MoM | Isotopenonderzoek

Een kaak uit Kessel, gebruikt voor isotopenanalyse (© Vrije Universiteit Amsterdam)

Ik heb al een aantal keren geschreven over de DNA-revolutie. Hier zijn alle artikelen bij elkaar. Door het onderzoek naar zowel hedendaags als antiek genetisch materiaal is het mogelijk uitspraken te doen over bijvoorbeeld de relatie tussen de diverse leden van de Achttiende Dynastie van Egypte, waarvan de mummies over zijn. Ook kunnen we uitspraken doen over bepaalde antieke ziektes – Ötzi zou doodziek zijn geworden van melk – en het uiterlijk van mensen. Het belang van dit soort onderzoek voor het begrip van antieke migraties is ook groot en ik heb het behandeld in Wahibre-em-achet en andere Grieken, dat momenteel bij de corrector ligt en op 4 april wordt gepresenteerd.

Ook al spreken we van DNA-revolutie, dat is eigenlijk niet helemaal juist, want er is een tweede laboratoriumtechniek met een (minimaal voor migratie) even groot potentieel: het isotopenonderzoek. Dit vergt even wat uitleg maar de conclusies zijn echt leuk.

1.

Atoomkernen bestaan uit protonen en afhankelijk van het aantal daarvan hebben de elementen een naam. Eén proton is het element waterstof, twee protonen is helium en zo voort. Daarnaast zijn er in de atoomkernen neutronen en dat zijn er niet altijd even veel. De zevenendertig protonen van het element rubidium krijgen meestal gezelschap van achtenveertig neutronen – dat heet dan 85Rb omdat er in totaal vijfentachtig protonen en neutronen zijn  – maar soms zijn er minder of meer neutronen. Atomen met een verschillende massa worden aangeduid als isotopen.

Marie Curie ontdekte dat allerlei isotopen instabiel zijn. Na verloop van tijd vallen ze uiteen in stabielere atoomkernen. Daarbij komt straling vrij. Zo verandert in de kern van 87Rb een neutron in een proton, waarna we te maken hebben met negenenveertig neutronen en achtendertig protonen, en dus met een ander element: het stabiele strontium. Of, om precies te zijn, 87Sr. Dit is een voorbeeld van wat bekendstaat als radioactief verval en de snelheid waarmee het gebeurt wordt meestal aangeduid als de halfwaardetijd. In het gegeven voorbeeld is die heel erg laag: voordat van een monster 87Rb de helft is omgezet in 87Sr, is een kleine vijftig miljard jaar verstreken. Dat is drie keer zou oud als het heelal, dus als iemand zou zeggen dat 87Rb eigenlijk stabiel is, dan heeft ’ie een punt. Desondanks zijn er gebieden waar het betrekkelijk veel voorkomt, namelijk als het afkomstig is uit lang geleden gevormd, rubidium bevattend gesteente, en zijn er ook gebieden waar het minder vaak voorkomt.

2.

Strontium heeft chemische eigenschappen die lijken op calcium. Daardoor kan in planten, die strontiumhoudende mineralen uit de bodem opnemen, in een molecuul de plaats van calcium zijn overgenomen door strontium en zo terechtkomen in de botten en het tandglazuur van plantenetende dieren. Aangezien de bodem niet overal hetzelfde is samengesteld, is ook de aanwezigheid van 87Sr niet dezelfde.

En nu de grote truc: je kunt iemands tandglazuur, dat zich vormt in de jeugd, vergelijken met iemands botten, die gedurende een heel leven worden gevormd en dus de omgeving documenteert waar hij is overleden. Als iemand nooit is verhuisd, is het percentage 87Sr (in verhouding tot een stabiele isotoop als 86Sr) hetzelfde. Is het echter anders, dan is hij verhuisd vanuit een gebied met een merkbaar andere samenstelling.

Een van de eerste keren dat dit soort onderzoek werd uitgevoerd, betrof het gebeente van enkele in Vlaanderen vereerde, vroegmiddeleeuwse heiligen, waarvan het heiligenleven vermeldde dat ze niet waren begraven in hun geboortestreek. Dat werd bevestigd door het isotopenonderzoek. Een ronduit verbluffende conclusie kon worden getrokken over een rund dat om het leven is gekomen tijdens de slag in het Teutoburgerwoud: het was geboren in Italië, over de Alpen gekomen toen de Romeinen oprukten naar de Donau, later teruggekeerd naar Italië en uiteindelijk dus aan zijn einde gekomen bij Kalkriese.

