Cómo los análisis de lípidos desentrañan antiguos hábitos alimentarios y prácticas culinarias

La cromatografía y el análisis isotópico específico de compuestos de restos lipídicos en cerámica antigua revelan mucho sobre los hábitos alimentarios y las prácticas culinarias de la antigüedad. En las últimas dos décadas, esta técnica se ha empleado con éxito para desentrañar las prácticas alimentarias de varios yacimientos arqueológicos en todo el mundo. Recientemente, los investigadores la han aplicado a la cerámica recolectada en múltiples yacimientos arqueológicos de la civilización del valle del Indo. El hallazgo científico clave fue el predominio de grasas de animales no rumiantes en los recipientes de cocina, lo que implica que estos animales (como caballos, cerdos, aves de corral, conejos, etc.) se cocinaban en ellos durante un largo período. Esto contradice la visión tradicional (basada en evidencia faunística) de que los habitantes del valle del Indo consumían animales rumiantes (como ganado vacuno, búfalos, ciervos, etc. ).

Las excavaciones arqueológicas de yacimientos importantes durante el siglo pasado aportaron mucha información sobre la cultura y las prácticas de los pueblos antiguos. Sin embargo, comprender la dieta y las prácticas de subsistencia de las sociedades prehistóricas antiguas, sin registros escritos, solía ser una tarea ardua, ya que quedaba muy poco de lo que constituía "alimento" debido a la degradación casi total de los alimentos y las biomoléculas. En las últimas dos décadas, las técnicas químicas estándar de cromatografía y el análisis específico de compuestos de la proporción de isótopos estables de carbono han abierto camino en los estudios arqueológicos, permitiendo a los investigadores identificar las fuentes de lípidos. Como resultado, ahora es posible investigar la dieta y las prácticas de subsistencia mediante análisis moleculares e isotópicos de residuos de alimentos absorbidos, basados ​​en los valores δ¹³C y Δ¹³C.

Las plantas son las principales productoras de alimento. La mayoría utiliza la fotosíntesis C3 para fijar el carbono, por lo que se denominan plantas C3. El trigo, la cebada, el arroz, la avena, el centeno, el caupí, la yuca, la soja, etc., son las principales plantas C3. Constituyen el alimento básico de la humanidad. Por otro lado, las plantas C4 (como el maíz, la caña de azúcar, el mijo y el sorgo) utilizan la fotosíntesis C4 para la fijación del carbono.

El carbono tiene dos isótopos estables, C-12 y C-13 (el tercer isótopo, C-14, es inestable y, por lo tanto, radiactivo, y se utiliza para datar hallazgos arqueológicos orgánicos ). De los dos isótopos estables, el más ligero, C-12, se incorpora preferentemente en la fotosíntesis. La fotosíntesis no es universal; favorece la fijación de C-12. Además, las plantas C3 incorporan el isótopo C-12 en mayor medida que las plantas C4. Tanto las plantas C3 como las C4 discriminan el isótopo C-13, más pesado, pero las plantas C4 no lo discriminan tanto como las plantas C3. Dicho de otro modo, en la fotosíntesis, tanto las plantas C3 como las C4 favorecen el isótopo C-12 sobre el C-13, pero las plantas C3 lo favorecen más que las plantas C4. Esto da lugar a diferencias en la proporción de isótopos estables de carbono en las plantas C3 y C4, así como en los animales que se alimentan de ellas. Un animal alimentado con plantas C3 tendrá más isótopos ligeros que un animal alimentado con plantas C4, lo que significa que una molécula lipídica con una proporción isotópica más ligera tiene más probabilidades de haberse originado en un animal alimentado con plantas C3. Esta es la base conceptual del análisis isotópico específico de compuestos de lípidos (o cualquier otra biomolécula) que ayuda a identificar las fuentes de residuos lipídicos en la cerámica. En resumen, las plantas C3 y C4 tienen diferentes proporciones isotópicas de carbono. El valor de δ13C para las plantas C3 es más ligero, entre -30 y -23‰, mientras que para las plantas C4 este valor está entre -14 y -12‰.

Tras la extracción de los residuos lipídicos de las muestras de cerámica, el primer paso clave consiste en separar los distintos componentes lipídicos mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS). Esto proporciona un cromatograma lipídico de la muestra. Los lípidos se degradan con el tiempo, por lo que en las muestras antiguas se suelen encontrar ácidos grasos (AG), especialmente ácido palmítico (C16 ₎ y ácido esteárico (C18 ₎ . Si bien esta técnica de análisis químico ayuda a identificar los ácidos grasos en la muestra, no proporciona información sobre su origen. Es necesario determinar si un ácido graso específico identificado en el recipiente de cocina antiguo procede de productos lácteos, carne animal o plantas. Los residuos de ácidos grasos en la cerámica dependen de los alimentos que se cocinaban en el recipiente en la antigüedad.

Las plantas C3 y C4 tienen diferentes proporciones de isótopos estables de carbono debido a la absorción preferencial del isótopo C12 más ligero durante la fotosíntesis. De manera similar, los animales alimentados con plantas C3 y C4 tienen diferentes proporciones, por ejemplo, el ganado domesticado (animales rumiantes como vacas y búfalos) alimentados con alimentos C4 (como el mijo) tendrán diferentes proporciones de isótopos que los animales domésticos más pequeños como cabras, ovejas. y cerdo que normalmente pastan y prosperan en plantas C3. Además, los productos lácteos y la carne derivados del ganado rumiante tienen diferentes proporciones de isótopos debido a las diferencias en la síntesis de grasas en su glándula mamaria y tejido adiposo. La determinación del origen de un ácido graso específico identificado anteriormente se realiza mediante el análisis de proporciones de isótopos estables de carbono. La técnica de cromatografía de gases-combustión-espectrometría de masas de relación isotópica (GC-C-IRMS) se utiliza para analizar las relaciones isotópicas de los ácidos grasos identificados.   

