Une nouvelle technique d’analyse des ossements archéologiques

Il présente une méthode innovante développée par une équipe italienne qui va révolutionner le domaine de l’archéologie et de la datation au radiocarbone et protéger notre patrimoine culturel. Les chercheurs l’ont utilisé avec des résultats surprenants sur des ossements vestigiaux, rendant visible « l’invisible ».

Cette réalisation importante a été publiée dans la revue Chimie de la communication– Le résultat d’un travail de recherche approfondi coordonné par le professeur Sahra Talamo, auquel ont collaboré des experts dans le domaine de la chimie analytique de l’Université de Bologne et de l’Université de Gênes.

Le groupe a mis au point une nouvelle technique d’analyse des ossements archéologiques, qui permet pour la première fois de quantifier et de cartographier à haute résolution le collagène, la protéine invisible indispensable pour réaliser des datations au radiocarbone et ainsi obtenir de nouvelles informations sur un être humain. développement.

« Nos résultats feront une avancée majeure dans l’étude de l’évolution humaine », déclare Talamo, co-auteur de l’étude et directeur du laboratoire de datation au radiocarbone BRAVHO à l’Université de Bologne, « puisque nous pourrons réduire la destruction de des os précieux. matériaux, qui sont soumis à la protection et à la promotion du patrimoine culturel européen, et nous permettent ainsi de contextualiser l’objet de valeur en fournissant un âge calendaire précis.

Bon nombre des ossements préhistoriques les plus rares trouvés par les archéologues sont extrêmement précieux et sont considérés comme faisant partie de notre patrimoine culturel et historique. Les os peuvent fournir de nombreuses informations sur la vie des anciens habitants : ce qu’ils mangeaient, leurs habitudes de reproduction, leurs maladies et les migrations qu’ils effectuaient. Cependant, les os ne peuvent pas nous donner toutes les informations que nous désirons. Leur capacité à transmettre des informations est limitée par la quantité de collagène qui y est conservée.

Afin de combiner la nécessité de préserver au mieux les artefacts avec la nécessité d’effectuer des analyses au radiocarbone, les chercheurs ont donc développé une méthode innovante qui leur permet, grâce à une caméra couplée au proche infrarouge, de détecter la teneur moyenne en collagène de les échantillons observés.

« Nous avons utilisé la technologie d’imagerie pour déterminer de manière non destructive la présence de collagène dans des échantillons d’os afin de sélectionner les échantillons (ou régions d’échantillon) les plus appropriés à soumettre à une analyse de datation au radiocarbone », explique Christina Malligori, première auteure de l’article. Chercheur au Département de Pharmacie, Université de Gênes.

« L’imagerie hyperspectrale dans le proche infrarouge (HSI) a été utilisée en conjonction avec un modèle chimiométrique pour générer des images chimiques de la distribution du collagène dans l’os ancien. Ce modèle quantifie la quantité de collagène dans chaque pixel et fournit ainsi une cartographie chimique de la teneur en collagène. »

Il est très difficile, coûteux et long d’analyser tous les ossements d’un même site archéologique pour préserver le collagène ; Et surtout, cela entraînera des dommages aux matériaux précieux. En fait, les fossiles humains et/ou les artefacts osseux sont devenus plus rares et plus précieux au fil du temps.

En raison de l’altération génétique du collagène au fil du temps, des poids de départ importants d’os paléolithique (≥ 500 mg de matière osseuse) sont nécessaires pour extraire suffisamment de collagène pour la spectrométrie de masse (AMS) 14C (rendement minimum de 1 %). De plus, bon nombre des ossements archéologiques les plus précieux sont très petits (et c’est dans ce contexte que la technique décrite dans cette étude brille vraiment car elle permet d’obtenir des informations sur l’emplacement et la teneur en collagène encore présent dans l’échantillon d’os.

« La caméra d’imagerie hyperspectrale proche infrarouge (NIR-HSI) utilisée dans cette étude est un système de balayage linéaire (balayage par poussée) qui acquiert, par pixel, des images chimiques à spectre complet dans la bande spectrale 1000-2500 nm. La bande (rayons ) ont été enregistrées dans le proche infrarouge), explique Giorgia Cioto, co-auteur de l’article et professeur de chimie du patrimoine environnemental et culturel à l’Université de Bologne.

« L’analyse NIR-HSI est totalement non destructive. Le temps nécessaire pour analyser un seul échantillon d’os est de quelques minutes, ainsi, le système peut examiner de nombreux échantillons en une journée pour trouver ceux qui conviennent à l’analyse, ce qui permet d’économiser du temps, de l’argent et inutile gaspillage de matériaux de valeur, ce qui réduit considérablement le temps, les coûts et la destruction de spécimens de valeur. »

Cette technique devrait soutenir la sélection des échantillons à soumettre à l’analyse au radiocarbone sur de nombreux sites où les tentatives précédentes n’étaient pas possibles en raison d’une mauvaise conservation.

« Cette nouvelle technique permet non seulement de sélectionner les meilleurs échantillons, mais également de sélectionner le point de prélèvement dans les échantillons sélectionnés en fonction de la quantité de collagène attendue », explique Paolo Oliveri, co-auteur de l’article et professeur au Département de Pharmacologie à l’Université de Gênes.

« Cette méthode réduit considérablement le nombre d’échantillons détruits pour l’analyse du 14C et aide à éviter de sélectionner des régions qui pourraient présenter une quantité insuffisante de collagène pour la datation. Cela augmente la préservation du précieux matériel archéologique. »

« Le potentiel de la méthode proposée dans la présente étude réside dans le type et la quantité d’informations fournies par le modèle prédictif, qui aborde deux questions fondamentales et complémentaires pour la caractérisation du collagène osseux : combien et où », explique Christina Maggiore, première auteur de l’article.

Ainsi, cette approche expérimentale peut fournir des informations quantitatives concernant la teneur moyenne en collagène présente dans l’ensemble de l’échantillon soumis à l’investigation. L’analyse peut être effectuée non seulement dans de petites zones localisées (comme dans l’analyse en un seul point), mais peut également prendre en compte la totalité de la surface de l’échantillon, produisant ainsi une quantité de données plus importante et plus importante.

De plus, la combinaison du système HSI avec une régression PLS a permis, pour la première fois, sur des échantillons d’os ancien, non seulement de déterminer la teneur totale en collagène mais aussi de déterminer sa localisation à haute résolution spatiale (~30 μm), et d’obtenir des cartes chimiques quantitatives.

« En termes de datation au radiocarbone, nous pouvons échantillonner stratégiquement des os à haute valeur patrimoniale. Par exemple, connaître la quantité exacte de collagène concentré dans une zone spécifique de l’os nous permet de ne découper que cette partie », explique Talamo. « De plus, lorsque la prédiction du collagène montre que les os ont été mal conservés, on peut décider de réaliser un traitement doux à 14°C pour minimiser la perte de collagène lors de l’extraction.

Dans l’ensemble, cette combinaison innovante et critique de la spectroscopie NIR-HSI et de la méthode au radiocarbone fournit, pour la première fois, des informations détaillées sur la présence de collagène dans l’os archéologique, réduisant les coûts de laboratoire en datant des matériaux adaptés à seulement 14 ° C et en augmentant le nombre de ossements archéologiques qui peuvent être conservés et sont donc disponibles pour de futures recherches.