(Dit soort onderzoek is mogelijk omdat rundergebitten iets anders in elkaar zitten dan die van mensen, waardoor je er meer mee kunt doen dan alleen een vergelijking van geboorte- en sterfgebied. Het fijne weet ik hier ook niet van.)

3.

Wat geldt voor strontium, geldt ook voor lood, dat eveneens een aanwijzing biedt voor de ouderdom van deze of gene bodem. Andere elementen, zoals koolstof en zuurstof, zijn weer te verbinden met omgevingsfactoren als de nabijheid van de kust, fotosynthese of de hoogte. Als we het hebben over multi-isotoop-onderzoek, is er, zoals de naam al aangeeft, gekeken naar diverse elementen.

Zelfs in een kleine regio als Nederland zijn verschillen aan te wijzen en in het recente proefschrift van Lisette Kootker is een van de conclusies dat in de laatste eeuwen v.Chr. mensen over betrekkelijk grote afstanden hebben gereisd. Zo blijkt ongeveer de helft van de bevolking van het Nederlandse rivierengebied niet lokaal te zijn opgegroeid. Voor andere gebieden en tijdvakken was het weer anders.

Een voorbeeld dat het nieuws haalde: in 2015 identificeerde Nico Roymans bij Kessel, waar de Maas en Waal samenkomen, de resten van wat een antiek slagveld lijkt te zijn geweest. Tenminste vier van de mensen die hier gewelddadig om het leven zijn gekomen, blijken niet afkomstig uit het rivierengebied, wat past bij de hypothese dat dit de plaats is geweest waar Julius Caesar twee stammen uitmoordde die afkomstig waren uit Germanië. Nu was de helft van de bevolking daar niet in de regio geboren, dus we zouden wel meer gegevens willen hebben. Eigenlijk zouden we het liefst willen dat we niet vier maar veertig mensen konden onderzoeken en dat we niet concludeerden dat ze niet uit het rivierengebied kwamen, maar dat ze uit pakweg het Roergebied kwamen. Desondanks staat toch maar mooi vast dat deze mensen niet afkomstig waren uit de regio. Tien jaar geleden zouden we niet van zulke inzichten hebben durven dromen.

[Het proefschrift van Kootker kunt u hier downloaden. De Nederlandse samenvatting is daar en begint op blz.254. Kootker is een van de spreeksters op “Oog op de Oudheid 2019”, op dinsdag 9 april in het RMO.

In de reeks “Methode op Maandag” (MoM) leg ik uit wat de oudheidkundige wetenschappen, en de historische wetenschappen in het algemeen, maakt tot wetenschappen. Een overzicht van deze en vergelijkbare stukjes is hier.]

17 gedachtes over “MoM | Isotopenonderzoek

  1. FrankB

    “zenden isotopen straling uit ”
    Even zeuren: dit is niet erg accuraat. Isotopen zijn geen aparte categorie; de meeste, zo niet alle atomen zijn onderverdeeld in isotopen. Dus ze hoeven helemaal geen straling uit te zenden; zwaar waterstof oftewel deuterium (één proton plus één neutron) is een voorbeeld. Aan de andere kant kun je zeggen dat elke isotoop straling uitzendt. Het ligt er maar aan over welke soort straling je het hebt. Je bedoelt vast geen zichtbaar licht.
    De crux is hier halfwaardetijd, die voor elk atoom en elke isotoop verschilt. Je hebt het dus over straling uitgezonden bij atoomverval, dwz. een atoom valt uiteen in minstens één ander atoom plus nog wat meer. Voor de rest van je verhaal maakt dit allemaal niet uit. Wel wil ik even opmerken atoomverval een probabilistisch proces is. Dikke kans dat dat reislustige rund de genoemde reis heeft gemaakt, maar helemaal hard is het niet.
    Het record is in handen van Tellurium-128. Diens halfwaardetijd is 160 biljoen maal zo groot als de leeftijd van het Heelal. Zoals zo vaak is “stabiel” vs. “instabiel” een onderscheid, geen strikte scheiding. Best kans dat allerlei stabiele isotopen zo’n grote halfwaardetijd hebben dat we die niet meer kunnen meten.