La importancia del análisis de proporciones de isótopos estables de carbono en residuos lipídicos en estudios arqueológicos de yacimientos prehistóricos quedó demostrada en 1999, cuando el estudio de un yacimiento arqueológico en la frontera galesa, Reino Unido, permitió distinguir claramente entre grasas de origen no rumiante (p. ej., porcino) y rumiante (p. ej., ovino o bovino) ^1. Este enfoque proporcionó pruebas concluyentes de la primera producción lechera en el África sahariana verde en el quinto milenio a. C. El norte de África estaba cubierto de vegetación en aquel entonces, y los pueblos prehistóricos del África sahariana habían adoptado prácticas lecheras. Esta conclusión se obtuvo a partir de los valores de δ13C y Δ13C de los principales ácidos alcanoicos de la grasa de la leche identificados en cerámicas ^2. Análisis similares proporcionaron las primeras pruebas directas del procesamiento y consumo de productos lácteos por parte de sociedades neolíticas pastoriles en África oriental ³ y a principios de la Edad del Hierro, en el norte de China ⁴.

En el sur de Asia, la evidencia de domesticación se remonta al séptimo ^milenio a. C. Para el cuarto ^milenio a. C., animales domesticados como el ganado vacuno, el búfalo, la cabra, la oveja, etc., estaban presentes en varios sitios del valle del Indo. Se sugirió la utilización de estos animales para la producción de lácteos y carne, pero no existía evidencia científica concluyente que respaldara esta idea. El análisis de isótopos estables de residuos lipídicos extraídos de fragmentos de cerámica recolectados en asentamientos del valle del Indo proporciona la evidencia directa más antigua del procesamiento de lácteos en el sur de Asia⁵ ^. En otro estudio reciente, más elaborado y sistemático, de residuos lipídicos de fragmentos de vasijas recolectados en múltiples sitios del valle del Indo, los investigadores intentaron establecer el tipo de alimentos utilizados en los recipientes. El análisis de isótopos confirmó el uso de grasas animales en los recipientes. El hallazgo científico clave fue el predominio de grasas no rumiantes en los recipientes de cocina⁶, ^lo que implica que animales no rumiantes (como caballos, cerdos, aves de corral, conejos, etc.) se cocinaban en los recipientes durante un largo período y se consumían como alimento. Esto contradice una opinión arraigada (basada en evidencia faunística) según la cual los habitantes del valle del Indo consumían animales rumiantes (como ganado vacuno, búfalos, ciervos, cabras, etc.) como alimento.

La falta de disponibilidad de grasas de referencia modernas locales y la posibilidad de mezclar productos vegetales y animales constituyen limitaciones de este estudio. Para superar los posibles efectos derivados de la mezcla de productos vegetales y animales, y para obtener una visión holística, se incorporó el análisis de gránulos de almidón a los análisis de residuos lipídicos. Esto permitió cocinar plantas, cereales, legumbres, etc., en el recipiente. Esto ayuda a superar algunas de las limitaciones ⁷.

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Referencias:  

1. SN Dudd et al 1999. Evidencia de patrones variables de explotación de productos animales en diferentes tradiciones alfareras prehistóricas basadas en lípidos conservados en la superficie y residuos absorbidos. Revista de Ciencias Arqueológicas. Volumen 26, número 12, diciembre de 1999, páginas 1473-1482. DOI: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. et al. Primera lechería en el África verde del Sahara en el quinto milenio antes de Cristo. Naturaleza 486, 390–394 (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Grillo KM y al 2020. Evidencia molecular e isotópica de leche, carne y plantas en los sistemas alimentarios prehistóricos de pastores de África oriental. PNAS. 117 (18) 9793-9799. Publicado el 13 de abril de 2020. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. Han B, et al 2021. Análisis de residuos de lípidos de vasijas de cerámica del sitio de Liujiawa del RuiState (Edad del Hierro temprana, norte de China). Revista de ciencia cuaternaria (2022) 37 (1) 114–122. DOI: https://doi.org/10.1002/jqs.3377 

5. Chakraborty, KS, Slater, GF, Miller, H.ML. et al. El análisis de isótopos específicos de compuestos de residuos de lípidos proporciona la evidencia directa más temprana del procesamiento de productos lácteos en el sur de Asia. Informe científico 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Suryanarayan A., et al 2021. Residuos de lípidos en la cerámica de la civilización del Indo en el noroeste de la India. Revista de Ciencias Arqueológicas. Volumen 125, 2021,105291. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. García-Granero Juan José, et al 2022. Integración de análisis de granos de almidón y lípidos de vasijas de cerámica para explorar formas de alimentación prehistóricas en el norte de Gujarat, India. Frontiers in Ecology and Evolution, 16 de marzo de 2022. Sec. Paleontología. DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

Bibliografía  

1. Irto A, et al 2022. Lípidos en cerámica arqueológica: una revisión de sus técnicas de muestreo y extracción. Moléculas 2022, 27(11), 3451; DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Suryanarayan, A. 2020. ¿Qué se cuece en la civilización del Indo? Investigación de alimentos del Indo a través del análisis de residuos de lípidos cerámicos (Tesis de doctorado). Universidad de Cambridge. DOI: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Suryanarayan, A. 2021. Conferencia: Residuos de lípidos en la cerámica de la civilización del Indo. Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo 

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