En analysant à la fois des isotopes et des protéines anciennes des dents et des os, les scientifiques ont révélé ce que les gens dans l'Europe médiévale ont vraiment mangé, mettant en évidence les rôles cachés des légumineuses et des poissons d'eau douce dans les régimes quotidiens.
Étude: Reconstruire les régimes médiévaux par l'intégration des analyses isotopiques stables et protéomiques de deux sites de sépulture européens. Crédit d'image: Dawid K Photography / Shutterstock
Dans une étude récente publiée dans la revue Rapports scientifiquesles chercheurs ont reconstruit les habitudes alimentaires historiques à l'aide d'analyses isotopiques protéomiques et stables.
Les études paléodietaires peuvent reconstruire les voies de vie historiques des humains. Une analyse isotopique stable est utilisée pour étudier l'environnement humain, le régime alimentaire et la mobilité. Les valeurs d'isotopes stables des bio-éléments (carbone, hydrogène, soufre, azote et oxygène) dans les tissus corporels sont liés à la composition alimentaire des individus. En utilisant une valeur isotopique de carbone stable (Δ13C), la teneur en plantes C3 contre C4 et les indications de sources terrestres vs marines dans les régimes pourraient être déduites.
Les valeurs d'isotopes d'azote stables (Δ15N) sont liées à l'origine et à la quantité de protéines animales alimentaires. De plus, les valeurs d'isotopes de soufre stables (Δ34S) fournissent des preuves d'influences marines, telles que les sédiments d'origine marine, l'effet de pulvérisation de la mer et les produits maritimes. Bien que l'analyse isotopique stable puisse reconstruire les régimes historiques et anciens, il a des limites lors de l'identification des types d'aliments spécifiques et ne peut pas détecter de manière fiable certains composants alimentaires, tels que les légumineuses ou la consommation modérée de poisson. Cependant, les analyses biomoléculaires, telles que la protéomique, peuvent fournir une image plus détaillée des régimes anciens en identifiant des espèces de plantes et d'animaux spécifiques qui ont été consommées.
À propos de l'étude
Dans la présente étude, les chercheurs visaient à reconstruire les habitudes alimentaires historiques en utilisant une analyse isotopique stable et une protéomique ancienne. Ils comprenaient des collections anthropologiques du cimetière de Baar dans le canton de Zug, en Suisse et du cimetière monastique de Dalheim dans le Rhénanie du Nord-Westphalie, en Allemagne, datant du 7e siècle et du 9e au XIIe siècle CE, respectivement. Une analyse isotopique stable a été réalisée sur des échantillons osseux de 11 individus et des échantillons de dents de huit individus de Dalheim.
Des échantillons de calcul dentaire étaient également disponibles pour l'analyse des isotopes après la préparation des échantillons pour la protéomique. Les échantillons de calcul et de collagène résultant ont été utilisés pour mesurer les isotopes stables du carbone, du soufre et de l'azote en utilisant un spectromètre de masse de rapport isotopique. Au total, 52 échantillons de calcul dentaire des deux sites ont été soumis à une analyse protéomique ancienne. Cependant, en raison d'une mauvaise conservation, seulement 37 échantillons ont passé un dépistage de qualité, avec 15 échantillons exclus de l'analyse principale.
Les protéines ont été extraites et une analyse de spectrométrie de masse a été réalisée. Les peptides alimentaires ont été évalués et les correspondances du spectre des peptides (PSM) ont été recherchées dans la base de données de nucléotides traduite en utilisant l'outil de recherche d'alignement local de base (BLAST). Une identification positive du peptide a été obtenue lorsque une couverture de peptide 100% et une homologie 100% à la protéine alimentaire souhaitée ont été observées.
Résultats
Les rendements en collagène des échantillons d'os et de dentine de Dalheim variaient de 7,4% à 15,8% et 6,8% à 17,7%, respectivement. Le rendement élevé du collagène et les rapports C / N molaires ont indiqué une bonne préservation du collagène sans aucune preuve de dégradation microbiologique ou de collagène de la protéine native. Les valeurs moyennes de collagène osse Δ13C, Δ15N et Δ34S étaient respectivement de -20 ‰, 10 ‰ et 9,4 ‰.
Les valeurs moyennes de collagène dentaire Δ13C, Δ15N et Δ34S étaient respectivement de -20,1 ‰, 10,1 ‰ et 8,6 ‰. Inversement, les échantillons de calcul dentaire différaient des échantillons collagènes, avec des valeurs moyennes Δ13C, Δ15N et Δ34S de -22,4 ‰, 10,6 ‰ et 6,8 ‰, respectivement. Les valeurs Δ13C du calcul, de l'os et de la dentine étaient significativement différentes.
