Проанализировав изотопы и древние белки, содержащиеся в зубах и костях, учёные выяснили, чем на самом деле питались люди в средневековой Европе, и подчеркнули важную роль бобовых и пресноводной рыбы в их ежедневном рационе.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports, учёные реконструировали исторические пищевые привычки с помощью протеомного анализа и анализа стабильных изотопов.
Палеодиетические исследования позволяют реконструировать исторический образ жизни людей. Анализ стабильных изотопов используется для изучения окружающей среды, рациона и мобильности человека. Значения стабильных изотопов биоэлементов (углерода, водорода, серы, азота и кислорода) в тканях организма связаны с составом рациона отдельных людей. По значению стабильного изотопа углерода (δ13C) можно определить содержание С3- и С4-растений, а также наземных и морских источников в рационе.
Значения стабильных изотопов азота (δ15N) связаны с происхождением и количеством потребляемого животного белка. Кроме того, значения стабильных изотопов серы (δ34S) свидетельствуют о влиянии морской среды, например отложений морского происхождения, эффекта морских брызг и морепродуктов. Хотя анализ стабильных изотопов позволяет реконструировать рацион питания в прошлом и в древности, он имеет ограничения при идентификации конкретных продуктов и не может достоверно определить некоторые компоненты рациона, например бобовые или умеренное потребление рыбы. Однако биомолекулярный анализ, например протеомика, может дать более подробное представление о рационе древних людей, позволяя определить, какие именно виды растений и животных употреблялись в пищу.
Об исследовании
В отличие от кости или дентина, зубной камень постепенно образуется на зубах, задерживая крошечные фрагменты пищи и белки из слюны и продуктов питания в своих минерализованных слоях на протяжении всей жизни человека. Это делает его уникальным прямым «архивом» рациона.
В рамках настоящего исследования учёные стремились реконструировать исторические пищевые привычки с помощью анализа стабильных изотопов и древней протеомики. Они использовали антропологические коллекции с кладбища Баар в кантоне Цуг, Швейцария, и монастырского кладбища Дальхайм в земле Северный Рейн-Вестфалия, Германия, датируемые VII веком н. э. и IX–XII веками н. э. соответственно. Анализ стабильных изотопов был проведён на образцах костей 11 человек и образцах зубов восьми человек из Дальхайма.
Образцы зубного камня также были доступны для изотопного анализа после подготовки образцов для протеомики. Полученные образцы зубного камня и коллагена были использованы для измерения содержания стабильных изотопов углерода, серы и азота с помощью масс-спектрометра с определением изотопного соотношения. В общей сложности 52 образца зубного камня из двух мест были подвергнуты древнему протеомическому анализу. Однако из-за плохой сохранности только 37 образцов прошли проверку качества, а 15 образцов были исключены из основного анализа.
Белки были выделены, и был проведён масс-спектрометрический анализ. Были оценены пищевые пептиды, а совпадения пептидных спектров (PSM) были найдены в базе данных транслированных нуклеотидов с помощью инструмента базового локального поиска выравнивания (BLAST). Идентификация пептидов была признана успешной, когда было достигнуто 100-процентное покрытие пептидов и 100-процентная гомология с желаемым пищевым белком.
Выводы
Зелёный горошек (Pisum sativum) был для средневековых крестьян важнейшим источником питания, поскольку содержал все девять незаменимых аминокислот, которых нет во многих других растениях, и служил жизненно важным источником белка, особенно в условиях дефицита продуктов животного происхождения.
Содержание коллагена в образцах кости и дентина из Дальхейма варьировалось от 7,4 % до 15,8 % и от 6,8 % до 17,7 % соответственно. Высокое содержание коллагена и молярное соотношение C/N указывают на хорошую сохранность коллагена без признаков микробиологической или коллагеновой деградации нативного белка. Средние значения δ13C, δ15N и δ34S для коллагена кости составили -20‰, 10‰ и 9,4‰ соответственно.
Средние значения δ13C, δ15N и δ34S для дентального коллагена составили -20,1 ‰, 10,1 ‰ и 8,6 ‰ соответственно. Напротив, образцы зубного камня отличались от образцов коллагена средними значениями δ13C, δ15N и δ34S, которые составили -22,4 ‰, 10,6 ‰ и 6,8 ‰ соответственно. Значения δ13C в зубном камне, кости и дентине существенно различались.
Важно отметить, что исследователи пришли к выводу, что зубной налёт не даёт надёжных изотопных сигналов для реконструкции рациона из-за присущей ему изменчивости и сложного состава. Наблюдаемые повышенные значения δ34S, скорее всего, отражают влияние местных геологических морских отложений с Падерборнского плато, а не употребление в пищу морской рыбы.
