BIOARQUEOLOGÍA-2012

TRABAJO PRÁCTICO N° 2 TEMA: Biología celular 1-OBJETIVOS -Conocer la célula, su estructura y la función de sus organelas. -Identificar las etapas de la respiración celular y el lugar donde se realizan. -Diferenciar las etapas y la finalidad del proceso de fotosíntesis. -Identificar estructura del cloroplasto y mitocondria -Diferenciar los distintos metabolismos fotosintéticos de asimilación del carbono que poseen los vegetales. 2-INTRODUCCIÓN La Teoría Celular indica que todos los organismos están compuestos por células. Todas las células provienen de células preexistentes. Cada célula contiene por lo menos 10.000 tipos de diferentes moléculas que son utilizadas para transformar la materia y la energía, para responder a su ambiente y para reproducirse (Purves et al. 2005; Curtis et al., 2006-2008). La teoría celular tiene dos implicancias: estudiar la biología celular es de alguna manera estudiar la vida y en segundo lugar significa que la vida es continua (Purves op. cit.). Todas las células están rodeadas por membrana plasmática lo que permite mantener un ambiente interno más o menos constante. Las células muestran dos patrones de organización: procarionte y eucarionte (animales, plantas, hongos y protistas). En las células eucariontes existen compartimientos internos rodeados por membranas que se denominan organelas. Algunas organelas procesan información y otras procesan energía (Purves op. cit.). En los seres vivos, se denomina metabolismos a la actividad química total que se realiza a través de miles de reacciones químicas individuales. Las vías metabólicas suelen compartimentalizarse y se encuentran muy reguladas. Por ejemplo, la respiración celular ocurre en las mitocondrias y la fotosíntesis en los cloroplastos. Las mitocondrias están rodeadas por una membrana externa e interna que se pliega hacia adentro formando cisternas, contienen las proteínas necesarias para la respiración celular y la generación de ATP (Purves op. cit.). Los cloroplastos contienen dobles membranas y un sistema interno de tilacoides organizados como grana. Los tilacoides contienen la clorofila y proteínas que utilizan la energía del sol para la fotosíntesis (Purves op. cit.).

3-ACTIVIDADES 1-Elabore una lista con las principales características de las células procariontes y eucariotas. Complete los gráficos. Célula procarionte

Célula eucarionte

2-Las siguientes imágenes representan a la célula animal y a la vegetal. Indique cuáles son las principales organelas que las integran y las funciones que cumplen. Célula animal

Célula vegetal

3- A partir del siguiente gráfico explique el proceso de fotosíntesis. ¿Cuál es la finalidad de este proceso? ¿En qué organela se lleva a cabo?

4- Lea el texto de Panarello, Tessone y Zangrando titulado Isótopos estables en arqueología: principios teóricos, aspectos metodológicos y aplicaciones en Argentina, teniendo en cuenta los siguientes puntos: -Temáticas abordadas y materiales tratados en arqueología a partir de investigaciones de isotopos estables. -Concepto de isotopo y de isotopo estable. -Abundancia isotópica y cómo se miden los isótopos estables. -Cuales son los materiales que pueden analizarse desde este tipo de estudios. -Características de las plantas C3, C4 y CAM. - Metabolismo, asimilación y fraccionamiento. -Tratamiento de las muestras. -Aplicación de estos estudios en la arqueología argentina. -Dietas terrestres, marinas, proteicas y no proteicas.

Bibliografía consultada -Curtis H. y Barnes S.2006. Biología. Sexta edición. Editorial Panamericana, Buenos Aires. -Panarello, H. O., A. Tessone y A. F. J. Zangrando. 2006-2009. Isótopos estables en arqueología: principios teóricos, aspectos metodológicos y aplicaciones en Argentina. Xama 19 – 23: 115-133. Mendoza - Argentina -Purves W., Sadava D., Orians G. y Heller C.2005. Vida. La Ciencia de la Biología. Sexta edición. Editorial Panamericana, Buenos Aires.

Xama 19 - 23 , 2006-2009; 115-133 Mendoza - Argentina ISSN 0327-1250

ISÓTOPOS ESTABLES EN ARQUEOLOGÍA: PRINCIPIOS TEÓRICOS, ASPECTOS METODOLÓGICOS Y APLICACIONES EN ARGENTINA Héctor Osvaldo Panarello*, Augusto Tessone**, Atilio Francisco Javier Zangrando*** RESUMEN Este trabajo tiene por objetivo exponer los principios teóricos y aspectos metodológicos necesarios para realizar una investigación usando isótopos estables en arqueología. Se presentan los conceptos y las nomenclaturas provenientes de ámbitos geoquímicos relevantes para el entendimiento y aplicación de esta línea de evidencia. Igualmente, se ponen de manifiesto las técnicas de medición y protocolos de laboratorio utilizados regularmente en el Instituto de Geocronología y Geología Isotópica (INGEIS) con muestras procedentes de investigaciones arqueológicas. Asimismo, se explicitan las limitaciones del método y se interpretan los fraccionamientos isotópicos que se producen en los organismos, en los procesos bioquímicos metabólicos durante la asimilación de los nutrientes, así como en la diagénesis, cuya consideración es fundamental en la aplicación de estas técnicas. Por último, se hace una revisión de trabajos publicados en Argentina a partir de una serie de ejes temáticos, como representación de la diversidad de problemáticas posibles de tratar y el potencial de este tipo de estudios en arqueología. PALABRAS CLAVE Carbono-13, Nitrógeno-15, Paleodieta, Colágeno óseo, Arqueología ABSTRACT The aim of this work is to explain the theoretical principles and methodological aspects that should be taken into account before beginning an investigation using stable isotopes in archaeology. Here, we describe the concepts and the original terms used in geochemistry that are relevant for the understanding and application of this line of evidence. We also show the measurement techniques and current laboratory procedures used for archaeological research in the Instituto de Geocronología y Geología Isotópica (INGEIS). In addition, we point out the limitations of the method and review the isotopic fractionation that takes place in the organisms during the biochemical pathways, such as the assimilation of nutrients, as well as in postdepositional, diagenetic processes. These considerations are fundamental in the application of isotopic techniques. Finally, we make a revision of research works published in Argentina dealing with subjects such as the different situations that can be afforded with these methods and their potential uses in archaeology. KEYWORDS Carbon-13, Nitrogen-15, Palaeodiet, Bone Collagen, Archaeology * ** ***

Instituto de Geocronología y Geología Isotópica - INGEIS-CONICET-UBA. [email protected] Instituto de Geocronología y Geología Isotópica - INGEIS-CONICET-UBA. [email protected] Centro Austral de Investigaciones Científicas - CADIC-CONICET-UBA. [email protected]

