چگونه لیپیدها عادات غذایی باستانی و شیوه های آشپزی را آشکار می کنند

Chromatography and compound specific isotope analysis of lipid remains in ancient pottery tell a lot about ancient غذا habits and culinary practices. In the last two decades, this technique has successfully been employed to unravel ancient غذا practices of several archaeological sites in the world. Researchers have applied this technique recently to the potteries collected from multiple archaeological sites of Indus Valley Civilisation. The key scientific finding was dominance of non-ruminant fats in the cooking vessels implying non-ruminant animals (such as horse, pigs, poultry, fowl, rabbit, etc) were cooked in the vessels over a long period. This contradicts the long held view (based on faunal evidence) that ruminant animals (such as cattle, buffalo, deer,etc) were consumed as غذا by Indus Valley people.  

Archaeological excavations of important sites in the past century provided lot of information about the culture and practices of ancient people. However, understanding diet and subsistence practices prevalent in ancient prehistoric societies with no written records used to be an uphill task because not much of what constituted ‘food’ were left due to almost complete natural degradation of غذا and biomolecules. In the last two decades, the standard chemical techniques of chromatography and compound specific analysis of the ratio of stable isotopes of carbon have made inroads in archaeological studies enabling researchers to pinpoint sources of lipids. As a result, it has become possible to investigate diet and subsistence practices using molecular and isotopic analyses of absorbed food residues based on the δ13C and Δ13C values.  

Plants are the primary producers of food. Most plants use C3 photosynthesis to fix carbon, hence are called C3 plants. Wheat, barley, rice, oats, rye, cowpea, cassava, soybean etc are the main C3 plants. They form the staple غذا of mankind. C4 plants (such as corn, sugarcane, millet, and sorghum) on the other hand, use C4 photosynthesis for carbon fixation.  

Carbon has two stable isotopes, C-12 and C-13 (the third isotope C-14, is unstable hence radioactive and is used for dating سازمانی archaeological finds). Of the two stable isotopes, the lighter C-12 is preferentially taken up in photosynthesis. Photosynthesis is not universal; it favours fixation of C-12. Further, C3 plants take up lighter C-12 isotope more than C4 plants do. Both C3 and C4 plants discriminate against heavier C-13 isotope but C4 plants do not discriminate as heavily as C3 plants. Put conversely, in photosynthesis, both C3 and C4 plants favour C-12 isotope over C-13 but C3 plants favours C-12 more than C4 plants. This results in differences in ratio of stable isotopes of carbon in C3 and C4 plants and in animals that feed on C3 and C4 plants. An animal fed on C3 plants will have more of lighter isotopes than an animal fed on C4 plants meaning a lipid molecule with lighter isotope ratio is more likely to have originated from an animal fed on C3 plants. This is the conceptual basis of compound specific isotope analysis of lipid (or any other biomolecule for that matter) that helps in identifying sources of lipid residues in the pottery. In a nutshell, C3 and C4 plants have different carbon isotopic ratios. The δ13C value for C3 plants is lighter between −30 and −23‰ while for C4 plants this value is between −14 and −12‰. 

پس از استخراج بقایای لیپیدی از نمونه های سفال، اولین مرحله کلیدی جداسازی اجزای مختلف لیپیدی با استفاده از تکنیک کروماتوگرافی گازی- طیف سنجی جرمی (GC-MS) است. این یک کروماتوگرام لیپیدی نمونه را نشان می دهد. لیپیدها با گذشت زمان تجزیه می شوند، بنابراین آنچه ما معمولا در نمونه های باستانی می یابیم اسیدهای چرب (FA)، به ویژه اسید پالمیتیک (C) هستند.₁₆) و اسید استئاریک (C₁₈). بنابراین، این روش تجزیه و تحلیل شیمیایی به شناسایی اسیدهای چرب در نمونه کمک می کند، اما اطلاعاتی در مورد منشاء اسیدهای چرب نمی دهد. باید بیشتر مشخص شود که آیا یک اسید چرب خاص شناسایی شده در ظرف پخت باستانی از لبنیات یا گوشت حیوانات یا گیاهان منشأ گرفته است یا خیر. باقی مانده اسیدهای چرب در سفال ها به آنچه در قدیم در ظرف پخته می شد بستگی دارد. 