    “Eigenlijk zouden we het liefst willen ….”
    Wetenschappers zijn echte rupsjes-nooit-genoeg.

  2. habus

    Zag een paar jaar geleden in het stadsmuseum van Dortmund een Frankisch vorstengraf dat ergens in de buitenwijken (Asseln) van deze stad was gevonden. Het was een dubbelgraf van een echtpaar, waarbij de levensloop van de vrouw via isotopenonderzoek kon worden gereconstrueerd. Haar eerste levensjaren bracht ze door in het huidige Tsjechië om vervolgens verder op te groeien in N-Italië. Hiermee behoorde zij zeer waarschijnlijk tot de Longobardische elite, die deze ‘route’ door Europa hebben gevolgd. De Frankische vorst maakte waarschijnlijk deel uit van een Merovingisch leger dat N-Italië binnentrok. De kennismaking met zijn bruid zal weinig romantisch zijn geweest, maar eerder een politieke alliantie hebben bekrachtigd.

  3. Ook het meisje van Egtved: https://nl.wikipedia.org/wiki/Meisje_van_Egtved, van de wollen doorkijk-rok, reisde rond in Europa, tussen het Teutoburgerwoud en Denemarken.
    In dit kader heb ik een vraag: Er zijn ooit prehistorische textielfragmenten gevonden in Roswinkel, Noord-Holland. Ik ben daar razend nieuwsgierig naar. Ik heb de beschrijving ervan in Prehistoric textiles van E. J. W. Barber, maar heb er nooit een afbeelding van kunnen vinden. Er staat een pdf van Geeske Kruseman online maar die kan ik niet downloaden omdat mijn wachtwoord wordt geweigerd. Zal wel suffigheid van mijn kant zijn, maar ik kom er niet door. Weet iemand waar ik elders een afbeelding vinden kan of beter nog de textielen zelf?

      1. Jeroen

        De resten worden bewaard in het Drents Museum in Assen (ik weet niet zeker of ze deel uitmaken van de vaste tentoonstelling).
        Het gaat (als ik het over het juiste heb) om enkele kleine fragmenten breiwerk (in naaldbinding) die in 1924 werden aangetroffen.

        Wellicht heb ik later nog een afbeelding (ff knippen en plakken)

        1. @Jeroen, dat zou fantastisch zijn. In Barber staan de fragmenten beschreven als opgegraven in North Holland, wat ik heb opgevat als Noord-Holland (waar ook een Winkel te vinden is). Terwijl het natuurlijk Noord Nederland moet zijn. Wanneer ik een bezoek aan Assen plan zal ik proberen ze te zien te krijgen.

          1. Jeroen

            Mmm.. dat lukt (mij) dus niet, een los plaatje downloaden. Wellicht helpt een vraag aan het Drents Museum?

            Ik heb wel een PDF met het artikel “Zeven eeuwen breiwerk, zeven millennia naaldbinding” uit “Kostuum 2015” het jaarboek van de Nederlandse Kostuumvereniging (niet het hele jaarboek; alleen dat artikel) via Academia.edu… maar dat is wellicht ook de site waar uw wachtwoord niet werkte (?).

            Dus:
            -wellicht heeft het Drents Museum info
            -wellicht heeft de Nederlandse Kostuumvereniging nog een PDF
            -wellicht is via Jona mijn e-mail adres te verkrijgen/contact te leggen; dan stuur ik het artikel door
            -wellicht is contact te leggen met merv. Kruseman zelf; ze is bijvoorbeeld gastconservator bij het Leids Wevershuis ( leidswevershuis@gmail.com )

            Succes!

            1. @jeroen: Ik neem contact op met mevrouw Kruseman. Heel hartelijk dank voor de informatie!
              En @jacobkrekel: wat een heerlijk commentaar. De dagelijkse groente zal toch wel uit de nabije omgeving zijn gekomen? Ik neem aan dat het dieet niet uitsluitend uit geïmporteerd graan bestond.