H. O. PANARELLO, A. TESSONE , F,J. ZANGRANDO

INTRODUCCIÓN

L

a distribución de la abundancia natural de los isótopos estables de determinados elementos químicos es una herramienta utilizada por múltiples disciplinas científicas, entre las cuales se destacan la física, la química, la geología, las ciencias biomédicas - para el diagnóstico y tratamiento de numerosas enfermedades - la hidrología, la ecología, la climatología y la arqueología. En esta última, los isótopos estables se han convertido en una línea de evidencia de desarrollo amplio. Pueden aplicarse a diversas temáticas de interés como variaciones paleodietarias en el espacio y tiempo, estudios de residencia y movilidad de individuos, estimación de paleotemperaturas, estación de recolección de ciertas especies animales y estudios de proveniencia de materiales, entre otras. En una escala global, desde mediados de la década de 1970 se producen investigaciones de isótopos estables aplicados a ámbitos arqueológicos (Vogel y Van der Merwe 1977, DeNiro y Epstein 1978). En el caso de la Argentina, los trabajos iniciales se produjeron en los primeros años de la década de los 90 en la región patagónica (Fernández y Panarello 1988/1990, Fernández et al. 1991, Yesner et al. 1991). El mayor desarrollo se dio en el estudio de paleodietas a partir de restos óseos humanos. No obstante, también fueron analizados otros tipos de materiales arqueológicos, como restos óseos faunísticos, dientes, valvas marinas o de agua dulce, etc (para nuestro país ver: Panarello 1987, Obelic et al. 1998). Son diversos los isótopos estables posibles de ser utilizados en investigaciones arqueológicas. Los más aplicados en las reconstrucciones paleodietarias son el carbono-13 y nitrógeno-15 (13C y 15N) (Tauber 1981, Ambrose 1986, Walker y DeNiro 1986, Keegan y DeNiro 1988, Pate 1997). La relación entre isótopos del estroncio (87Sr/86Sr) también fue empleada para discriminar entre dietas marinas y terrestres (Sealy et al. 1991), pero su aplicación cobró mayor relevancia en estudios sobre residencia, movilidad y migración de poblaciones humanas (Price et al. 2000, Hodell et al. 2004); más recientemente, en estas problemáticas se desarrollaron aplicaciones del 18O (Evans et al. 2006). Aunque con menor frecuencia, también fue empleado el 34S para reconstrucciones 116

paleodietarias y análisis de identificación de residencia o migración (Fernández et al 1999, Richards et al. 2001, 2003). Los propósitos de este trabajo son, por un lado, explicitar los principios teóricos y aspectos metodológicos necesarios para la utilización de los isótopos estables en arqueología y, por otro, hacer una revisión de las aplicaciones que se hicieron en nuestro país como una forma de mostrar su potencial en las investigaciones arqueológicas. El último apartado se divide en tres secciones que hemos denominado: 1) Dietas Terrestres: ¿C4 ó C3?, 2) ¿Dietas Marinas ó Terrestres? y 3) Dietas Proteicas y No Proteicas. Como hemos mencionado, existen numerosos isótopos que prestan valiosa ayuda en distintos estudios; sin embargo, en este trabajo nos vamos a detener en los isótopos estables del carbono y nitrógeno por ser los de mayor relevancia y uso. CONCEPTO DE ISÓTOPO Los átomos que componen la materia tienen un número fijo de protones y electrones en cada uno de los elementos, denominado número atómico (Z). Un mismo elemento, por ejemplo el Carbono (Z=6), puede poseer un número de neutrones diferente. Un isótopo es cada uno de esos diferentes átomos de un mismo elemento químico con un número diferente de neutrones. Hay elementos que tienen hasta 20 ó 30 isótopos. Los átomos de carbono tienen generalmente 6 protones y 6 neutrones, y por lo tanto, una masa atómica de 12, pero hay átomos de carbono con masa atómica 13, que son isótopos estables y pesados; y también átomos de carbono con masa atómica 14, inestables o radiactivos, ya que emiten radiación a medida que se transforman en un elemento estable (14N). Se los denota como 12C, 13 C y 14C respectivamente. En la nomenclatura especializada se suele incluir el número atómico como subíndice a la izquierda del elemento - 6Cpero se omite en general en los elementos más conocidos. Conviene remarcar entonces, que algunos isótopos son estables; en cambio, otros son inestables o radiactivos. Los isótopos estables son los que no se

Isótopos estables en arqueología: principios teóricos, aspectos metodológicos y aplicaciones en Argentina

desintegran con el tiempo; entre ellos, con número de masa bajo, se incluyen algunos isótopos de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono y azufre. Si bien los isótopos estables no cambian su estructura con el tiempo, su concentración relativa puede variar cuando hay fases o compuestos que comparten átomos con más de un isótopo. Esa redistribución de las especies isotópicas entre fases o compuestos en equilibrio estable o inestable hacia una configuración diferente a la inicial se denomina fraccionamiento isotópico (Panarello 1987). Durante las últimas décadas un número significativo de isótopos, tanto estables como radiactivos, fueron convenientemente estudiados y ensayados para muy diversas aplicaciones. CÓMO SE EXPRESA LA ABUNDANCIA ISOTÓPICA? Dado que en la práctica es difícil medir la abundancia absoluta de una especie isotópica determinada, en la literatura se prefiere usar la relación entre el número de moléculas que contienen el isótopo más pesado (en general el menos abundante) y las que contienen el más liviano. En el caso del carbono, con isótopos estables 12C y 13 C, dicha relación, definida como R13, es igual a 13 C/12C. En este caso, el resultado de esa la relación es del orden de 0.011 pero es aun menor en otros isótopos livianos, por lo que las relaciones isotópicas son números muy pequeños y relativamente difíciles de manejar. La solución para expresar estas relaciones en números más sencillos llevó a la definición de desviación isotópica (D). La D indica en cuánto se aparta la relación isotópica de nuestra muestra respecto de la existente en un patrón internacional previamente definido, i.e.: D = 1000 R M R R ‰ RR

donde RM es la es la relación isotópica en la muestra y RR corresponde a la misma relación isotópica en el patrón internacional. Dado que las desviaciones son pequeñas, se las multiplica por 1000 para que los números sean sencillos de manejar. En el caso del 13C, R corresponde a la relación 13C/12C y D a D13 C. En forma análoga se definen las desviaciones isotópicas para otros elementos como: D 15 N, con R = 15N/14N; D 18O, con R= 18O/16O;