Surtout, les chercheurs ont conclu que le calcul dentaire ne donne pas de signaux isotopiques fiables pour la reconstruction alimentaire en raison de sa variabilité inhérente et de sa composition complexe. Les valeurs élevées de Δ34S observées reflètent probablement les sédiments marins géologiques locaux du plateau de Pamerborn plutôt que la consommation de poissons marins.
Au total, 16 protéines alimentaires (124 PSM, 34 peptides uniques) ont été identifiés auprès de 15 individus; Deux étaient d'origine animale et 14 provenaient de sources végétales. Fabaceae était la famille de plantes la plus représentative, détectée uniquement chez les personnes de Dalheim. Cinq protéines de graines ont été identifiées: la légumine A, la vicine, la conviciline, le p54 et la légumine J.
Sept peptides uniques étaient spécifiques à la tribu Fabeae, et 15 étaient spécifiques aux pois verts (Pisum sativum). L'identification des protéines de pois vert est particulièrement importante car les protéines végétales, en particulier à partir des légumineuses, sont rarement récupérées dans des contextes archéologiques. La préservation de ces protéines de légumineuses peut être améliorée par leur structure globulaire, avec des arrangements quaternaires compacts et des liaisons disulfure qui assurent la stabilité dans les environnements archéologiques.
Les pseudo-céréales (plantes C4) et les céréales (plantes C3) ont également été identifiés dans des échantillons des deux sites sur la base d'une protéine de développement de plantes et de trois protéines non caractérisées.
Chez les individus de Dalheim, trois peptides uniques (14 PSM) ont été identifiés comme étant spécifiques au riz, au millet et au blé commun. Des preuves de consommation d'épinards ont également été détectées, ce qui s'aligne sur les archives historiques de sa culture en Europe médiévale.
Chez les individus Baar, deux peptides uniques (sept PSM) étaient spécifiques à l'orge et au blé. Cinq protéines appartenaient à d'autres plantes. Deux protéines animales (poissons et protéines de lait) ont été détectées. La protéine de poisson (un peptide unique, 10 PSM) était spécifique au perchoir européen et détecté chez un individu de Baar et quatre de Dalheim.
L'identification du perchoir d'eau douce aide à préciser que les valeurs d'isotopes soufre élevées étaient d'origine géologique plutôt que de diététique. La protéine de lait (un peptide unique, 2 PSMS) était la β-lactoglobuline, trouvée dans un individu de Baar.
Notamment, malgré des preuves isotopiques suggérant la consommation de protéines animales terrestres, aucune protéine provenant de sources animales terrestres (muscle, sang ou lait) n'a été identifiée dans les échantillons de Dalheim, mettant en évidence la nature complémentaire de ces approches analytiques.
Conclusions
En résumé, l'étude a effectué des analyses stables en carbone, en soufre et en isotopes d'azote sur les échantillons d'os, de dent et de calcul dentaires à partir de deux populations européennes médiévales. L'analyse combinée des protéines anciennes et des isotopes stables a fourni une approche complémentaire pour reconstruire les régimes humains historiques. Chaque méthode portait sur les limites de l'autre: l'analyse des isotopes stables a fourni de vastes modèles alimentaires, tandis que la protéomique a permis une identification au niveau de l'espèce.
Les résultats indiquent que la population de Dalheim s'appuyait principalement sur l'apport végétal et les protéines animales terrestres.
Bien que les données isotopiques stables ne puissent pas fournir une preuve claire de l'apport de légumineuses ou de poissons, les données protéomiques ont confirmé la présence des deux dans le régime alimentaire. Les taxons identifiés comprenaient le perchoir européen, le blé commun, les pois verts, le millet et l'orge.
Ces résultats s'alignent sur la connaissance historique des régimes médiévaux, où les légumineuses servaient de sources de protéines cruciales pour des groupes socioéconomiques inférieurs, et les poissons d'eau douce, tels que le perchoir, étaient couramment consommés, en particulier pendant les périodes de jeûne religieuses lorsque la viande terrestre était interdite.
L'étude a également révélé des considérations méthodologiques critiques, notamment le manque de fiabilité du calcul dentaire pour la reconstruction alimentaire isotopique et les défis de la préservation des protéines différentielles dans les échantillons archéologiques. Les chercheurs ont noté que l'absence de protéines alimentaires ne signifie pas nécessairement que ces aliments n'étaient pas consommés, car la récupération des protéines dépend des conditions de conservation et des limitations de la base de données.
L'étude recommande que les recherches futures mettent en œuvre des protocoles de décontamination plus stricts, standardisent les procédures d'évaluation de la préservation et examinent le rôle des structures protéiques et tertiaires protéiques dans la conservation pour améliorer la fiabilité et l'interprétabilité des données protéomiques anciennes.
Dans l'ensemble, l'étude jette les bases de nouvelles analyses interdisciplinaires pour construire une image plus précise et détaillée des voies de vie des populations anciennes et historiques.
