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

Negli strati silenziosi della terra, gli archeologi trovano spesso i resti carbonizzati di antichi pasti, focolari e rituali. Queste ossa bruciate raccontano storie di ciò che la gente mangiava, di come cucinasse e persino di come onorasse i propri morti. Per molto tempo, l'identificazione di questi frammenti è stata un gioco di indizi visivi: un bordo annerito poteva suggerire un incendio, mentre un pezzo bianco e gessoso indicava un calore intenso. Ma il fuoco è una forza distruttiva. Frantuma l'osso in minuscoli pezzi irriconoscibili e, come gli scienziati hanno sostenuto per lungo tempo, "cuoce" via le stesse molecole necessarie per identificare la specie animale. La saggezza prevalente era che, una volta bruciata, la proteina all'interno — i mattoni biologici che portano la firma genetica di un animale — venisse distrutta oltre ogni possibilità di recupero. Questa supposizione ha lasciato un vuoto nella nostra comprensione del passato, poiché molti dei ritrovamenti legati al fuoco più interessanti rimangono anonimi.

Un nuovo studio sfida questa supposizione, offrendo una via più chiara per leggere le storie nascoste nelle ossa bruciate. I ricercatori si sono posti l'obiettivo di testare esattamente quanto calore possa sopportare un osso prima che la sua identità proteica vada perduta per sempre, e se la pratica comune di preservare questi fragili ritrovamenti in resina plastica influenzi i risultati. Riscaldando costole di maiale moderne a temperature specifiche e analizzando le proteine rimanenti, il team ha scoperto che l'identificazione è possibile fino a un certo punto, ma che il metodo utilizzato per preservare l'osso può determinare il successo o il fallimento dell'analisi. Il loro lavoro fornisce una guida pratica per gli archeologi, dimostrando che, sebbene il fuoco distrugga informazioni, non le cancella sempre completamente, a patto di utilizzare le tecniche corrette.

I ricercatori hanno iniziato con un esperimento semplice e controllato utilizzando costole di maiali domestici. Hanno tagliato le ossa in piccoli pezzi e le hanno poste in un forno, riscaldandole a scatti. Hanno iniziato da 50 gradi Celsius e sono saliti fino a 350 in piccoli incrementi, per poi passare a scatti di 100 gradi fino a raggiungere i 750. Questo intervallo copriva tutto, da una lenta arrostitura fino al calore intenso di una cremazione. Per simulare ciò che accade in un vero laboratorio archeologico, dove le fragili ossa bruciate vengono spesso incorporate nella resina per essere studiate al microscopio, hanno trattato metà dei loro campioni con una resina plastica liquida dopo il riscaldamento. Hanno poi confrontato questi campioni trattati con la resina con quelli non trattati.

Il team ha utilizzato due strumenti principali per esaminare le ossa. Per prima cosa, ha utilizzato una tecnica chiamata spettroscopia a infrarossi, che agisce come uno scanner di impronte digitali chimiche. Questo strumento misurava come la struttura interna dell'osso cambiasse con l'aumentare del calore. Hanno scoperto che, all'aumentare della temperatura, l'osso perdeva peso e cambiava colore, diventando da nero a bianco man mano che diventava completamente calcificato. Lo scanner chimico ha mostrato che le proteine all'interno dell'osso iniziavano a degradarsi con l'aumento del calore, ma il minerale dell'osso rimaneva stabile per molto più a lungo. Ciò ha confermato che la struttura fisica dell'osso poteva sopravvivere ad alto calore anche quando le parti organiche stavano degradando.

La vera prova, tuttavia, era se potessero ancora identificare l'animale. I ricercatori hanno utilizzato un metodo chiamato ZooMS, che consiste nell'estrarre minuscoli frammenti proteici dall'osso e misurarne il peso per creare un modello unico. Questo modello agisce come un codice a barre per la specie. I risultati sono stati chiari e precisi. Fino a una temperatura di circa 200 gradi Celsius, i ricercatori sono riusciti ad identificare con successo le ossa come maiale. I modelli proteici erano ancora abbastanza forti da fornire una risposta definitiva. Ma una volta superati i 250 gradi, i marcatori proteici hanno iniziato a svanire. Quando le ossa raggiungevano i 300 gradi, quasi tutti i segnali proteici identificabili erano scomparsi, lasciando le ossa irriconoscibili con questo metodo.

Lo studio ha anche rivelato un complicazione significativa riguardante la conservazione di queste ossa. Quando i ricercatori hanno applicato la resina ai campioni riscaldati, i risultati sono cambiati. La resina rendeva più difficile l'estrazione delle proteine, portando a un numero inferiore di marcatori identificabili nell'analisi. In alcuni casi, i campioni trattati con resina potevano essere identificati solo come un gruppo ampio, come "animali con zoccolo", piuttosto che come la specifica specie suina. Ciò suggerisce che, sebbene la resina sia eccellente per proteggere la forma fisica di un osso fragile per lo studio microscopico, può interferire con l'analisi chimica necessaria per identificare l'animale. I ricercatori hanno scoperto che il modo migliore per gestire le ossa riscaldate e incorporate nella resina era utilizzare un metodo di estrazione chimica specifico che funzionava meglio degli altri per questi campioni difficili, ma anche allora, il tasso di successo diminuiva rispetto alle ossa non trattate.

Uno dei risultati più importanti di questo studio è stata la correzione di una credenza comune nel campo. Le linee guida precedenti suggerivano che, se un osso mostrava certi segni chimici di preservazione proteica, poteva essere analizzato anche se era stato riscaldato a 450 o 550 gradi. I nuovi dati mostrano che questo non è vero per le ossa bruciate. Sebbene i segni chimici possano essere ancora visibili a quelle alte temperature, i modelli proteici specifici necessari per l'identificazione scompaiono molto prima, intorno ai 200 gradi. Ciò significa che gli archeologi non possono fare affidamento sulle vecchie soglie chimiche per decidere se un osso bruciato valga la pena di essere analizzato; devono essere molto più cauti.

Le implicazioni per l'archeologia sono pratiche e immediate. Quando un archeologo trova un cumulo di ossa animali bruciate in un sito, sa ora che se le ossa sono state riscaldate a circa 200 gradi o meno, c'è una buona probabilità che possa identificare la specie utilizzando l'analisi proteica moderna. Questo apre la porta alla comprensione di diete antiche e pratiche di cottura che prima erano invisibili. Tuttavia, se le ossa sono state sottoposte a un calore maggiore, o se sono state lasciate nella resina per molto tempo, le possibilità di un'identificazione riuscita diminuiscono significamente. Lo studio non afferma che le ossa bruciate siano una causa persa, ma traccia una linea netta nella sabbia: il fuoco è un potente cancellatore e, sebbene alcune informazioni sopravvivano al calore, la finestra per il recupero è più stretta di quanto si pensasse. Comprendendo esattamente dove risiede quel limite, gli scienziati possono decidere meglio quali frammenti studiare e quali metodi utilizzare, assicurando che le storie del passato non vadano perse nel fuoco.