D2H, con R=2H/1H; D34S, con R= 34S/32S, etc. Los patrones internacionales corresponden a V-PDB para carbono, AIR para el nitrógeno, V-SMOW para hidrógeno y oxígeno, VCDT para azufre, etc. (Craig 1957, Gonfiantini 1978, Gonfiantini et al. 1995). A menudo, cuando se quiere indicar el fraccionamiento que se produce en un proceso físico químico determinado se usa el factor de enriquecimiento (ε‰). Este factor es similar a la desviación isotópica en su sentido físico. La diferencia radica en que ε no se refiere a un patrón internacional sino que directamente indica el enriquecimiento o empobrecimiento (según ε sea positivo o negativo) de una fase o componente respecto de otro. Un ejemplo clásico lo encontramos cuando, en referencia al carbono-13, se dice que el colágeno óseo está enriquecido en un 5‰ respecto de la dieta del individuo, o que ε (colágeno –dieta) = +5‰, o cuando se menciona que el CO2 atmosférico está empobrecido en 9‰ respecto del bicarbonato marino ε (CO2 –HCO3- marino) = -9‰. LA MEDICIÓN DE LOS ISÓTOPOS ES TABLES La medición de las relaciones entre isótopos estables livianos, expresadas en forma de D, se efectúa por espectrometría de masas de relaciones isotópicas (IRMS) sobre un gas extraído de la muestra que sea representativo de su composición isotópica. Dentro de este método existen dos formas diferentes: una es la medición con preparación y purificación previas del gas de medición y posterior medida en el IRMS (off-line), donde dicho gas se almacena en colectores apropiados que se cargan uno a uno en un sistema de introducción múltiple para que el IRMS las mida contra la referencia interna. La otra forma tiene las líneas de preparación directamente adosadas al IRMS, en los que las muestras se cargan con ningún o muy poco pretratamiento. Un sistema automatizado se encarga luego del proceso de transformación de la muestra en gas de medición y su posterior transferencia al IRMS y medición secuencial. Asimismo, el espectrómetro de masas puede ser de flujo a través de capilares o de flujo continuo (CF). En el primero, las muestras de gas se transfie117

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ren a un reservorio que está conectado con la fuente de iones del equipo a través de un capilar estrangulado con el objeto de compatibilizar la presión de la muestra, del orden de unos 10 kPa1, con la de la fuente de iones que se encuentra a 10-7 -10-6 Pa. La muestra se compara con una referencia de trabajo, midiendo 6-8 ciclos en un tiempo del orden de 15 a 20 minutos. En el caso del CF, la muestra previamente procesada por la línea adosada entra al equipo llevada por un “gas carrier” (helio). En este caso la cantidad de muestra necesaria es de un orden menor y el tiempo total de medición raramente supera los 2 minutos. La precisión final de la medición con CF es similar o ligeramente mejor. Como ejemplo de la preparación del gas de medida, en el INGEIS la muestra de materia orgánica (entre 5mg y 10mg) se coloca en una ampolla de vidrio borosilicatado con 1g de CuO, un reactivo analítico. Se la lleva a alto vacío en una línea apropiada y luego se sella la ampolla en este vacío con soplete. Finalmente se la coloca en una mufla 1

1 Pa = 0.01 mBar = 0.0075 mmHg

donde se produce la combustión durante 8 horas, tiempo al cabo del cual se purifica criogénicamente con el fin de separar el agua y otros gases distintos del CO2 presentes en la ampolla. La muestra se transfiere a un colector y de allí al sistema multipuerta del espectrómetro de masas, IRMS. En los laboratorios que cuentan con un sistema on line, 0.5mg – 1.0mg de la muestra se introducen en una navecilla de plata que se coloca en un carrusel donde se pueden cargar unas 50100 muestras. Este se coloca en un analizador elemental (CHONS) que las combustiona secuencialmente en corriente de oxígeno y las deriva al IRMS a través de la interfase CF. QUÉ MATERIAL SE PUEDE ANALIZAR? Se pueden analizar distintos tejidos, entre los cuales se destacan hueso, diente, pelo, piel, uña, músculo, sangre, etc. Muchos de estos materiales no se encuentran habitualmente en el registro arqueológico y algunos tienen más relevancia en estudios ecológicos, fisiológicos o forenses.

Figura 1: Espectrómetro de masas para relaciones isotópicas (IRMS) Finnigan Delta-S del INGEIS.

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Isótopos estables en arqueología: principios teóricos, aspectos metodológicos y aplicaciones en Argentina

En investigaciones arqueológicas el tejido más frecuentemente utilizado es el óseo, por ser el de mayor perdurabilidad en el registro. Éste está compuesto en un 69% por una fracción inorgánica denominada hidroxiapatita -Ca10(PO4)6(OH)2-, 9% de agua y un 22% de una fracción orgánica; 90% de esta última es colágeno y el resto son proteínas no-colagénicas (Ezzo 1994). Las primeras mediciones de las relaciones C/12C se realizaron sobre el colágeno (Vogel y van der Merwe 1977, DeNiro y Epstein 1978) y posteriormente el análisis sobre la hidroxiapatita se incorporó a los estudios paleodietarios a partir de restos óseos humanos (Sullivan y Krueger 1981). La relación 15N/14N se mide únicamente en el colágeno, debido a que el nitrógeno en la hidroxiapatita se encuentra sólo como impureza. 13

Los valores obtenidos en estos distintos materiales son comparables. No obstante, tienen una diferencia importante -intrínseca a los tejidosrelacionada con su tiempo de formación, que varía en función de las especies consideradas. A modo de ejemplo, en humanos el tiempo de formación del tejido óseo insume aproximadamente entre 5 y 10 años (Richards y Hedges 1999); el del pelo es 0,35 mm por día (White 1993, Fernández et al. 1999) y puede ser dividido en secciones ya que es un tejido de crecimiento progresivo. Para otras especies se ha calculado el de la sangre como de horas a días y el del músculo en semanas (Dalerum y Angerbjörn 2005). Por tal razón, hay que destacar que la señal obtenida estará referida al “lapso temporal” definido por los procesos de generación propios de cada uno de los tejidos. La combinación de valores derivados de distintos tipos de materiales posibilita el estudio de variaciones dietarias en distintas escalas temporales: semanales, estacionales o anuales. En el registro arqueológico hay casos excepcionales de conservación de ciertos tejidos, por ejemplo, cuando se producen procesos naturales o culturales de momificación. Gracias a ello se han podido estudiar pelos de momias incaicas recuperadas en sitios de altura (Fernández et al. 1999), combinaciones de tejidos -colágeno, músculo y piel- de momias provenientes del valle de Ayacucho en Perú (Finucane 2007) y tejidos

blandos procedentes de poblaciones del norte de Sudan (Iacumin et al. 1998). ISÓTOPOS DEL CARBONO EN LA NATURALEZA El carbono se presenta en la naturaleza con varios isótopos, de los cuales sólo dos isótopos estables y uno radiactivo tienen importancia en arqueología (Figura 2). Asimismo se distribuye en la naturaleza en forma de un sinnúmero de especies inorgánicas y como constituyente básico de la materia orgánica.

