Possibilities of sequential isotope analyses of dentine for the study of life conditions of past animal populations. New approaches to obtain intra-tooth isotopic data from collagen (stable carbon and nitrogen isotopes) in hypsodont species

Abstract

L’anàlisi seqüencial o intra-dental d’isòtops estables és una analítica cada vegada més arrelada en els estudis arqueozoològics. Aquestes anàlisis permeten reconstruir condicions paleoclimàtiques, i estudiar patrons d’alimentació, mobilitat, o reproducció dels animals a una escala estacional. La seva integració a la recerca arqueozoològica ha estat però limitada a la fracció inorgànica de l’esmalt. Els estudis realizats a partir de l’anàlisi seqüencial de dentinacol ·lagen han estat molt puntuals, malgrat les possibilitats bioquímiques que ofereix el col·lagen per la reconstrucció de paleodietes. Aquesta tesi doctoral té l’objectiu de contribuir al desenvolupament metodològic de les anàlisis seqüencials de dentina i d’oferir un corpus de dades referencials que recolzin la seva integració en estudis arqueozoològics. Particularment, s’aborden les limitacions específiques que enfronten quan s’apliquen en denticions hipsodontes. En aquesta tesi s’apliquen diferents protocols d’anàlisi seqüencial de dentina-col·lagen ( 13C i 15N) sobre un conjunt d’ovelles modernes procedents d’un programa experimental on les condicions d’alimentació van estar controlades. Es presenta un nou protocol de mostreig i anàlisi que permet obtenir major resolució temporal i isotòpica que les estratègies fins ara disponibles, i s’avaluen les possibilitats del nou protocol per a estudiar el procés de lactància i deslletament en ovelles domèstiques. El nou protocol ofereix ara noves possibilitats per a estudiar les condicions d’alimentació, mobilitat i reproducció de les poblacions animals del passat.

Los análisis secuenciales o intra-dentales de isótopos estables son una analítica ampliamente utilizada en estudios arqueozoológicos. Estas aproximaciones permiten reconstruir condiciones paleoclimáticas y estudiar patrones de alimentación, movilidad o reproducción de los animales a una escala estacional. Su aplicación ha estado principalmente limitada a la fracción inorgánica del esmalte, mientras que la aplicación en dentina-colágeno ha sido muy puntual, a pesar de las posibilidades bioquímicas que ofrece esta vía para la reconstrucción de paleodietas. Esta tesis doctoral tiene el objetivo de contribuir al desarrollo metodológico los análisis secuenciales de dentina y de ofrecer un cuerpo de datos referencial que apoye su integración en estudios arqueozoológicos. En particular, se abordan las limitaciones específicas que enfrenta su aplicación sobre denticiones hipsodontas. A lo largo de la tesis se aplican distintos protocolos de análisis secuencial de dentina-colágeno ( 13C y 15N) sobre un conjunto de ovejas modernas criadas bajo un programa experimental donde se controlaron las condiciones de alimentación. Se presenta un nuevo protocolo de muestreo y análisis que permite obtener mayor resolución temporal e isotópica que los protocolos hasta ahora disponibles, y se evalúan las posibilidades del nuevo protocolo para estudiar el proceso de lactancia y destete en ovejas domésticas. La implementación de nuestro nuevo protocolo ofrece nuevas posibilidades para estudiar las condiciones de alimentación, movilidad y reproducción de las poblaciones animales del pasado.

Intra-tooth or sequential stable isotope analyses are nowadays widely implemented in current zooarchaeological studies. They are useful approaches for the reconstruction of paleoclimatic conditions and the study of animals’ diet, mobility, or reproductive patterns at a seasonal level. These analyses have been mainly restricted to the mineral fraction of the enamel, while the implementation in dentine collagen has been generally eluded, despite being an essential organic compound for paleodietary studies. This PhD thesis aims to contribute to the methodological development of dentine sequential analyses and to provide a referential corpus of data to promote its integration in zooarchaeological studies. The thesis addresses specific limitations faced when these analyses are applied in teeth of hypsodont species. Here, previous and new protocols of sequential analyses of dentine-collagen ( 13C and 15N) are performed in modern sheep specimens coming from experimental programs where life and diet conditions were controlled. We present a new sampling strategy that largely reduces the isotopic attenuation caused by dentine admixture. The suitability of this protocol to identify an artificial weaning in sheep is also tested. The implementation of the new protocol allows now addressing a new scope of possibilities for studying life conditions linked to environment, diet, mobility, or reproduction, in past animal populations.