گیاهان C3 و C4 به دلیل جذب ترجیحی ایزوتوپ سبکتر C12 در طول فتوسنتز، نسبت‌های متفاوتی از ایزوتوپ‌های پایدار کربن دارند. به طور مشابه، حیواناتی که از گیاهان C3 و C4 تغذیه می‌شوند نسبت‌های متفاوتی دارند، به عنوان مثال، گاوهای اهلی (حیوانات نشخوارکننده مانند گاو و گاومیش) که با غذای C4 (مانند ارزن) تغذیه می‌شوند نسبت ایزوتوپی متفاوتی نسبت به حیوانات اهلی کوچک‌تر مانند بز، گوسفند دارند. و خوکی که معمولاً در گیاهان C3 چرا می کنند و رشد می کنند. علاوه بر این، محصولات لبنی و گوشت مشتق شده از گاو نشخوارکننده به دلیل تفاوت در سنتز چربی در غدد پستانی و بافت چربی، نسبت ایزوتوپی متفاوتی دارند. تعیین منشا یک اسید چرب خاص که قبلاً شناسایی شده بود از طریق تجزیه و تحلیل نسبت ایزوتوپ های پایدار کربن انجام می شود. تکنیک کروماتوگرافی گازی- احتراق- طیف سنجی جرمی نسبت ایزوتوپی (GC-C-IRMS) برای تجزیه و تحلیل نسبت های ایزوتوپی اسیدهای چرب شناسایی شده استفاده می شود.   

اهمیت تجزیه و تحلیل نسبت ایزوتوپ های کربن پایدار در بقایای چربی در مطالعات باستان شناسی مکان های ماقبل تاریخ در سال 1999 نشان داده شد، زمانی که مطالعه سایت باستان شناسی در ولز بردرلندز، انگلستان، توانست تمایز واضحی بین چربی ها از غیر نشخوارکنندگان (به عنوان مثال، خوک) ایجاد کند. منشاء نشخوارکنندگان (مثلاً گوسفند یا گاو).¹. این رویکرد می‌تواند شواهد قاطعی از اولین تولید لبنیات در آفریقای سبز صحرا در هزاره پنجم قبل از میلاد ارائه دهد. شمال آفریقا در آن زمان با پوشش گیاهی سرسبز بود و مردم صحرای آفریقای ماقبل تاریخ شیوه های لبنی گیری را اتخاذ کرده بودند. این بر اساس مقادیر δ13C و Δ13C اسیدهای آلکانوئیک اصلی چربی شیر شناسایی شده در سفال ها به دست آمد.². تجزیه و تحلیل های مشابه اولین مدرک مستقیم از فرآوری و مصرف لبنیات توسط جوامع نوسنگی شبانی در شرق آفریقا ارائه کرد.³ و در اوایل عصر آهن، شمال چین⁴. 

در جنوب آسیا، شواهد اهلی شدن به قرن 7 برمی گردد^th هزاره قبل از میلاد تا 4^th millennium BC, domesticated animals like cattle, buffalo, goat, sheep etc were present across various Indus Valley sites. There were suggestions of utilisation of these animals in food for dairy and meat but no conclusive scientific evidence to support the view. Stable isotope analysis of lipid residue extracted from ceramic shreds collected from دره Indus settlements provide the earliest direct evidence of dairy processing in South Asia⁵. در مطالعه‌ای دیگر، دقیق‌تر و منظم‌تر از بقایای چربی از قطعات گلدان جمع‌آوری‌شده از چندین سایت دره سند، محققان تلاش کردند تا نوع مواد غذایی مورد استفاده در ظروف را تعیین کنند. تجزیه و تحلیل ایزوتوپی استفاده از چربی های حیوانی در عروق را تایید کرد. یافته‌های علمی کلیدی، غلبه چربی‌های غیرنشخوارکننده در ظروف پخت بود⁶ حيوانات غير نشخواركننده (مانند اسب، خوك، طيور، مرغ، خرگوش و غيره) طي مدت طولاني در ظروف پخته و به عنوان غذا مصرف مي شدند. این با دیدگاه طولانی مدت (بر اساس شواهد مربوط به جانوران) که حیوانات نشخوارکننده (مانند گاو گاو، گاومیش، آهو، بز و غیره) به عنوان غذا توسط مردم دره سند مصرف می شدند، در تضاد است.  