Figura 2: Isótopos del Carbono de utilidad en arqueología y su abundancia en la naturaleza

Desde el punto de vista isotópico podemos diferenciar el llamado carbono oxidado y el carbono reducido. El primero de ellos está constituido por el CO2, H2CO3, HCO3-, CO32-, fundamentalmente como carbono inorgánico especies que tienden a concentrar el carbono-13. Por otra parte el carbono reducido se encuentra en la materia orgánica formando uniones covalentes principalmente con otros carbonos e hidrógeno. Éste, al ser producido primariamente por el proceso de fotosíntesis, que como se verá más adelante selecciona preferentemente el carbono12 de aire para formar la materia orgánica tiene relativamente menos carbono-13. El proceso fotosintético se lleva a cabo, de acuerdo con el tipo de planta y las condiciones ambientales, según dos caminos que introducen diferentes fraccionamientos respecto de la fuente de origen que en el sistema terrestre es el CO2 atmosférico (D13C ~ -8‰, VPDB) y en el océano el bicarbonato disuelto (D13C ~ +1‰, VPDB). El más común de los caminos fotosintéticos es el ciclo de Calvin Benson (plantas C3). Es un ciclo largo, donde el CO2 se metaboliza para formar glucosa en intermediarios de 3 átomos de carbono, llevando a fraccionamientos importantes (ε -18‰), por lo 119

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que la materia orgánica constituyente de las plantas C3 se encuentra muy empobrecida (-35‰< D 13C< -20‰), aunque mayoritariamente se encuentre con un valor promedio de -26‰ ± 2‰ (siempre referida al patrón VPDB). Otras plantas, entre las que se encuentra el maíz, la caña de azúcar, el sorgo, etc., efectúan además del ciclo de CalvinBenson el llamado Ciclo de Hatch Slack. Poseen una anatomía especial conocida como Kranz (por las vacuolas en forma de diadema) y representan una evolución adaptativa a condiciones de mayor sequedad e insolación. El ciclo fotosintético de las plantas Kranz es más corto y eficiente, produciendo menor fraccionamiento (ε -4‰), por lo que su composición isotópica está más enriquecida, oscilando entre -15‰ a -7‰ (el maíz varía entre -12‰ y -8‰, Fernández y Panarello, datos no publicados) Las plantas marinas son mayoritariamente C3, pero al tomar el carbono del reservorio oceánico, que es más rico en carbono-13, están enriquecidas en ese isótopo respecto de las terrestres en alrededor de +9‰. Existe un tercer tipo de plantas representadas por las crasuláceas en zonas áridas, y bromeliáceas y orquídeas en zonas tropicales: son las CAM que poseen propiedades isotópicas intermedias respecto de las C3 y C4. Pueden presentar valores de la D13C similares a las C3 o a las C4 o bien intermedios dependientes del tiempo del día que realicen el ciclo de Calvin Benson o el de Hatch Slack. Asimismo, pueden presentar variaciones en la composición isotópica a lo largo del año (Fritz and Fontes, 1980). A su vez, los valores de las D13C de los herbívoros y carnívoros se correlacionan con los correspondientes a su dieta. De esta manera, la señal isotópica de plantas C3 y C4 es registrada en los subsiguientes niveles tróficos que se alimentan de uno u otro tipo de vegetales. Por lo expuesto, el fraccionamiento isotópico del carbono aplicado en estudios arqueológicos -fundamentalmente en la determinación de paleodietas- constituye una poderosa herramienta, aunque debe ser aplicada con cuidado. El popular dicho “somos lo que comemos” debe aplicarse con un conocimiento acabado de los fraccionamientos introducidos en cada uno de los materiales en 120

cada paso de la cadena alimentaria, junto con una evaluación de los recursos potenciales de los que disponían las poblaciones humanas en el pasado, el conocimiento de su composición isotópica y las variaciones que pueden haber tenido los representantes actuales (plantas y animales) debido a fenómenos globales que afectaron la composición isotópica del CO2 atmosférico. Respecto a esto último, especialmente en los últimos 150 años, desde el desarrollo de la era industrial y la quema masiva de combustibles fósiles, se inyectan a la atmósfera grandes cantidades de CO2 altamente empobrecidos en carbono-13 (D13C ~ -29‰). Esto ha modificado entre 1‰ a 2‰ el valor D13C del sustrato fotosintético inicial a partir del cual comienza el ciclo biológico del carbono. Este fenómeno de carácter mundial ha sido denominado “Efecto Suess o Industrial” (Burton et al. 2001). En cadenas tróficas marinas dicho valor es menor (Ambrose et al. 1997). En términos metodológicos este efecto tiene importantes implicaciones si se comparan o relacionan muestras previas y posteriores a la revolución industrial. En las investigaciones arqueológicas sucede a menudo cuando se realiza un muestreo de las especies posibles de ser consumidas en el pasado por las poblaciones humanas y se recurre a especimenes actuales para las reconstrucciones ecológicas. En estos casos, se debe normalizar los valores de las muestras actuales, a partir de la resta de dicho valor2.

ISÓTOPOS DEL NITRÓGENO EN LA NATURALEZA El nitrógeno se presenta en forma de dos isótopos estables en la naturaleza (Figura 3) y constituye aproximadamente el 78% de la atmósfera terrestre. Sin embargo, la mayoría de los organismos biológicos no lo pueden usar en su estado elemental (N2). Para poder ser utilizado el nitrógeno debe ser convertido a nitrato (NO3-) en un proceso denominado “fijación de nitrógeno”.

2

Se puede utilizar 1.5‰ como valor promedio del rango de variación detectado.

Isótopos estables en arqueología: principios teóricos, aspectos metodológicos y aplicaciones en Argentina

No obstante, se ha propuesto que las relaciones isotópicas del nitrógeno en plantas y el colágeno de diferentes especies animales son influenciadas también por factores ecológicos, climáticos, nutricionales y etarios. Se han desarrollado experimentos tendientes a esclarecer los procesos intervinientes (Ambrose 2000, Sponheimer et al. 2003). Figura 3: Isótopos Estables del Nitrógeno y su abundancia en la naturaleza

Las plantas terrestres obtienen el nitrógeno en una de dos formas: o bien pueden establecer una relación simbiótica con organismos que fijan nitrógeno gaseoso del entorno radicular, o bien obtenerlo luego de que haya sido fijado por bacterias que viven en el suelo. Las primeras se conocen como plantas fijadoras de N2, siendo ejemplo de ellas las leguminosas. En este caso el N2 se fija con poco o ningún fraccionamiento isotópico y por lo tanto tiene valores de la D15N cercanos a 0‰ (Virginia and Delwiche 1982). Contrariamente, cuando el N2 es fijado por bacterias del suelo su incorporación se efectúa con importante fraccionamiento, que lleva al enriquecimiento isotópico de la materia orgánica sintetizada. El factor observado en estas últimas corresponde a un ε =+ 8.8 (Rennie et al. 1976). Los niveles de nitrógeno se van enriqueciendo en el tejido de los animales que consumen proteínas, de modo que cada eslabón en la cadena trófica se ve marcado con un incremento de la D15N en 3‰ a 4‰ respecto de su predecesor. Este incremento se conoce como “efecto del nivel trófico” y fue documentado ampliamente en la literatura, donde los experimentos de distintos autores llevaron a resultados llamativamente similares (DeNiro y Epstein 1981, Macko et al. 1982, Minagawa y Wada 1984, Schoeninger y DeNiro 1984, DeNiro 1985, Schoeninger 1985, Ambrose y DeNiro 1986, Nelson et al. 1986, Katzenberg 1989, Schoeninger 1989). Los datos muestran una dispersión en herbívoros que va de 1.0‰ a 12.7‰, con una media de 5.28‰ ± 2.6‰, mientras que en los carnívoros el rango es de 5.3‰ a 18.8‰ con una media en 10.2‰ ± 2.9‰ (Schober 1998). Estos datos confirman un ε 4‰ entre niveles tróficos contiguos.

