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

In de stille lagen van de aarde vinden archeologen vaak de verkoolde resten van oude maaltijden, haarden en rituelen. Deze verbrande botten vertellen verhalen over wat mensen aten, hoe ze kookten en zelfs hoe ze hun doden eerden. Lange tijd was het identificeren van deze fragmenten een spel van visuele aanwijzingen: een zwartgeblakerde rand kon duiden op vuur, terwijl een wit, kalkachtig stuk wijst op intense hitte. Maar vuur is een destructieve kracht. Het verbrijzelt bot in kleine, onherkenbare stukjes en, zoals wetenschappers lang geloofden, kookt het de moleculen weg die nodig zijn om de diersoort te identificeren. De heersende wijsheid was dat zodra bot is verbrand, de eiwitten binnenin — de biologische bouwstenen die de genetische handtekening van een dier dragen — onherstelbaar vernietigd zijn. Deze aanname heeft een gat achtergelaten in ons begrip van het verleden, aangezien veel van de meest interessante vuurgerelateerde vondsten anoniem blijven.

Een nieuwe studie daagt deze aanname uit en biedt een duidelijkere weg vooruit om de verhalen te lezen die verborgen liggen in verbrand bot. Onderzoekers zetten zich in om precies te testen hoeveel hitte een bot kan verdragen voordat de eiwitidentiteit voor altijd verloren gaat, en of de gangbare praktijk om deze kwetsbare vondsten in kunsthars te bewaren de resultaten beïnvloedt. Door moderne varkensribben bloot te stellen aan specifieke temperaturen en de resterende eiwitten te analyseren, ontdekte het team dat identificatie tot een bepaald punt mogelijk is, maar dat de methode die wordt gebruikt om het bot te conserveren de analyse kan maken of breken. Hun werk biedt een praktische gids voor archeologen en laat zien dat, hoewel vuur informatie vernietigt, het deze niet altijd volledig uitwist, mits de juiste technieken worden gebruikt.

De onderzoekers begonnen met een eenvoudig, gecontroleerd experiment met ribben van tamme varkens. Ze sneden de botten in kleine stukjes en plaatsten ze in een oven, waarbij ze ze in stappen verhitten. Ze begonnen bij 50 graden Celsius en klommen op in kleine stappen naar 350 graden, en sprongen daarna in stappen van 100 graden helemaal tot 750 graden. Dit bereik dekte alles van een langzaam roosteren tot de intense hitte van een crematie. Om na te bootsen wat er gebeurt in een echt archeologisch laboratorium, waar kwetsbare verbrande botten vaak in hars worden ingebed om onder een microscoop te worden bestudeerd, behandelden ze de helft van hun monsters met een vloeibare kunsthars na het verhitten. Ze vergeleken deze met harsbehandelde monsters met onbehandelde monsters.

Het team gebruikte twee belangrijke instrumenten om de botten te onderzoeken. Eerst gebruikten ze een techniek genaamd infraroodspectroscopie, die werkt als een chemische vingerafdrukscanner. Dit instrument mat hoe de interne structuur van het bot veranderde naarmate het heter werd. Ze ontdekten dat het bot naarmate de temperatuur steeg, in gewicht afnam en van kleur veranderde, van zwart naar wit werd naarmate het volledig gekalkt was. De chemische scanner toonde aan dat de eiwitten in het bot begonnen af te breken naarmate de hitte toenam, maar dat het botmineraal zelf veel langer stabiel bleef. Dit bevestigde dat de fysieke structuur van het bot hoge hitte kon overleven, zelfs wanneer de organische delen aan het degraderen waren.

De echte test was echter of ze het dier nog steeds konden identificeren. De onderzoekers gebruikten een methode genaamd ZooMS, wat het extraheren van minuscule eiwitfragmenten uit het bot en het meten van hun gewicht om een uniek patroon te creëren. Dit patroon werkt als een barcode voor de soort. De resultaten waren duidelijk en nauwkeurig. Tot een temperatuur van ongeveer 200 graden Celsius konden de onderzoekers de botten succesvol als varken identificeren. De eiwitpatronen waren nog sterk genoeg om een definitief antwoord te geven. Maar zodra de temperatuur de 250 graden passeerde, begonnen de eiwitmarkers te verdwijnen. Tegen de tijd dat de botten 300 graden bereikten, waren bijna alle identificeerbare eiwitssignalen verdwenen, waardoor de botten onidentificeerbaar waren door deze methode.

De studie onthulde ook een aanzienlijke complicatie met betrekking tot hoe deze botten worden bewaard. Wanneer de onderzoekers de hars op de verhitte monsters aanbrachten, veranderden de resultaten. De hars maakte het moeilijker om de eiwitten te extraheren, wat leidde tot minder identificeerbare markers in de analyse. In sommige gevallen konden de met hars behandelde monsters alleen worden geïdentificeerd als een brede groep, zoals "gehoefde dieren", in plaats van de specifieke varkensoort. Dit suggereert dat, hoewel hars uitstekend is voor het beschermen van de fysieke vorm van een kwetsbaar bot voor microscopisch onderzoek, het de chemische analyse die nodig is om het dier te identificeren, kan verstoren. De onderzoekers ontdekten dat de beste manier om met verhitte, in hars ingebedde botten om te gaan, het gebruik van een specifieke chemische extractiemethode was die beter werkte voor deze moeilijke monsters, maar zelfs dan was het succespercentage lager vergeleken met onbehandelde botten.

Een van de belangrijkste bevindingen van deze studie was een correctie op een algemeen geloof in het vakgebied. Eerdere richtlijnen suggereerden dat als een bot bepaalde chemische tekenen van eiwitbehoud vertoonde, het zelfs geanalyseerd kon worden als het tot 450 of 550 graden was verhit. De nieuwe gegevens laten zien dat dit niet waar is voor verbrande botten. Hoewel de chemische tekenen bij die hoge temperaturen nog steeds zichtbaar kunnen zijn, verdwijnen de specifieke eiwitpatronen die nodig zijn voor identificatie veel eerder, rond de 200 graden. Dit betekent dat archeologen niet kunnen vertrouwen op oudere chemische drempelwaarden bij het beslissen of een verbrand bot de analyse waard is; ze moeten veel voorzichtiger zijn.

De implicaties voor de archeologie zijn praktisch en onmiddellijk. Wanneer een archeoloog een stapel verbrande dierenbotten op een locatie vindt, weten zij nu dat als de botten tot ongeveer 200 graden of minder zijn verhit, er een goede kans is dat ze de soort kunnen identificeren met moderne eiwitanalyse. Dit opent de deur naar het begrijpen van oude diëten en kookpraktijken die voorheen onzichtbaar waren. Echter, als de botten aan hogere hitte zijn blootgesteld, of als ze al lange tijd in hars liggen, neemt de kans op een succesvolle identificatie aanzienlijk af. De studie beweert niet dat verbrande botten een verloren zaak zijn, maar het trekt wel een duidelijke grens in het zand: vuur is een krachtige gum, en hoewel enige informatie de hitte overleeft, is het venster voor herstel nauwer dan voorheen gedacht. Door precies te begrijpen waar die limiet ligt, kunnen wetenschappers beter beslissen welke fragmenten ze bestuderen en welke methoden ze gebruiken, zodat de verhalen uit het verleden niet verloren gaan in het vuur.