В общей сложности у 15 человек было выявлено 16 пищевых белков (124 PSM, 34 уникальных пептида); два из них были животного происхождения, а 14 — растительного. Бобовые были наиболее представительным семейством растений, обнаруженным только у жителей Дальхейма. Было выявлено пять белков семян: легумин A, вицилин, конвицилин, p54 и легумин J.
Семь уникальных пептидов были характерны для семейства бобовых, а 15 — для зелёного горошка (Pisum sativum). Идентификация белков зелёного горошка особенно важна, поскольку растительные белки, особенно из бобовых, редко обнаруживаются в археологических образцах. Сохранность этих белков из бобовых может быть обусловлена их глобулярной структурой с компактными четвертичными связями и дисульфидными связями, которые обеспечивают стабильность в археологических условиях.
Псевдозлаки (С4-растения) и злаки (С3-растения) также были идентифицированы в образцах с обоих участков на основании одного белка, отвечающего за развитие растений, и трёх неидентифицированных белков.
У жителей Дальхейма были обнаружены три уникальных пептида (14 PSM), характерных для риса, проса и обыкновенной пшеницы. Также были выявлены следы употребления шпината, что согласуется с историческими записями о его выращивании в средневековой Европе.
Обнаружение белков европейского окуня (Perca fluviatilis) имело большое значение. Эту распространённую пресноводную рыбу, вероятно, употребляли в пищу в дни христианского поста, когда было запрещено есть наземное мясо, что соответствовало историческим традициям.
У особей из Баара два уникальных пептида (семь PSM) были специфичны для ячменя и пшеницы. Пять белков принадлежали другим растениям. Были обнаружены два белка животного происхождения (белки рыбы и молока). Белок рыбы (один уникальный пептид, 10 PSM) был специфичен для европейского окуня и был обнаружен у одной особи из Баара и у четырёх из Дальхейма.
Идентификация пресноводного окуня помогла установить, что повышенные значения изотопов серы имеют геологическое, а не пищевое происхождение. Молочный белок (один уникальный пептид, 2 PSM) представлял собой β-лактоглобулин, обнаруженный у одной особи из Баара.
Примечательно, что, несмотря на изотопные данные, указывающие на употребление в пищу белка наземных животных, в образцах из Дальхейма не было обнаружено белков наземных животных (мышц, крови или молока), что подчёркивает взаимодополняющий характер этих аналитических подходов.
В ходе исследования было обнаружено, что растительные белки, такие как вицилин и легумин, с их компактной шаровидной структурой, по-видимому, исключительно хорошо сохраняются на протяжении веков в зубном камне по сравнению с другими типами белков.
Таким образом, в ходе исследования были проведены анализы стабильных изотопов углерода, серы и азота в образцах костей, зубов и зубного камня двух средневековых европейских популяций. Комбинированный анализ древних белков и стабильных изотопов позволил дополнить друг друга при реконструкции исторического рациона человека. Каждый метод устранял недостатки другого: анализ стабильных изотопов давал общее представление о рационе, а протеомика позволяла идентифицировать виды.
Полученные данные свидетельствуют о том, что население Дальхейма в основном питалось растительной пищей и белками наземных животных.
Хотя данные о стабильных изотопах не дают однозначного ответа на вопрос о том, употребляли ли они в пищу бобовые или рыбу, протеомные данные подтверждают наличие в их рационе и того, и другого. Среди идентифицированных таксонов были европейский окунь, мягкая пшеница, зелёный горошек, просо и ячмень.
Эти результаты согласуются с историческими данными о средневековом рационе питания, согласно которым бобовые были основным источником белка для людей с низким социально-экономическим статусом, а пресноводную рыбу, например окуня, часто употребляли в пищу, особенно во время религиозных постов, когда употребление мяса наземных животных было запрещено.
Исследование также выявило критические методологические аспекты, в том числе ненадёжность зубного налёта для изотопной реконструкции рациона и проблемы, связанные с разной степенью сохранности белков в археологических образцах. Исследователи отметили, что отсутствие пищевых белков не обязательно означает, что эти продукты не употреблялись в пищу, поскольку восстановление белков зависит от условий хранения и ограничений базы данных.
Авторы исследования рекомендуют в будущих работах использовать более строгие протоколы обеззараживания, стандартизировать процедуры оценки сохранности и учитывать роль вторичной и третичной структур белков в процессе сохранения, чтобы повысить надёжность и интерпретируемость древних протеомных данных.
В целом это исследование закладывает основу для дальнейшего междисциплинарного анализа, который позволит составить более точную и подробную картину образа жизни древних и исторических народов.
Ссылка на журнал:
- Педергнана А., Гроссманн Дж., Тёрк Р. и др. (2025). Реконструкция средневекового рациона питания с помощью интеграции стабильных изотопных и протеомных анализов двух европейских захоронений. Scientific Reports, 15(1), 26442. DOI: 10.1038/s41598-025-10103-0, www.nature.com
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся