Izotopy jsou atomy téhož prvku, které mají stejný počet protonů a nestejný počet neutronů, což jim dává mírně odlišnou hmotnost. Lze je rozdělit do dvou kategorií – radioaktivní a stabilní.
Radioaktivní izotopy (například C-14) se časem rozpadají, což je vlastnost, která z nich činí velmi důležité nástroje pro datování archeologických nálezů, půdy nebo hornin. Stabilní izotopy mají stabilní jádro, které se nerozpadá. Jejich množství proto zůstává v průběhu času stejné, což umožňuje mnoho užitečných aplikací v archeologii (a dalších oborech, jako je ekologie nebo forenzní věda).
Izotopy jsou přítomny všude ve světě, ve kterém žijeme a dýcháme, ale rovnováha (nebo poměr), ve kterém se různé izotopy stejných prvků vyskytují, se liší mezi různými látkami (např. různými druhy potravin) a ekosystémy (např. mezi pevninou a mořem nebo mezi různými klimatickými pásmy). Jak rosteme a jak se naše tkáně neustále obnovují, izotopy obsažené v potravě, kterou jíme, a ve vodě, kterou pijeme, se zabudovávají do všech tkání našeho těla, včetně kostry. Měřením poměrů různých izotopů v kostech nebo zubech a využitím vědeckých poznatků o jejich výskytu v přírodě k vysledování zdrojů, z nichž pocházejí, mohou archeologové zjistit mnoho věcí o jedinci, například jaká byla jeho strava a v jakém prostředí vyrůstal.
Existuje mnoho stabilních izotopů, které archeologové používají, ale nejčastěji se analyzují:
- uhlík: 13C (neboli C-13) a 12C (neboli C-12). Poměr mezi nimi (13C/12C) se obvykle označuje jako hodnoty δ13C (vyslovuje se: delta-13-C).
- dusík: 15N (nebo N-15) a 14N (nebo N-14). Jejich poměr (15N/14N) se opět udává jako hodnoty δ15N (vyslovuje se delta-15-N).
- kyslík: 18O (O-18) a 16O (O-16), přičemž jejich poměr (18O/16O) se označuje jako hodnoty δ18O (vyslovuje se delta-18-O).
- stroncium: 87Sr (Sr-87) a 86Sr (Sr-86). Poměry izotopů stroncia se označují jako poměry 87Sr/86Sr.
Poměry izotopů se měří pomocí analytických přístrojů známých jako izotopové hmotnostní spektrometry (IRMS). Poměry stabilních izotopů uhlíku a dusíku se nejčastěji používají ke zkoumání široké škály otázek týkajících se stravy (např. konzumace živočišných produktů nebo ryb; věk odstavení), zatímco hlavní využití poměrů izotopů kyslíku a stroncia spočívá v rekonstrukci dávné migrace (viz krok 2.11).
Analýza stravy
V 80. letech 20. století si vědci uvědomili, že různé poměry, izotopů uhlíku a dusíku v lidských kostech mohou poskytnout informace o typu stravy, kterou jedinci konzumovali. Například u stabilních izotopů uhlíku lze rozlišit určité typy rostlin, takzvané C3-rostliny, které tvoří naprostou většinu suchozemských rostlin, a C4-rostliny, mezi něž patří zejména kukuřice. V prvních aplikacích izotopové metody byla tato metoda použita ke sledování zavedení zemědělství (pěstování kukuřice) v Severní Americe. V Evropě, kde se ve starověku vyskytovalo jen velmi málo rostlin C4, se stabilní izotopy uhlíku používají především k rozlišení suchozemských potravin od mořských (ryby a korýši). V kombinaci s poměrem izotopů dusíku, který se zvyšuje tím více, čím výše se jedinec nachází v potravním řetězci, a může tak napovědět o množství živočišných produktů ve stravě. Zásadní je, že tato metoda nedokáže rozlišit mezi masem a mléčnými výrobky (viz obrázek 1). Studie našich stravovacích návyků v minulosti například odhalily, že neolitické populace nekonzumovaly prakticky žádné ryby, což je velmi drastická změna oproti předchozímu mezolitu, zatímco středověcí biskupové s vysokým statusem konzumovali podstatně více ryb, což souviselo s půstem, než jejich kongregace.
Obrázek 1. Typické poměry stabilních izotopů kostního kolagenu pro severozápadní Evropu, které ilustrují princip rekonstrukce stravy.
© Müldner 2009, University of Reading
Weaning
Weaning je termín popisující postupný přechod stravy dítěte z mateřského mléka na pevnou stravu. Studium věku odstavení u populací v minulosti se opírá o skutečnost, že poměry stabilních izotopů dusíku a kyslíku se budou lišit podle „trofické“ úrovně (neboli bodu v potravním řetězci) jedince. Kojením dítě účinně konzumuje tkáně své matky, čímž se dostává výše v potravním řetězci a zvyšuje poměr izotopů dusíku (neboli δ15N) ve svých vlastních tkáních. Když začne dítě odstavovat a mateřské mléko je postupně nahrazováno jinou potravou, tkáňový δ15N se sníží a klesne na hodnoty matky a ostatních dospělých v dané populaci.
Podobně jsou izotopy kyslíku přijímány tělem z vody v prostředí. Při kojení dítě přijímá vysoké hodnoty 18O, které postupně klesají, jakmile začne přijímat vodu z izotopově „lehčích“ zdrojů. Sledování obsahu izotopů dusíku a/nebo kyslíku v zubech (vzhledem k věku dítěte v době vzniku zubu) nám pomáhá určit věk, kdy bylo dítě odstaveno od mateřského mléka a přešlo na pevnou stravu.