Otra característica de los isótopos del nitrógeno es la diferencia significativa de la D15N entre la proteína de organismos marinos y terrestres. Esto permite que este marcador resuelva el solapamiento en casos donde la D13C no puede distinguir entre una alimentación basada sobre recursos marinos y el consumo de alimentos de vías fotosintéticas C4 (por ejemplo maíz), ya que ambas dietas indicarían valores muy enriquecidos del colágeno. Por tal razón es deseable contar con ambos marcadores para realizar interpretaciones paleodietarias precisas. METABOLISMO, ASIMILACIÓN Y FRACCIONAMIENTO Se debe tener en cuenta un aspecto importante en la aplicación de los isótopos estables a estudios paleodietarios: la señal obtenida no hace referencia exactamente a la dieta ingerida, sino a la porción de ella que el organismo asimiló en el tejido que se muestreó (Hobson y Clark 1992). Por tal razón, los procesos de asimilación y metabolización son claves en las interpretaciones que realicemos. En el plano metodológico, las investigaciones de carácter experimental han sido de suma importancia para la comprensión de los procesos intervinientes en los organismos al momento de la asimilación en los tejidos de distintos macronutrientes de la dieta (Ambrose y Norr 1993; Tieszen y Fagre 1993). Como ya hemos mencionado, el fraccionamiento se define como la diferencia o el cambio en las relaciones isotópicas entre el substrato - la comida ingerida - y el producto – colágeno, músculo o grasa -, debido a procesos químico-biológicos como la fotosíntesis y el metabolismo. Estos procesos presentan variabilidad en función del isótopo estable que se considere, del tipo de especie elegida y del material que se utilice en un mismo individuo. No obstante, es importante llegar a un acuerdo sobre cuál será la diferencia que se tendrá 121

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en cuenta a la hora de hacer una interpretación, ya que en función de este valor es que se construyen y se establecen los niveles y relaciones tróficas entre las diferentes especies. Como reflejo de la variabilidad mencionada para el fraccionamiento, es relevante el caso de la D13C en colágeno (D13Ccol) donde se plantea, por un lado, para pequeños mamíferos con dietas controladas un factor de fraccionamiento entre +0.5‰ a +4.6‰; por otro, de +4.7‰ a +6.1‰ para grandes mamíferos con dietas naturales en condiciones silvestres (Ambrose 1993). En esta última categoría se considera que la composición isotópica de la dieta está enriquecida en promedio en un +5‰ (Pate 1994, Ambrose et al. 1997). Por otra parte, en la D13C en apatita (D13Capa) se observó un fraccionamiento de 9.5‰ ± 0.6‰ (Ambrose y Norr 1993) o 9.6‰ ± 0.1‰ en mamíferos pequeños con dietas controladas y de 12‰ en herbívoros grandes con dietas naturales (Lee-Thorp et al. 1989). Como se ve, las diferencias son importantes y uno de los grandes temas a desarrollar con referencia a los estudios isotópicos es lograr la reducción de los márgenes de incertidumbre a partir de trabajos experimentales (Gannes et al. 1997, Sponheimer et al. 2003, Dalerum y Angerbjörn 2005). Cada escalón en la cadena trófica implica una suba de alrededor de un 1‰ en la D13C, por lo que este isótopo resulta un indicador -aunque no muy sensible- del nivel alcanzado (Schoeninger and Moore 1992). En el D15N el fraccionamiento propuesto está entre 3‰ y 4‰ por nivel trófico, por lo que resulta más eficiente para caracterizar cada eslabón de las cadenas tróficas. Otro aspecto a considerar en la interpretación de las relaciones 13C/12C es qué macronutrientes son asimilados y en qué proporción en cada una de las fracciones del tejido óseo. En 1984, Krueger y Sullivan propusieron que la señal isotópica obtenida en el colágeno está formada por las proteínas de la dieta, mientras que la apatita se genera en equilibrio con el CO2 de la sangre y por lo tanto refleja el metabolismo energético (ie: lípidos, carbohidratos y proteínas). Con la intención de contrastar este modelo se 122

desarrollaron prácticas experimentales de alimentación controlada en ratas y ratones aplicando diversas dietas y proporciones de macronutrientes con valores de D13C conocidos (Ambrose y Norr 1993, Tieszen y Fagre 1993). Los resultados apoyaron el modelo propuesto. Por un lado, en la fracción inorgánica se produce una representación ecuánime de los diferentes macronutrientes de la dieta, siguiendo un patrón denominado “modelo de mezcla lineal” (“Linear Mixing Model o Scrambled Egg”). Por otro lado, en el colágeno se asimilan preferentemente los componentes provenientes de las proteínas y por lo tanto se subrrepresentan los lípidos y los hidratos de carbono consumidos siguiendo un patrón que ha sido definido como “Macronutrients Routing”. Por tal razón, el 13Capa se presenta como un mejor indicador de la dieta total que el 13Ccol. No obstante, si el nivel de proteínas ingeridos por un individuo es pequeño, el modelo metabólico del colágeno se acercaría al modelo de mezcla lineal mencionado para la hidroxiapatita (Schwarcz 2000). El estudio isotópico de ambas fracciones y la definición del parámetro Δ13Ccol-apa , = D13Ccol - D13Capa nos dará información sobre la importancia relativa de los componentes proteicos y no proteicos en la dieta de los individuos analizados (Ambrose et al.1997, 2003, Kellner y Schoeninger 2007). PRETRATAMIENTO, EXTRACCIÓN Y DIAGÉNESIS Uno de los aspectos fundamentales en estos estudios es asegurarse si el valor obtenido representa la señal primaria del material muestreado, y si éste no sufrió procesos de degradación -alteración diagenética- o contaminación con presencia de materiales exógenos (DeNiro 1985; Van Klinken 1999). Por tal razón, se requiere de protocolos de laboratorio precisos para el pretratamiento y extracción de las distintas fracciones o tejidos a analizar. En el caso del tejido óseo, se necesita procesar aproximadamente 1g de material, por lo que no representa una gran destrucción de las muestras osteológicas. Cuando en el INGEIS se procesan restos óseos humanos se prefiere la utilización de costillas, debido a una serie de ventajas que tienen sobre los demás elementos esqueletarios. En primera instancia, son elementos de menor interés para los análisis bioarqueológicos y no

