Co říká starověké proteiny o skutečných středověkých jídlech

Analýzou izotopů i starověkých proteinů ze zubů a kostí vědci odhalili, co lidé ve středověké Evropě skutečně jedli, a zdůraznili skrytou roli luštěnin a sladkovodních ryb v každodenní stravě.

Studie: Rekonstrukce středověké stravy integrací stabilních izotopů a proteomických analýz ze dvou evropských pohřebních míst. Obrázek kredit: Dawid K Photography / Shutterstock

V nedávné studii zveřejněné v časopise Vědecké zprávyVědci rekonstruovali historické stravovací návyky pomocí proteomických a stabilních izotopových analýz.

Paleodietární studie mohou rekonstruovat historické životy lidí. Stabilní analýza izotopů se používá ke studiu lidského prostředí, stravy a mobility. Stabilní hodnoty izotopů bio-elementů (uhlík, vodík, síra, dusík a kyslík) v těleso tkání jsou spojeny se složením jedinců. Použitím stabilní hodnoty izotopů uhlíku (A13C) lze odvodit obsah rostlin C3 vs. C4 a indikace suchozemských vs. mořských zdrojů ve stravě.

Stabilní hodnoty izotopů dusíku (A15N) souvisejí s původem a množstvím dietních živočišných bílkovin. Kromě toho hodnoty izotopů síry (A34s) poskytují důkaz o vlivech mořských, jako jsou sedimenty mořského původu, efekt mořského stříkání a mořské výrobky. Zatímco stabilní analýza izotopů může rekonstruovat historickou a starodávnou stravu, má omezení při identifikaci specifických typů potravin a nemůže spolehlivě detekovat určité složky stravy, jako jsou luštěniny nebo střední spotřeba ryb. Biomolekulární analýzy, jako je proteomika, však mohou poskytnout podrobnější obraz starověké stravy identifikací specifických rostlinných a živočišných druhů, které byly spotřebovány.

O studii

V této studii se vědci zaměřili na rekonstrukci historických stravovacích návyků pomocí stabilní analýzy izotopů a starověké proteomiky. Zahrnovaly antropologické sbírky z hřbitova Baar v kantonu Zugu ve Švýcarsku a Dalheimský monastický hřbitov v Severním Rýně-Westfálii v Německu, datující se do 7. století CE a 9. až 12. století CE. Stabilní analýza izotopů byla provedena na vzorcích kostí od 11 jedinců a vzorků zubů od osmi jedinců z Dalheimu.

Vzorky zubního počtu byly také k dispozici pro analýzu izotopů po přípravě vzorku pro proteomiku. Výsledné vzorky počtu a kolagenu byly použity k měření stabilních izotopů uhlíku, síry a dusíku pomocí hmotnostního spektrometru poměru izotopů. Celkem bylo 52 vzorků zubního počtu z těchto dvou míst podrobeno starověké proteomické analýze. Avšak v důsledku špatného zachování prošlo pouze 37 vzorků, přičemž z hlavní analýzy byly vyloučeny 15 vzorků.

Byly extrahovány proteiny a byla provedena analýza hmotnostní spektrometrie. Byly hodnoceny dietní peptidy a zápasy peptidového spektra (PSM) byly prohledány proti přeložené databázi nukleotidů pomocí základního nástroje pro vyhledávání lokálního zarovnání (BLAST). Pozitivní identifikace peptidu byla dosažena, když bylo pozorováno 100% pokrytí peptidu a 100% homologie s požadovaným dietním proteinem.

Nálezy

Výnosy kolagenu vzorků kostí a dentinu z Dalheimu se pohybovaly od 7,4% do 15,8% a 6,8% do 17,7%. Vysoký výnos kolagenu a poměry molárního C/N naznačily dobrou konzervaci kolagenu bez důkazu mikrobiologické degradace nativního proteinu nebo kolagenu. Průměrný kolagen kolagenu A13C, A15N a A34S byly -20 ‰, 10 ‰ a 9,4 ‰.

Střední hodnoty zubního kolagenu A13C, 515 a A34S byly -20,1 ‰, 10,1 ‰ a 8,6 ‰. Naopak se vzorky zubního počtu lišily od kolagenních vzorků, s průměrnými hodnotami A13C, A15N a A34S -22,4 ‰, 10,6 ‰ a 6,8 ‰. Hodnoty 513C počtu, kosti a dentinu byly významně odlišné.

Důležité je, že vědci dospěli k závěru, že zubní počet neposkytuje spolehlivé izotopové signály pro rekonstrukci stravy kvůli jeho vlastní variabilitě a komplexnímu složení. Zvýšené hodnoty A34S pozorované pravděpodobně odrážejí místní geologické mořské sedimenty z náhorní plošiny spíše než spotřebu mořských ryb.