در دسترس نبودن چربی های مرجع مدرن محلی و امکان اختلاط محصولات گیاهی و حیوانی از محدودیت های این مطالعه است. برای غلبه بر اثرات احتمالی ناشی از اختلاط محصولات گیاهی و حیوانی، و برای یک دیدگاه کل نگر، تجزیه و تحلیل دانه نشاسته به تجزیه و تحلیل باقی مانده لیپیدی گنجانیده شد. این امر از پختن گیاهان، غلات، حبوبات و غیره در ظرف پشتیبانی می‌کند. این به غلبه بر برخی محدودیت ها کمک می کند⁷. 

*** 

منابع:  

1. داد SN و همکاران 1999. شواهدی برای الگوهای مختلف بهره برداری از محصولات حیوانی در سنت های مختلف سفال ماقبل تاریخ بر اساس لیپیدهای حفظ شده در بقایای سطحی و جذب شده. مجله علوم باستان شناسی. دوره 26، شماره 12، دسامبر 1999، صفحات 1473-1482. DOI: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. et al. اولین تولید لبنیات در آفریقای سبز صحرا در هزاره پنجم قبل از میلاد. Nature 486, 390-394 (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Grillo KM et al 2020. شواهد مولکولی و ایزوتوپی برای شیر، گوشت و گیاهان در سیستم های غذایی گله دار آفریقای شرقی ماقبل تاریخ. PNAS. 117 (18) 9793-9799. منتشر شده در 13 آوریل 2020. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. هان بی. و همکاران 2021. تجزیه و تحلیل باقی مانده چربی ظروف سرامیکی از سایت Liujiawa از RuiState (اوایل عصر آهن، شمال چین). مجله علوم کواترنر (2022) 37 (1) 114-122. DOI: https://doi.org/10.1002/jqs.3377 

5. چاکرابورتی، کی‌اس، اسلیتر، جی‌اف، میلر، اچ‌ام‌ال. و همکاران تجزیه و تحلیل ایزوتوپی ترکیبی بقایای لیپیدی اولین شواهد مستقیم از فرآوری محصولات لبنی در جنوب آسیا را ارائه می دهد. Sci Rep 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Suryanarayan A.، و همکاران 2021. بقایای لیپید در سفال از تمدن سند در شمال غربی هند. مجله علوم باستان شناسی. جلد 125, 2021,105291. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. گارسیا-گرانرو خوان خوزه، و همکاران 2022. ادغام تجزیه و تحلیل دانه های لیپید و نشاسته از ظروف سفالی برای کاوش مسیرهای غذایی ماقبل تاریخ در گجرات شمالی، هند. مرزها در اکولوژی و تکامل، 16 مارس 2022. بخش. دیرینه شناسی . DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

کتاب شناسی  

1. ایرتو ا. و همکاران 2022. لیپیدها در سفال های باستان شناسی: مروری بر روش های نمونه برداری و استخراج آنها. Molecules 2022, 27(11), 3451; DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Suryanarayan، A. 2020. آشپزی در تمدن سند چیست؟ بررسی مواد غذایی ایندوس از طریق آنالیز باقیمانده لیپید سرامیکی (پایان نامه دکتری). دانشگاه کمبریج. DOI: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Suryanarayan, A. 2021. Lecture – Lipid Residues in Pottery from the Indus Civilization. موجود در https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo 

***