Πώς αναλύει τα λιπίδια ξεδιαλύνει τις αρχαίες διατροφικές συνήθειες και τις μαγειρικές πρακτικές

Chromatography and compound specific isotope analysis of lipid remains in ancient pottery tell a lot about ancient τροφή habits and culinary practices. In the last two decades, this technique has successfully been employed to unravel ancient τροφή practices of several archaeological sites in the world. Researchers have applied this technique recently to the potteries collected from multiple archaeological sites of Indus Valley Civilisation. The key scientific finding was dominance of non-ruminant fats in the cooking vessels implying non-ruminant animals (such as horse, pigs, poultry, fowl, rabbit, etc) were cooked in the vessels over a long period. This contradicts the long held view (based on faunal evidence) that ruminant animals (such as cattle, buffalo, deer,etc) were consumed as τροφή by Indus Valley people.  

Archaeological excavations of important sites in the past century provided lot of information about the culture and practices of ancient people. However, understanding diet and subsistence practices prevalent in ancient prehistoric societies with no written records used to be an uphill task because not much of what constituted ‘food’ were left due to almost complete natural degradation of τροφή and biomolecules. In the last two decades, the standard chemical techniques of chromatography and compound specific analysis of the ratio of stable isotopes of carbon have made inroads in archaeological studies enabling researchers to pinpoint sources of lipids. As a result, it has become possible to investigate diet and subsistence practices using molecular and isotopic analyses of absorbed food residues based on the δ13C and Δ13C values.  

Plants are the primary producers of food. Most plants use C3 photosynthesis to fix carbon, hence are called C3 plants. Wheat, barley, rice, oats, rye, cowpea, cassava, soybean etc are the main C3 plants. They form the staple τροφή of mankind. C4 plants (such as corn, sugarcane, millet, and sorghum) on the other hand, use C4 photosynthesis for carbon fixation.  

Carbon has two stable isotopes, C-12 and C-13 (the third isotope C-14, is unstable hence radioactive and is used for dating οργανικές archaeological finds). Of the two stable isotopes, the lighter C-12 is preferentially taken up in photosynthesis. Photosynthesis is not universal; it favours fixation of C-12. Further, C3 plants take up lighter C-12 isotope more than C4 plants do. Both C3 and C4 plants discriminate against heavier C-13 isotope but C4 plants do not discriminate as heavily as C3 plants. Put conversely, in photosynthesis, both C3 and C4 plants favour C-12 isotope over C-13 but C3 plants favours C-12 more than C4 plants. This results in differences in ratio of stable isotopes of carbon in C3 and C4 plants and in animals that feed on C3 and C4 plants. An animal fed on C3 plants will have more of lighter isotopes than an animal fed on C4 plants meaning a lipid molecule with lighter isotope ratio is more likely to have originated from an animal fed on C3 plants. This is the conceptual basis of compound specific isotope analysis of lipid (or any other biomolecule for that matter) that helps in identifying sources of lipid residues in the pottery. In a nutshell, C3 and C4 plants have different carbon isotopic ratios. The δ13C value for C3 plants is lighter between −30 and −23‰ while for C4 plants this value is between −14 and −12‰. 

Μετά την εκχύλιση των λιπιδικών υπολειμμάτων από τα δείγματα των αγγείων, το πρώτο βασικό βήμα είναι ο διαχωρισμός διαφορετικών λιπιδικών συστατικών με τη χρήση της τεχνικής της Αέριας χρωματογραφίας-φασματοσκοπίας μάζας (GC-MS). Αυτό δίνει ένα λιπιδικό χρωματογράφημα του δείγματος. Τα λιπίδια αποικοδομούνται με την πάροδο του χρόνου, έτσι αυτό που συνήθως βρίσκουμε σε αρχαία δείγματα είναι τα λιπαρά οξέα (FA), ειδικά το παλμιτικό οξύ (C₁₆) και στεατικό οξύ (C₁₈). Έτσι, αυτή η τεχνική χημικής ανάλυσης βοηθά στην αναγνώριση των λιπαρών οξέων στο δείγμα, αλλά δεν δίνει πληροφορίες για την προέλευση των λιπαρών οξέων. Πρέπει να εξακριβωθεί περαιτέρω εάν ένα συγκεκριμένο λιπαρό οξύ που εντοπίστηκε στο αρχαίο μαγειρικό σκεύος προερχόταν από γαλακτοκομικά ή ζωικά κρέατα ή φυτά. Τα υπολείμματα λιπαρών οξέων στα αγγεία εξαρτώνται από το τι μαγειρεύονταν στο σκεύος στην αρχαιότητα. 

