Heating and resin impregnation influence protein recovery and ZooMS identification of bone

In den stillen Schichten der Erde finden Archäologen oft die verkohlten Überreste antiker Mahlzeiten, Herde und Rituale. Diese verbrannten Knochen erzählen Geschichten darüber, was die Menschen aßen, wie sie kochten und sogar, wie sie ihre Toten ehrten. Lange Zeit war die Identifizierung dieser Fragmente ein Spiel mit visuellen Hinweisen: Eine geschwärzte Kante konnte auf ein Feuer hindeuten, während ein weißes, kreidiges Stück auf intensive Hitze hinwies. Doch Feuer ist eine zerstörerische Kraft. Es zertrümmert Knochen in winzige, unerkennbare Stücke und, wie Wissenschaftler lange glaubten, es „kocht“ genau jene Moleküle weg, die zur Identifizierung der Tierart benötigt werden. Die vorherrschende Lehrmeinung war, dass die Proteine im Inneren des Knochens – die biologischen Bausteine, die die genetische Signatur eines Tieres tragen – nach dem Verbrennen unwiederbringlich zerstört sind. Diese Annahme hinterließ eine Lücke in unserem Verständnis der Vergangenheit, da viele der interessantesten feuerbedingten Funde anonym bleiben.

Eine neue Studie stellt diese Annahme infrage und bietet einen klareren Weg nach vorn, um die in verbrannten Knochen verborgenen Geschichten zu lesen. Forscher gingen der Frage nach, wie viel Hitze ein Knochen genau vertragen kann, bevor seine Proteinidentität für immer verloren geht, und ob die gängige Praxis, diese fragilen Funde in Kunststoffharz zu konservieren, die Ergebnisse beeinflusst. Indem sie moderne Schweinerippen auf spezifische Temperaturen erhitzten und die verbleibenden Proteine analysierten, entdeckte das Team, dass eine Identifizierung bis zu einem gewissen Punkt möglich ist, aber dass die Methode, mit der der Knochen konserviert wird, den Erfolg oder Misserfolg der Analyse bestimmen kann. Ihre Arbeit liefert einen praktischen Leitfaden für Archäologen und zeigt, dass Feuer zwar Informationen zerstört, sie aber nicht immer vollständig auslöscht, sofern die richtigen Techniken angewandt werden.

Die Forscher begannen mit einem einfachen, kontrollierten Experiment unter Verwendung von Rippen von Hausschweinen. Sie schnitten die Knochen in kleine Stücke und platzierten sie in einem Ofen, wobei sie sie schrittweise erhitzten. Sie starteten bei 50 Grad Celsius und stiegen in kleinen Schritten bis auf 350 Grad an, dann sprangen sie in 100-Grad-Schritten bis auf 750 Grad hoch. Dieser Bereich deckte alles ab, vom langsamen Rösten bis zur intensiven Hitze einer Kremation. Um das Geschehen in einem echten archäologischen Labor nachzuahmen, in dem fragile verbrannte Knochen oft in Harz eingebettet werden, um sie unter einem Mikroskop zu untersuchen, behandelten sie die Hälfte ihrer Proben nach der Erhitzung mit einem flüssigen Kunststoffharz. Sie verglichen diese harzbehandelten Proben dann mit den unbehandelten.

Das Team nutzte zwei Hauptwerkzeuge, um die Knochen zu untersuchen. Zuerst verwendeten sie eine Technik namens Infrarotspektroskopie, die wie ein chemischer Fingerabdruckscanner fungiert. Dieses Werkzeug maß, wie sich die innere Struktur des Knochens bei steigender Hitze veränderte. Sie fanden heraus, dass der Knochen mit steigender Temperatur an Gewicht verlor und die Farbe änderte, indem er sich von Schwarz nach Weiß wandelte, während er vollständig verkalkte. Der chemische Scanner zeigte, dass die Proteine im Inneren des Knochens mit zunehmender Hitze zu zerfallen begannen, aber das Knochenmineral selbst viel länger stabil blieb. Dies bestätigte, dass die physische Struktur des Knochens hohe Hitze überleben konnte, selbst wenn die organischen Bestandteile degradierten.