Z 15 jedinců bylo identifikováno celkem 16 dietních proteinů (124 PSM, 34 jedinečných peptidů); Dva byli z původu zvířat a 14 bylo z rostlinných zdrojů. Fabaceae byla nejreprezentativnější rodina rostlin, detekovaná pouze u jednotlivců z Dalheimu. Bylo identifikováno pět proteinů semen: Legumin A, Vicilin, Convicilin, P54 a Lugumin J.

Sedm jedinečných peptidů bylo specifických pro kmen Fabeae a 15 bylo specifických pro zelený hrášek (Pisum sativum). Identifikace zelených proteinů hrachu je zvláště významná, protože rostlinné proteiny, zejména z luštěnin, se zřídka získávají z archeologických kontextů. Zachování těchto luštěninových proteinů může být zvýšena jejich globulární strukturou, s kompaktním kvartérním uspořádáním a disulfidovými vazbami, které poskytují stabilitu v archeologickém prostředí.

Ve vzorcích z obou míst na základě jednoho proteinu rostlin a tří necharakterizovaných proteinů byly také identifikovány pseudo-cereální (rostliny C4) a obiloviny (rostliny C3).

U jednotlivců v Dalheimu byly identifikovány tři jedinečné peptidy (14 PSM) jako specifické pro rýži, proso a běžnou pšenici. Byly také detekovány důkazy o spotřebě špenátu, které jsou v souladu s historickými záznamy o jeho pěstování ve středověké Evropě.

U jedinců BAAR byly dva jedinečné peptidy (sedm PSM) specifické pro ječmen a pšenici. Pět proteinů patřilo do jiných rostlin. Byly detekovány dva zvířecí bílkoviny (ryby a mléčné bílkoviny). Rybí protein (jeden jedinečný peptid, 10 PSM) byl specifický pro evropský okoun a detekován u jednoho jednotlivce z BAAR a čtyři z Dalheimu.

Identifikace sladkovodních okounů pomáhá objasnit, že zvýšené hodnoty izotopů síry byly spíše geologického původu než stravy. Mléčný protein (jeden jedinečný peptid, 2 PSM) byl p-lactoglobulin, nalezený u jednoho jednotlivce z BAAR.

Zejména, navzdory izotopovým důkazům naznačujícím spotřebu pozemských živočišných bílkovin, nebyly ve vzorcích Dalheimu identifikovány žádné proteiny z pozemských zvířecích zdrojů (svaly, krev nebo mléko), což zdůraznilo doplňkovou povahu těchto analytických přístupů.

Závěry

Stručně řečeno, studie provedla analýzy izotopů stabilních uhlíků, síry a dusíku na vzorcích kostních, zubů a zubních kalkul ze dvou středověkých evropských populací. Kombinovaná analýza starověkých proteinů a stabilních izotopů poskytla komplementární přístup k rekonstrukci historické lidské stravy. Každá metoda se zabývala omezeními druhé: Stabilní analýza izotopů poskytla široké vzorce stravy, zatímco proteomika umožnila identifikaci na úrovni druhů.

Zjištění ukazují, že populace Dalheim se primárně spoléhala na příjem rostlin a pozemské živočišné proteiny.

Zatímco stabilní data izotopů nemohla poskytnout jasný důkaz příjmu luštěnin nebo ryb, proteomická data potvrdila přítomnost obou ve stravě. Identifikované taxony zahrnovaly evropské okouny, běžnou pšenici, zelený hrášek, proso a ječmen.

Tato zjištění jsou v souladu s historickými znalostmi středověké stravy, kde luštěniny sloužily jako klíčové zdroje bílkovin pro nižší socioekonomické skupiny a sladkovodní ryby, jako je okoun, byly běžně konzumovány, zejména během období náboženského půstu, kdy bylo zakázáno pozemské maso.

Studie také odhalila kritické metodologické úvahy, včetně nespolehlivosti zubního počtu pro izotopovou rekonstrukci stravy a výzvy zachování diferenciálních proteinů v archeologických vzorcích. Vědci poznamenali, že absence dietních proteinů nemusí nutně znamenat, že tato potraviny nebyly spotřebovány, protože regenerace proteinů závisí na podmínkách konzervace a na omezení databáze.

Studie doporučuje, aby budoucí výzkum implementoval přísnější dekontaminační protokoly, standardizoval postupy hodnocení ochrany a zvážil roli sekundárních a terciárních struktur proteinu v konzervaci, aby se zvýšila spolehlivost a interpretovatelnost starověkých proteomických dat.

Celkově studie stanoví základy pro další interdisciplinární analýzy k vytvoření přesnějšího a podrobnějšího obrazu života starověkých a historických populací.