Τα φυτά C3 και C4 έχουν διαφορετικές αναλογίες σταθερών ισοτόπων άνθρακα λόγω της προτιμησιακής πρόσληψης ελαφρύτερου ισοτόπου C12 κατά τη φωτοσύνθεση. Ομοίως, τα ζώα που τρέφονται με φυτά C3 και C4 έχουν διαφορετικές αναλογίες, για παράδειγμα, τα εξημερωμένα βοοειδή (μηρυκαστικά όπως αγελάδα και βουβάλι) που τρέφονται με τροφή C4 (όπως κεχρί) θα έχουν διαφορετική αναλογία ισοτόπων από τα μικρότερα εξημερωμένα ζώα όπως κατσίκα, πρόβατα και γουρούνι που συνήθως βόσκουν και ευδοκιμούν σε φυτά C3. Επιπλέον, τα γαλακτοκομικά προϊόντα και το κρέας που προέρχεται από βοοειδή μηρυκαστικών έχουν διαφορετικές αναλογίες ισοτόπων λόγω των διαφορών στη σύνθεση των λιπών στον μαστικό αδένα και στον λιπώδη ιστό τους. Η εξακρίβωση της προέλευσης ενός συγκεκριμένου λιπαρού οξέος που προσδιορίστηκε νωρίτερα γίνεται μέσω ανάλυσης αναλογιών σταθερών ισοτόπων άνθρακα. Η τεχνική της φασματομετρίας μάζας αναλογίας αερίου-χρωματογραφίας καύσης-ισότοπου (GC-C-IRMS) χρησιμοποιείται για την ανάλυση των αναλογιών ισοτόπων των ταυτοποιημένων λιπαρών οξέων.   

Η σημασία της ανάλυσης αναλογιών σταθερών ισοτόπων άνθρακα σε υπολείμματα λιπιδίων σε αρχαιολογικές μελέτες προϊστορικών τοποθεσιών καταδείχθηκε το 1999 όταν η μελέτη του αρχαιολογικού χώρου στο Welsh Borderlands, UK, μπόρεσε να κάνει σαφή διάκριση μεταξύ λιπών από μη μηρυκαστικά (π.χ. χοίρος) και προέλευση μηρυκαστικών (π.χ. προβατοειδών ή βοοειδών).¹. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να παράσχει οριστική απόδειξη της πρώτης γαλακτοπαραγωγής στην πράσινη Αφρική της Σαχάρας την πέμπτη χιλιετία π.Χ. Η Βόρεια Αφρική ήταν τότε πράσινη με βλάστηση και οι προϊστορικοί Αφρικανοί της Σαχάρας είχαν υιοθετήσει γαλακτοκομικές πρακτικές. Αυτό συνήχθη με βάση τις τιμές δ13C και Δ13C των κύριων αλκανοϊκών οξέων του λίπους γάλακτος που εντοπίστηκαν σε αγγεία². Παρόμοιες αναλύσεις παρείχαν την πρώτη άμεση απόδειξη της επεξεργασίας και κατανάλωσης γαλακτοκομικών προϊόντων από ποιμενικές νεολιθικές κοινωνίες στην ανατολική Αφρική³ και στην πρώιμη εποχή του σιδήρου, στη βόρεια Κίνα⁴. 

Στη Νότια Ασία, τα στοιχεία εξημέρωσης χρονολογούνται από τον 7ο αιώνα^th χιλιετία π.Χ. Μέχρι 4^th millennium BC, domesticated animals like cattle, buffalo, goat, sheep etc were present across various Indus Valley sites. There were suggestions of utilisation of these animals in food for dairy and meat but no conclusive scientific evidence to support the view. Stable isotope analysis of lipid residue extracted from ceramic shreds collected from Κοιλάδα Ινδού settlements provide the earliest direct evidence of dairy processing in South Asia⁵. Σε μια άλλη πρόσφατη, πιο περίπλοκη, συστηματική μελέτη υπολειμμάτων λιπιδίων από θραύσματα γλάστρας που συλλέχθηκαν από πολλαπλές τοποθεσίες στην κοιλάδα του Ινδού, οι ερευνητές προσπάθησαν να καθορίσουν τον τύπο των τροφίμων που χρησιμοποιούνται στα αγγεία. Η ανάλυση ισοτόπων επιβεβαίωσε τη χρήση ζωικών λιπών σε αγγεία. Βασικό επιστημονικό εύρημα ήταν η κυριαρχία των μη μηρυκαστικών λιπών στα μαγειρικά δοχεία⁶ υπονοώντας μη μηρυκαστικά ζώα (όπως άλογο, χοίροι, πουλερικά, πτηνά, κουνέλι, κ.λπ.) μαγειρεύονταν στα αγγεία για μεγάλο χρονικό διάστημα και καταναλώνονταν ως τροφή. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με μια μακροχρόνια άποψη (που βασίζεται σε στοιχεία πανίδας) ότι τα μηρυκαστικά ζώα (όπως βοοειδή, βουβάλια, ελάφια, κατσίκες κ.λπ.) καταναλώνονταν ως τροφή από τους ανθρώπους της κοιλάδας του Ινδού.  

