古代の骨は、最先端のハイパースペクトル イメージングでその秘密を明らかにします

古代の骨工芸品の文化遺産を保護することが可能になりました。 近赤外線ハイパースペクトル イメージングと放射性炭素年代測定を組み合わせて、目に見えないものを見えるようにします。

考古学と放射性炭素年代測定の分野に革命をもたらし、私たちの文化遺産を保護する、イタリアのチームによって開発された革新的な方法が登場しています。 研究者はそれを使用して、考古学的な骨に驚くべき結果をもたらし、「見えない」ものを見えるようにしました。

この重要な成果は、本日（2023 年 4 月 11 日）にジャーナルに掲載されました 通信化学 自然グループの研究は、ボローニャ大学とジェノバ大学の分析化学分野の専門家が共同で行った、Sahra Talamo 教授が調整した広範な研究活動の成果です。

このグループは、考古学的な骨を分析するための新しい技術を開発しました。これにより、放射性炭素年代測定に不可欠な目に見えないタンパク質であるコラーゲンの存在を初めて定量化し、高解像度でマッピングすることが可能になり、人間に関する新しい情報が得られます。進化。

「私たちの結果は、人類の進化の研究に大きな進歩をもたらすでしょう。 「ヨーロッパの文化遺産の保護と強化の下にある貴重な骨材の破壊を最小限に抑えることができるため、正確な暦年を提供することで貴重なオブジェクトを文脈化することができます。」

考古学者によって発見された最も希少な先史時代の骨の多くは非常に貴重であり、私たちの文化的および歴史的遺産の一部であると考えられています. 骨は、古代の人々の生活に関する多くの情報を提供することができます。彼らが食べたもの、生殖習慣、病気、彼らが行った移動などです。 しかし、骨は私たちが切望するすべての情報を提供できるわけではありません。 情報を伝達する可能性は、コラーゲンがどれだけ保存されているかによって制限されます.

アーティファクトの完全性を可能な限り維持する必要性と、放射性炭素分析を実行する必要性を組み合わせるために、研究者は革新的な方法を開発しました。カメラと近赤外線を組み合わせることで、観察されたサンプルの平均コラーゲン含有量。

「イメージング技術を使用して骨サンプル中のコラーゲンの存在を非破壊的な方法で定量化し、放射性炭素年代測定分析に提出するのに最も適したサンプル (またはサンプル領域) を選択しました」と、記事の筆頭著者であり、ジェノバ大学薬学部研究員。 「近赤外ハイパースペクトル イメージング (HSI) をケモメトリック モデルと共に使用して、古代の骨のコラーゲン分布の化学画像を作成しました。 このモデルは、すべてのピクセルでコラーゲンを定量化し、コラーゲン含有量の化学マッピングを提供します。」

コラーゲンを保存するために 1 つの遺跡に存在するすべての骨を分析することは非常に困難で、費用と時間がかかります。最も重要なのは、貴重な資料を破壊することです。 実際、人間の化石および/または骨のアーティファクトは、時間の経過とともにますます希少で貴重なものになっています. 時間の経過に伴うコラーゲンの続成変化のため、加速器質量分析 (AMS) の 14C 年代測定 (最小 1% 収率) に十分なコラーゲンを抽出するには、旧石器時代の骨 (= 500 mg の骨材料) の大きな出発重量が必要です。 さらに、最も貴重な考古学的な骨の多くは、サンプリングするには小さすぎる (骨材料が 200 mg 未満) および/または美しすぎるものです。 したがって、骨サンプル上のコラーゲンの分布に関する予備的な非破壊情報を取得することが重要です。

骨サンプルにまだ存在するコラーゲンの位置と含有量の両方に関する情報を取得できるため、この研究で説明されている技術が本当に優れているのはこのような状況です。

「現在の研究で使用されている近赤外ハイパースペクトル イメージング カメラ (NIR-HSI) は、1,000 ～ 2,500 nm スペクトルのフル スペクトルを含む化学画像を取得するライン スキャン (プッシュほうき) システムです。この記事の共著者であり、ボローニャ大学の環境および文化遺産化学の教授である Giorgia Sciutto は言います。 「NIR-HSI 分析は完全に非破壊的です。 単一の骨サンプルの分析に必要な時間は数分であるため、システムは 1 日で多くのサンプルを検査して分析に適したサンプルを見つけることができ、時間とお金を節約し、貴重な材料の不必要な浪費を大幅に削減します。貴重なサンプルの時間、コスト、破壊。」

この手法は、保存状態が悪いために以前の試みが不可能だった多くのサイトで、放射性炭素分析に提出されるサンプルの選択をサポートすることが期待されています。

「この新しい技術により、最良の標本を選択するだけでなく、予測されたコラーゲンの量に基づいて、選択した標本のサンプリング ポイントを選択することもできます」と、この論文の共著者であり、ジェノバ大学薬学部の教授である Paolo Oliveri は述べています。 「この方法は、14C分析のために破壊されるサンプルの数を大幅に減らすのに役立ち、骨内では、年代測定に十分でない量のコラーゲンを提示する可能性のある領域の選択を避けるのに役立ちます. これにより、貴重な考古学的資料の保存が向上します。」

「本研究で提案された方法の可能性は、予測モデルが提供する情報の種類と量にあり、骨のコラーゲンの特徴付けに関する 2 つの基本的かつ補完的な問題、つまり、量と場所に対処しています」記事の著者。

したがって、この実験的アプローチは、調査のために提出されたサンプル全体に存在する平均コラーゲン含有量に関連する定量的情報を提供できます。 検査は、（一点分析のように）小さくて局所的な領域で実行できるだけでなく、サンプルの表面全体を考慮することもできるため、より多くのより重要な量のデータを生成できます。 さらに、HSI システムを PLS 回帰と組み合わせることで、初めて、古代の骨のサンプルで、全体的なコラーゲン含有量を決定するだけでなく、高空間分解能 (約 30 um) でそれを局在化し、定量的な化学的分析を得ることも可能になりました。マップ。

「放射性炭素に関する限り、遺産価値の高い骨を戦略的にサンプリングすることができます。 たとえば、骨の特定の領域に集中しているコラーゲンの正確な量を知ることで、その部分だけを切り取ることができます」と Talamo 氏は言います。 「さらに、コラーゲンの予測が骨の保存状態が悪いことを示している場合は、抽出中のコラーゲンの損失を最小限に抑えるために、ソフトな 14C 前処理を実行することを決定できます。」

全体として、NIR-HSI 分光法事前スクリーニングと放射性炭素法のこの革新的で鋭い組み合わせにより、考古学的な骨のコラーゲンの存在に関する詳細な情報が初めて提供され、14C に適した材料のみを年代測定し、その数を増やすことで実験室のコストを削減します。考古学的な骨は保存できるため、将来の研究に利用できます。

参照: 「放射性炭素年代測定のために先史時代の骨のコラーゲン含有量をマッピングするための近赤外ハイパースペクトル イメージング」クリスティーナ マレゴリ、ジョルジア シュート、パオロ オリベリ、シルビア プラティ、ルクレツィア ガッティ、エミリオ カテッリ、ステファノ ベナッツィ、シルビア セルカティージョ、ドラガナ パレチェク、ロッコ マッツェオサハラ・タラモ、2023 年 4 月 11 日、 通信化学.
DOI: 10.1038/s42004-023-00848-y