Isótopos estables en arqueología: principios teóricos, aspectos metodológicos y aplicaciones en Argentina

es necesario destruir las porciones proximales y distales ya que con las partes medias alcanza. Segundo, porque representan piezas de fácil limpieza interna, con escaso contenido de hueso esponjoso; el cual es fácilmente extraíble. En este último se entrampa habitualmente una gran cantidad de partículas exógenas, por lo que es conveniente desecharlo. Como primer paso en la extracción del colágeno y de la apatita, se realiza una limpieza mecánica de la superficie del hueso con algún tipo de elemento abrasivo (i.e. lija). Posteriormente, se efectúan baños de ultrasonido para el desprendimiento de sedimentos depositados en los intersticios del tejido óseo. En la extracción del colágeno las técnicas y protocolos utilizados buscan eliminar los posibles contaminantes (ácidos húmicos y fúlvicos del ambiente post-depositacional) con hidróxido de sodio (NaOH) y la fracción inorgánica con ácido clorhídrico (HCl). En cambio, el pretratamiento y extracción de la apatita implica remover la materia orgánica del hueso con hipoclorito de sodio (NaClO) y los carbonatos post-depositacionales con ácido acético (CH3COOH). El tiempo de proceso y la concentración de los reactivos mencionados dependen del protocolo utilizado3. Para la evaluación de la alteración diagenética y contaminación de la fracción colagénica hay que considerar diversos parámetros: isotópicos, elementales y químicos. Respecto de este último, el criterio utilizado se basa sobre el peso del colágeno recuperado en relación con el total de la muestra ósea: el valor de referencia que se considera es el porcentaje de colágeno de un hueso moderno, que es aproximadamente un 22%. No obstante, sólo se consideran problemáticas las muestras que tienen un contenido de colágeno inferior al 1% del total de hueso procesado (Van Klinken 1999, Tykot 2004). Por su parte, los parámetros isotópicos se refieren a la coherencia de las muestras en relación con las expectativas o los contextos de donde surgieron (Van Klinken 1999). 3

En el caso del colágeno ver Longin (1971) con modificaciones de Schoeninger y DeNiro (1984) o Tykot (2004). Para la apatita ósea ver Lee-Thorp y van der Merwe (1991), Koch et al. (1997) o Garvie-Lok et al. (2004).

Más allá de los mencionados, el parámetro más importante para establecer si el valor obtenido es la señal primaria, es el análisis elemental, es decir el contenido de carbono y nitrógeno en la muestra. A partir de allí se obtiene la relación C/N. En huesos en buen estado de conservación esa relación debe encontrarse entre 2,9 y 3,6 (De Niro 1985). Este es el rango normalmente utilizado; no obstante existen otras propuestas que reducen dicho rango (Van Klinken 1999). En el análisis de la apatita se utilizan diversos criterios, como la pérdida de muestra durante su preparación, la relación de los valores con la matriz sedimentaria, el rendimiento en CO2, la utilización de espectroscopía infrarroja o difracción de rayos X, entre otros (Ambrose 1993, Tykot 2004). No obstante, aun no hay un método tan expeditivo para evaluar esta fracción como lo es la relación C/N en colágeno (Palmqvist et al. 2003). APLICACIONES EN ARQUEOLOGÍA ARGENTINA Hasta aquí hemos señalado una serie de aspectos teórico-metodológicos que orientan los estudios de isótopos estables. A continuación mencionaremos las aplicaciones de estos estudios en la arqueología argentina y al mismo tiempo examinaremos los conceptos más relevantes con relación a las problemáticas principales. Como ya fue señalado en la introducción de este trabajo, las primeras aplicaciones de isótopos estables del carbono y nitrógeno en arqueología argentina se produjeron a comienzos de la década de 1990 (Fernández y Panarello 1988/1990; Fernandez et al. 1991; Yesner et al. 1991), aunque el verdadero impulso de estos estudios puede señalarse hacia finales de dicha década. Estos trabajos apuntaron fundamentalmente a discutir aspectos de la dieta y movilidad de poblaciones humanas (Fernández y Panarello 1988/1990, Yesner et al. 1991, Yacobaccio et al. 1997, Barrientos 1999, Gómez Otero et al. 2000, Barberena 2002, Gil 2003, Panarello et al. 2006a, Loponte y Acosta 2007, entre muchos otros), incluso relacionando esta información química con líneas de evidencia independientes: zooarqueológicas (Gómez Otero 2001, 2007; Tessone et al. 2003, 123

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Barberena et al. 2004, Scabuzzo y González 2007), paleopatológicas (Schinder y Guichón 2003, Novellino et al. 2004), etnográficas (Yesner et al. 1991, 2003; Tessone et al. 2003) y ceremoniales (Fernández et al. 1999). Más recientemente ha comenzado a ampliarse el campo de las aplicaciones de los isótopos estables en las discusiones arqueológicas locales. Por un lado, se ha planteado la necesidad de desarrollar estos análisis sobre restos zooarqueológicos (Izeta et al. 2006) y arqueobotánicos (Rodríguez 2006) con el propósito de afinar las discusiones sobre las formas de aprovisionamiento de recursos faunísticos y vegetales. Asimismo, se han presentado diseños preliminares sobre la utilización de isótopos del estroncio (87Sr/86Sr) y su complementación con datos isotópicos del carbono y nitrógeno (Barberena y Borrero 2006, Panarello et al. 2006b); estos estudios permitirán afinar las discusiones sobre los patrones de movilidad de cazadores-recolectores en Patagonia meridional. No obstante, el desarrollo de estas aplicaciones se encuentra en una etapa muy inicial, por lo que a continuación nos concentraremos en examinar los tipos de aplicaciones señalados en el párrafo anterior. DIETAS TERRESTRES: C4 Ó C3? La señal isotópica generada por el consumo de plantas C3 y C4 también puede ser determinada en tejidos humanos por la ingesta directa de uno u otro tipo de vegetales o en forma indirecta mediante el consumo de animales que se nutren de los mismos. Dado que los organismos marinos suelen presentar valores intermedios a los de las plantas C3 y C4, la dieta de poblaciones prehistóricas que tuvieron acceso en forma conjunta a todos esos recursos no puede ser definida únicamente a partir de estudios de D13C (Schoeninger 1995); es necesario entonces recurrir a valores de D15N como una vía independiente en las interpretaciones dietarias. Los organismos marinos tienen valores de D15N entre 6 y 8 ‰ más elevados que los organismos terrestres de niveles tróficos similares (Bocherens 1999). Recordemos que esta diferencia es mantenida a lo largo de las cadenas tróficas con un enriquecimiento de aproximadamente 3–4 ‰ por cada nivel sucesivo. 124

