Исследование изотопов с целью реконструкции рациона питания

Вы — то, что вы едите!

Изотопный анализ углерода (δ¹³C) и азота (δ¹⁵N) — хорошо известная методика реконструкции рациона человека и животных из исторических популяций. В зубах и костях основным белковым комплексом является коллаген, который представляет собой прекрасный источник углерода и азота. Изотопный состав углерода и азота в коллагене отражает изотопный состав в основном растительного и животного белка в пище, которой человек питался во время формирования костей и зубов и синтеза коллагена. Таким образом, после учета фракционирования в ходе обмена веществ можно определить соотношение изотопов углерода и азота в коллагене и использовать его как источник сведений не только о типе и количестве пищевых ресурсов населения, но и о социально-экономических и культурных факторах, влияющих на привычный рацион как отдельных людей, так и их групп.

Углерод

Различия в соотношении изотопов углерода являют различия между экосистемами (морскими и наземными) и фотосинтетическими путями (С3 и С4), которые используются растениями при синтезе углеводов. Таким образом, различия изотопного состава углерода позволяют оценить долю рациона, приходящуюся на С3- или С4-фотосинтезирующие растения и продукты, полученные из питающихся ими животных. В умеренном климате, в том числе в Великобритании, фотосинтез у большинства растений идет по пути С3. Таким образом, изотопные признаки наличия в рационе белков, полученных из растений с С4-фотосинтезом (например, кукурузы или проса), которые не являются традиционными для Британии культурами, могут говорить об иноземном влиянии на рацион исследуемой британской популяции. Хорошим примером использования таких методов является анализ жертв голода в Ирландии, вызванного фитофторозом картофеля. В XIX веке основным источником питания для населения Ирландии был картофель. Когда его растения были уничтожены фитофторозом, начался голод. Помощь голодающим в виде кукурузы была направлена в Ирландию из США. У картофеля фотосинтез идет по пути С3, а у кукурузы — по пути С4. Поэтому после начала употребления кукурузы у населения Ирландии стало наблюдаться изменение изотопного соотношения углерода.

Азот

Изменчивость соотношения изотопов азота отражает баланс между биологической фиксацией азота, его круговоротом в биосфере и высвобождением. Эта изменчивость позволяет различать вклад в рацион продуктов наземного и морского происхождения. Морская рыба и морепродукты, как правило, в большей степени обогащены ¹⁵N, чем продукты наземного происхождения. Кроме того, соотношение изотопов азота закономерным образом меняется с повышением трофического уровня из-за фракционирования в ходе обмена веществ: перемещение на один трофический уровень (повышение уровня в пищевой цепочке) приводит к обогащению на 2—6‰. Этот сдвиг особенно заметен среди тех, кто питается дарами моря, так как водные источники пищи характеризуются высоким изотопным соотношением ввиду относительно длинных пищевых цепочек по сравнению с наземными организмами.

В совокупности изотопы углерода и азота могут облегчить интерпретацию доли белка растительного, животного и морского происхождения в рационе прежних поколений. Это позволяет провести различия между крупными категориями по преимущественным особенностям питания: вегетарианцы/мясоеды, питающиеся морской рыбой и морепродуктами или продуктами наземного происхождения, — а также выявить возможное влияние на рацион извне.

Пищевая сеть. Показаны приблизительные значения для С3 и С4, а также пищевых продуктов морского и наземного происхождения (источник: chrono.qub.ac.uk)

Менялся ли ваш рацион в течение жизни таким образом, который можно заметить по вашему изотопному «отпечатку пальца»? Например, не переходили ли вы с рациона, включающего мясо, на вегетарианскую или веганскую диету? Не меняли ли вы страну проживания и не менялся ли в результате ваш рацион? В этом случае соответствующие изменения можно обнаружить в тканях вашего тела. На основе волос и ногтей можно получить сведения о недавнем прошлом, а на основе зубов — о детстве. Как думаете, в какое место приведенной выше пищевой сети вас можно поместить с точки зрения соотношения изотопов? Поделитесь своими комментариями в разделе ниже.

Изотопы помогают получить информацию о миграции. Подробнее — на следующем этапе!