  4. jacob krekel

    Prachtig. Bijna te mooi om waar te zijn. En, zoals Marktplaats zijn bezoekers waarschuwt: als iets te mooi lijkt om waar te zijn, dan is dat meestal zo.
    Dus, waar zitten de zwakke punten?
    Een paar dingen.
    De informatie betreft, als ik het goed begrijp, niet waar iemand leefde, maar waar zijn voedsel vandaan kwam. En als de onderzochte geregeld een reislustig rund at, dan krijg je verwarrende informatie.
    Verder moeten verschillende plaatsen isotopisch voldoende van elkaar verschillen om meetbare verschillen op te leveren. Stel dat je op Europa een raster legt met vakjes van 100 km2,
    dan heb je 100.000 vakjes en je moet dan van minstens enkele tienduizenden de isotopensamenstelling bepalen. Een aardig project, en: is 100 km2 al niet veel te grof? Ertsen worden vaak vrij lokaal gevonden. Als je dat dan hebt dan zul je voor iedere meting, de onnauwkeurigheid van de meting in acht genomen, waarschijnlijk tientallen plaatsen vinden waar die bij past, en die plaatsen hoeven helemaal niet dicht bij elkaar te liggen.
    En er zijn vast nog wel meer haken en ogen, zoals verontreiniging van het materiaal, waar het DNA-onderzoek ook zo’n last van heeft
    Is er een dergelijk project om van voldoende plaatsen de isotopensamenstelling te bepalen?
    Als je Romeins materiaal onderzoekt, zou dan de conclusie mogelijk zijn dat de overleden Romein het grootste deel van zijn leven in Egypte heeft gewoond, vanwege de graantransporten uit dat land?
    Het lijkt wat zeurderig, maar ik vind dit echt een geweldig veelbelovende techniek, en juist daarom moet je er goed in prikken

  5. jan kroeze

    Leuk voorbeeld van de Romein die graan eet uit Egypte.
    Oldenzaal:lage variabiliteit in termen van herkomst maar toch infrastructureel goed ontsloten: kan dit op de een of andere manier te maken hebben met het duitse achterland van graven en grootgrondbezitters? Een reden om niet verder rond te trekken?
    Jona dank voor de attentie op deze dissertatie.

  6. Roger van Bever

    Never a dull moment with MoM, Jona! Bedankt voor de tip over Kootker’s proefschrift.

    Ik kan bij dit verhaal nog twee interessante links aanbevelen:

    http://www.pbs.org/time-team/experience-archaeology/isotope-analysis/
    en:
    http://electron6.phys.utk.edu/phys250/modules/module 5/nuclear_decay.htm

    Wat die rundergebitten betreft, schijnen er in vergelijking met mensengebitten complicerende factoren te zijn: Zie:
    http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-83242008000400011

    Eigenlijk komt die kennis vooral omdat de tandartsen materiaal uit rundertanden willen gebruiken voor reparatie van menselijke tanden (hopelijk zit er geen tandarts in de zaal!).

    Cruciaal lijkt mij de passage: “…Studies about the ideal level of radiopacity of composites have indicated that the materials should have a radiopacity similar to that of enamel so that it would not mask or hinder the detection of recurrent caries.17,18 However, these studies were made on human teeth. Thus, special care should be taken when using bovine teeth for similar studies to avoid errors in the interpretation of the results, since bovine enamel is more radiodense than human enamel, and bovine coronal dentin is less radiodense than human coronal dentin…

    Tenslotte wil ik nog een beroemde film director, Werner Herzog, citeren in een interview met Archeologie Magazine over de archeologie als wetenschap:

    “It’s quite extraordinary what they are doing now. How they have new, almost forensic-like science to collect pollen and understand the vegetation. They do things that are unprecedented, in a way, and it’s very beautiful to see that. I’m really intrigued by modern-day archaeology. For example, a square foot in one of the caves in the film—it took five months to remove half a centimeter of sediment. Every single grain of sand was picked up with a pair of pincers and documented with laser measurements. And all of a sudden it makes clear things like the flute, the flute from Hohle Fels Cave [in Germany], which is mammoth ivory, and the tiny fragments that were not understood for decades, but they were preserved. That’s a fine thing, yes, until somebody came who had the kind of imagination like the young woman who is in the film, Maria Malina, an archaeological technician who had the insight and started to put the fragments together.”

    Jouw statement onderaan MoM is dus wat mij betreft overbodig.

    P. S. Vanwege gezondheidsredenen kan ik niet naar het symposium over Wetenschapsbloggen komen. Jammer. Wordt later nog een verslag uitgebracht?

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.