Para ilustrar como se diferencian las influencias de C4 y C3 en la fracción proteica de la dieta, diferenciándolas al mismo tiempo de la de recursos marinos, elaboramos un gráfico de correlación entre valores de D15N y D13C procedentes de distintas regiones de Argentina (Figura 4)4. Dentro de la dispersión de valores atribuibles a dietas terrestres es posible diferenciar dos situaciones. Una de ellas, donde se combinan los valores más negativos de D13C y más bajos de D15N, señalaría una ingesta proteica C3. Este sector agrupa valores procedentes de casi toda la franja latitudinal de la Argentina desde el Noroeste hasta el norte de Tierra del Fuego, registrándose una mayor cantidad de datos correspondientes a la provincia de Buenos Aires. Estos últimos se relacionan con contextos cazadores-recolectores mayormente procedentes del Humedal del Paraná Inferior, para los cuales fue señalado, además de la ingesta de proteínas terrestres, el consumo directo de vegetales C3 (Loponte y Acosta 2007); sin embargo, en estas muestras también fue registrado el consumo de vegetales C4 (ver más adelante). Otro aspecto que interesa destacar es que los valores más empobrecidos de la D13C proceden principalmente del norte de Tierra del Fuego. Schinder y coautores (2003) analizaron esta situación y enfatizaron -dado el conocimiento actual de la ecología isotópica de esa región- que estos valores podrían estar indicando un consumo “en gran medida” de vegetales C3 y otros recursos pobres en proteínas con valores isotópicos bajos. Es interesante asimismo la correspondencia que Schinder y Guichón (2003) establecieron entre este modelo de dieta a partir de información isotópica con algunos indicadores sobre estilo de vida: la pérdida de dientes ante mortem y el número de piezas con abscesos son importantes en los casos que registran los valores de la D13C más empobrecidos. Barberena (2004) ofreció una explicación alternativa para el empobrecimiento en D13C registrado en dos de estas muestras (-21,9‰ y -21,1‰), señalando que esos valores significativamente negativos podrían 4

Para la construcción de las figuras 4 y 5 se utilizaron aquellas muestras que tenían valores de D13Ccol, D13Capat y D15N, porque consideramos que los gráficos de correlación se debían hacer con una base de datos única (n=76.

Isótopos estables en arqueología: principios teóricos, aspectos metodológicos y aplicaciones en Argentina

25

20

Dietas predominantemente marítimas

15

 N

15

10

Influencia C4

Influencia C3

Dietas terrestres 5

0 -23

-21

-19

-17

-15

-13

-11

-9

-7

-5

13

 C Noroeste

Pampa

Chubut

Patagonia meridional

Norte Tierra del Fuego

Península Mitre

canal Beagle

Figura 4: Diagrama de dispersión de valores en colágeno de D13C y D15N para distintas áreas de investigación en Argentina. Referencias: Noroeste (Olivera y Yacobaccio 1999 [N=12]); Pampa (Loponte y Acosta 2007; Scabuzzo y González 2007 [N=12]); Chubut (Gómez Otero et al. 2000 [N=13]); Patagonia meridional (Borrero et al. 2001; Barberena 2002 [N=14]); Norte de Tierra del Fuego (Yesner et al. 1991; Guichón et al. 2001 [N=14]); Península Mitre y canal Beagle (Yesner et al. 1991[N=11]).

ser consecuencia del efecto Suess. No obstante, aún efectuando una corrección de 1,5 ‰, esos valores siguen estando significativamente empobrecidos. Dentro del espectro de valores terrestres también es posible identificar en la Figura 4 un grupo de índices que señalan la ingesta de proteínas C4. A diferencia de lo observado a partir de las señales proteicas C3, la distribución latitudinal de casos que registran valores proteicos C4 es más acotada, reconociéndose únicamente en el Noroeste argentino. Sin embargo, cabe recordar que para la conformación de este gráfico consideramos sólo las muestras para las que contamos con valores de D13Ccol y D15N. Si contemplamos las interpretaciones efectuadas para el Centro Oeste Argentino sobre la base de valores de D13Ccol, algunos casos también reflejan el consumo directo o indirecto de recursos C4 (Gil 2003, Gil et al. 2006a), lo cual permitiría extender la influencia de estos recursos hacia el sur (Gil et al. 2006b). También hay que señalar,

de acuerdo a lo que sugieren esos investigadores, que el consumo de recursos C4 no habría sido significativo en esa región. Estos registros paleodietarios se relacionan fundamentalmente con el consumo de maíz (Yacobaccio et al. 1997, Olivera y Yacobaccio 1999, Gil 2003, Gil et al. 2006a) y en el caso del Noroeste argentino se relaciona con sociedades implicadas en un proceso de complejidad sociopolítica acontecido entre los 1200 y 600 años AP (Olivera y Yacobaccio 1999).

DIETAS MARINAS O TERRESTRES? Otro aspecto teórico-metodológico señalado es que los valores de la D13Ccol y D15N pueden ser utilizados para evaluar la contribución de los recursos marinos y terrestres en la dieta proteica. En la Figura 4 hay valores asignables tanto a dietas terrestres como marítimas; ya informamos que las primeras se expresan a través de la combinación de valores más negativos de D13C y más bajos 125

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de D15N. Las dietas marítimas se identifican, en cambio, a partir de la conjunción de valores menos negativos de la D13C con los más elevados de la D15N. Como es claramente visible en esa figura, los valores que indican mayores contribuciones de recursos marinos proceden del sector sur de Tierra del Fuego (Península Mitre y canal Beagle) y de la costa de Patagonia centro-septentrional. La Isla Grande de Tierra del Fuego constituye uno de los espacios con mayor cantidad de estudios sobre isótopos estables. Allí se han tratado principalmente los siguientes temas: contraste de patrones etnográficos sobre la subsistencia y uso del espacio (Yesner et al. 1991, 2003, Tessone et al. 2003), variabilidad dietaria en espacio y tiempo (Borrero et al. 2001, Zangrando et al. 2004), e importancia relativa de distintas clases de recursos (Yesner et al. 1991, 2003, Schinder et al. 2003, Tessone et al. 2003, Barberena 2004, Panarello et al. 2006a, entre otros). El trabajo de Yesner y coautores (1991) proporcionó un marco de referencia inicial para las interpretaciones paleodietarias de Tierra del Fuego. Sobre la base de los valores presentados en ese trabajo, se registró una base alimenticia predominantemente terrestre en el sector norte de esa isla, en cambio se observó una mayor contribución de recursos marinos en la porción sur; esta diferenciación en la distribución de valores también puede ser claramente apreciada en la Figura 4. Sobre la base de estos análisis, Yesner y coautores (1991, ver también Yesner et al. 2003) defendieron la confirmación del patrón etnohistórico, aunque también destacaron la existencia de dos casos anómalos en el canal Beagle, ya que proporcionaron valores que reflejan un componente terrestre en la dieta mayor al esperado. Con el aumento de la cantidad de muestras analizadas en trabajos posteriores, se modificaron algunas tendencias en cuanto al grado de significación de los patrones paleodietarios. Se planteó la dificultad de tratar la información como patrones culturales o en unidades geográficamente discretas, debido a la existencia de una variabilidad contrastante a la reconocida a partir de estos tipos de parámetros (Borrero et al. 2001, Guichón et al. 2001). En este sentido, la distribución de los valores en el espacio evidenció la necesidad de modificar ese ordenamiento, señalándose un escenario 126

