölk, kött och växter i förhistoriska östafrikanska herdarfödasystem. PNAS. 117 (18) 9793-9799. Publicerad 13 april 2020. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. Han B., et al, 2021. Lipidresteranalys av keramiska kärl från Liujiawa-platsen i RuiState (tidig järnålder, norra Kina). Journal Of Quaternary Science (2022)37(1) 114–122. DOI: https://doi.org/10.1002/jqs.3377 

5. Chakraborty, KS, Slater, GF, Miller, H.ML. et al. Föreningsspecifik isotopanalys av lipidrester ger det tidigaste direkta beviset för mejeriproduktbearbetning i södra Asien. Sci Rep 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Suryanarayan A., et al, 2021. Lipidrester i keramik från Induscivilisationen i nordvästra Indien. Journal of Archaeological Science. Volym 125, 2021,105291. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. García-Granero Juan José, et al, 2022. Integrering av lipid- och stärkelsekornanalyser från keramikkärl för att utforska förhistoriska matställen i norra Gujarat, Indien. Frontiers in Ecology and Evolution, 16 mars 2022. Sec. Paleontologi. DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

Bibliografi  

1. Irto A., et al, 2022. Lipider i arkeologisk keramik: En översyn av deras provtagnings- och extraktionstekniker. Molecules 2022, 27(11), 3451; DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Suryanarayan, A. 2020. Vad lagar mat i Indus Civilisation? Undersöka Indus mat genom keramisk lipidresteranalys (Doktorsavhandling). Universitetet i Cambridge. DOI: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Suryanarayan, A. 2021. Föreläsning – Lipid Residues in Pottery from the Indus Civilization. Tillgänglig på https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo 

***