Der eigentliche Test war jedoch, ob sie das Tier noch identifizieren konnten. Die Forscher verwendeten eine Methode namens ZooMS, bei der winzige Proteinfragmente aus dem Knochen extrahiert und deren Gewicht gemessen wird, um ein einzigartiges Muster zu erstellen. Dieses Muster fungiert wie ein Barcode für die Spezies. Die Ergebnisse waren klar und präzise. Bis zu einer Temperatur von etwa 200 Grad Celsius konnten die Forscher die Knochen erfolgreich als Schwein identifizieren. Die Proteinmuster waren noch stark genug, um eine definitive Antwort zu geben. Aber sobald die Temperatur 250 Grad überschritt, begannen die Proteinmarker zu verschwinden. Als die Knochen 300 Grad erreichten, waren fast alle identifizierbaren Proteinsignale verschwunden, was die Knochen mit dieser Methode unidentifizierbar hinterließ.

Die Studie enthüllte auch eine bedeutende Komplikation hinsichtlich der Konservierung dieser Knochen. Als die Forscher das Harz auf die erhitzten Proben auftrugen, änderten sich die Ergebnisse. Das Harz erschwerte die Extraktion der Proteine, was zu weniger identifizbaren Markern in der Analyse führte. In einigen Fällen konnten die harzbehandelten Proben nur als eine breite Gruppe, wie etwa „Huftiere“, und nicht als die spezifische Schweineart identifiziert werden. Dies deutet darauf hin, dass Harz zwar hervorragend geeignet ist, um die physische Form eines fragilen Knochens für die mikroskopische Untersuchung zu schützen, es aber die chemische Analyse zur Identifizierung des Tieres stören kann. Die Forscher fanden heraus, dass der beste Weg, mit erhitzten, in Harz eingebetteten Knochen umzugehen, die Verwendung einer spezifischen chemischen Extraktionsmethode war, die besser für diese schwierigen Proben funktionierte, aber selbst dann sank die Erfolgsrate im Vergleich zu unbehandelten Knochen.

Einer der wichtigsten Funde dieser Studie war eine Korrektur eines weit verbreiteten Glaubens in der Fachwelt. Frühere Richtlinien legten nahe, dass ein Knochen, der bestimmte chemische Anzeichen für die Erhaltung von Proteinen zeigte, selbst dann analysiert werden könne, wenn er auf 450 oder 550 Grad erhitzt worden war. Die neuen Daten zeigen jedoch, dass dies für verbrannte Knochen nicht zutrifft. Obwohl die chemischen Anzeichen bei diesen hohen Temperaturen noch sichtbar sein mögen, verschwinden die spezifischen Proteinmuster, die für eine Identifizierung notwendig sind, viel früher, nämlich bereits bei etwa 200 Grad. Das bedeutet, dass Archäologen sich nicht auf ältere chemische Schwellenwerte verlassen können, wenn sie entscheiden, ob ein verbrannter Knochen eine Analyse wert ist; sie müssen viel vorsichtiger sein.

Die Auswirkungen der Studie sind praktisch und unmittelbar. Wenn ein Archäologe einen Haufen verbrannter Tierknochen an einer Fundstelle findet, weiß er nun, dass, wenn die Knochen auf etwa 200 Grad oder weniger erhitzt wurden, eine gute Chance besteht, die Spezies mittels moderner Proteinanalyse zu identifizieren. Dies öffnet die Tür zum Verständnis antiker Ernährungs- und Kochpraktiken, die zuvor unsichtbar blieben. Wenn die Knochen jedoch einer höheren Hitze ausgesetzt waren oder wenn sie lange in Harz gelegen haben, sinkt die Chance auf eine erfolgreiche Identifizierung signifikant. Die Studie behauptet nicht, dass verbrannte Knochen ein aussichtsloser Fall sind, aber sie zieht eine klare Linie in den Sand: Das Feuer ist ein mächtiger Radiergummi, und obwohl einige Informationen die Hitze überstehen, ist das Zeitfenster für die Rückgewinnung schmaler als bisher angenommen. Durch das Verständnis genau dessen, wo diese Grenze liegt, können Wissenschaftler besser entscheiden, welche Fragmente sie untersuchen und welche Methoden sie anwenden, um sicherzustellen, dass die Geschichten der Vergangenheit nicht im Feuer verloren gehen.