Η μη διαθεσιμότητα τοπικών σύγχρονων λιπαρών αναφοράς και η δυνατότητα ανάμειξης φυτών και ζωικών προϊόντων αποτελούν περιορισμούς αυτής της μελέτης. Για να ξεπεραστούν πιθανές επιπτώσεις που προκύπτουν από την ανάμειξη φυτικών και ζωικών προϊόντων, και για μια ολιστική άποψη, η ανάλυση κόκκων αμύλου ενσωματώθηκε στις αναλύσεις υπολειμμάτων λιπιδίων. Αυτό υποστήριζε το μαγείρεμα φυτών, δημητριακών, οσπρίων κ.λπ. στο δοχείο. Αυτό βοηθά να ξεπεραστούν ορισμένοι περιορισμοί⁷. 

*** 

αναφορές:  

1. Νταντ ΣΝ et αϊ 1999. Στοιχεία για ποικίλα πρότυπα εκμετάλλευσης ζωικών προϊόντων σε διαφορετικές προϊστορικές παραδόσεις κεραμικής με βάση τα λιπίδια που διατηρούνται στην επιφάνεια και τα απορροφημένα υπολείμματα. Journal of Archaeological Science. Τόμος 26, Τεύχος 12, Δεκέμβριος 1999, Σελίδες 1473-1482. DOI: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, Μ. et αϊ. Πρώτη γαλακτοκομία στην πράσινη Αφρική της Σαχάρας την πέμπτη χιλιετία π.Χ. Nature 486, 390–394 (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Grillo KM et al 2020. Μοριακά και ισοτοπικά στοιχεία για το γάλα, το κρέας και τα φυτά σε προϊστορικά συστήματα τροφής για βοσκούς της Ανατολικής Αφρικής. PNAS. 117 (18) 9793-9799. Δημοσιεύθηκε στις 13 Απριλίου 2020. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. Han B., et αϊ 2021. Ανάλυση υπολειμμάτων λιπιδίων κεραμικών αγγείων από την τοποθεσία Liujiawa του RuiState (πρώιμη εποχή του σιδήρου, βόρεια Κίνα). 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. Η ειδική ανάλυση ισοτόπων της ένωσης των υπολειμμάτων λιπιδίων παρέχει τις πρώτες άμεσες ενδείξεις επεξεργασίας γαλακτοκομικών προϊόντων στη Νότια Ασία. Sci Rep 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Suryanarayan A., et αϊ 2021. Υπολείμματα λιπιδίων στην κεραμική από τον πολιτισμό του Ινδού στη βορειοδυτική Ινδία. Journal of Archaeological Science. Τόμος 125, 2021,105291. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. García-Granero Juan José, et αϊ 2022. Ενσωμάτωση αναλύσεων κόκκων λιπιδίων και αμύλου από αγγεία κεραμικής για την εξερεύνηση προϊστορικών τρόπων τροφής στο βόρειο Γκουτζαράτ της Ινδίας. Frontiers in Ecology and Evolution, 16 Μαρτίου 2022. Sec. Παλαιοντολογία . DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

Βιβλιογραφία  

1. Ηρτώ Α., et αϊ 2022. Lipids in Archaeological Pottery: A Review on their Sampling and Extraction Techniques. Molecules 2022, 27(11), 3451; DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Suryanarayan, A. 2020. Τι είναι το μαγείρεμα στον πολιτισμό του Ινδού; Διερεύνηση της τροφής Indus μέσω ανάλυσης υπολειμμάτων κεραμικών λιπιδίων (Διδακτορική διατριβή). Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ. DOI: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

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

***