espacialmente más heterogéneo que el esperado en cuanto a la incorporación de recursos marinos en el norte de Tierra del Fuego (Zangrando et al. 2004), y una situación homogénea en toda su franja meridional con respecto a la ingesta de esas fuentes de alimento (Panarello et al. 2006a). El grado de contribución de recursos marinos en conjunción con la distribución de valores isotópicos también ofrecieron información relevante sobre la organización espacial de las poblaciones humanas en la vertiente atlántica de Patagonia central y meridional (Gómez Otero et al. 2000, Borrero et al. 2001, Barberena 2002, Borrero y Barberena 2006, Gómez Otero 2007). Se plantearon situaciones variables en cuanto al aprovechamiento de recursos marinos y su relación con los rangos de acción en poblaciones cazadoras recolectoras. Se sugirieron distintas situaciones: (1) grupos en estrecha relación con la franja litoral y rangos de acción acotados a dichos espacios (ver ejemplos en Barberena 2002, Gómez Otero 2007); (2) grupos con rangos de acción considerablemente amplios que implican una interacción dinámica entre espacios costeros y el interior (ver ejemplos en Barberena 2002, Borrero y Barberena 2006, Gómez Otero 2007) y grupos cuyos rangos de acción no habrían incluido asiduamente espacios costeros, habiendo efectuado poco o nulo uso de recursos marinos (ver ejemplos en Tessone et al. 2005, Gómez Otero 2007). El conjunto de datos que en los gráficos aparecen rodeados por las agrupaciones delimitadas y explicadas hasta el momento puede ser interpretado en un sentido general como típico de dietas mixtas, y su interpretación requiere ser desarrollada en función de la ecología isotópica local y también de las condiciones ecológicas generales (facilidad de acceso a los recursos litorales, facilidad de acceso al interior, mayor o menor posibilidad de permanencia prolongadas en la costa, etc.). Estos valores reflejan situaciones que implican tanto el consumo variable de proteínas marinas como la ingesta directa o indirecta de plantas C4. Los valores procedentes de Patagonia centro-septentrional y meridional y de Tierra del Fuego representan la primera de estas situaciones, en cambio el segundo caso puede ser planteado para los valores correspondientes a la provincia de Buenos Aires,

Isótopos estables en arqueología: principios teóricos, aspectos metodológicos y aplicaciones en Argentina

15

13

Consumo de carbohidratos C4

13  C (Col-Apat)

11

9

7

Dietas proporcionalmente más proteicas

5

3

Consumo de carbohidratos C3

Consumo de lípidos y carbohidratos C3

1

-1 0

5

10

15

20

15

 N Noroeste

Pampa

Chubut

Patagonia meridional

Norte Tierra del Fuego

Península Mitre

canal Beagle

Figura 5: Diagrama de dispersión de valores de D13C (col-apat) y D15N para distintas áreas de investigación en Argentina. Referencias: Noroeste (Olivera y Yacobaccio 1999 [N=12]); Pampa (Loponte y Acosta 2007, Scabuzzo y González 2007 [N=12]); Chubut (Gómez Otero et al. 2000 [N=13]); Patagonia meridional (Borrero et al. 2001, Barberena 2002 [N=14]); Norte de Tierra del Fuego (Yesner et al. 1991, Guichón et al. 2001 [N=14]); Península Mitre y canal Beagle (Yesner et al. 1991 [N=11]).

puntualmente para los humedales del Paraná Inferior (Loponte y Acosta 2007). DIETA PROTEICA Y NO PROTEICA Entre los aspectos teórico-metodológicos señalados, habíamos visto que la fracción inorgánica de los huesos (apatita) refleja la dieta total (lípidos, carbohidratos y proteínas) y que ésta se encuentra enriquecida en D13C respecto del componente orgánico (colágeno), el cual representa sólo la parte proteica de la dieta. Como mencionamos, la diferencia entre el valor de D13C de la dieta y la apatita es de 9,4‰, mientras que la diferencia del valor de D13C de la dieta y el colágeno es de un 5‰, por lo cual existe una diferencia entre ambos fraccionamientos en una dieta mono-isotópica de 4,4‰ (9,4‰ – 5‰). El espaciamiento existente entre los valores de las D13C en colágeno y apatita (Δ13Ccol-apat) es mayor o menor a 4,4‰ según el tipo de dieta (Ambrose et al. 1997). De acuerdo con estos lineamientos, cuando la Δ13Ccol-apat es mayor a 4,4‰ indica una dieta compuesta por carbohidratos C4 y proteí-

nas C3. En dietas predominantemente marítimas, cuando la Δ13Ccol-apat es menor a 4,4‰ la dieta estaría compuesta principalmente por carbohidratos C3 y proteínas marinas (Ambrose et al. 1997, Harrison y Katzenberg 2003). En cambio, cuando los valores del D13C y D15N de la fracción proteica revelan una fuerte contribución de recursos terrestres en la dieta, una Δ13Ccol-apat considerablemente menor a 4,4‰ marcaría una ingesta significativa de lípidos y carbohidratos C3. Todas estas situaciones quedan reflejadas en la Figura 5. En todas las áreas consideradas se registran tendencias variables en cuanto al consumo de recursos vegetales. En la actual provincia de Buenos Aires, las diferencias en cuanto a la ingesta de recursos C4 (particularmente maíz) se vincularían a estrategias de subsistencia diferentes, registrándose una dieta predominantemente proteica en grupos cazadoresrecolectores y una ingesta mayor de plantas C4 en grupos horticultores del Delta del Paraná (Loponte y Acosta 2007).

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En cuanto a la distribución de valores correspondientes a Patagonia y Tierra del Fuego, también se observó una gran variabilidad de situaciones reflejadas en cuanto al tipo y grado de importancia en el consumo de vegetales. Sobre la base de este patrón, Gómez Otero (2007) señaló que, si se comparan los valores de D13Ccol.-apat de las muestras procedentes del nordeste de Chubut con las de Patagonia meridional, se observa que en el primer caso las diferencias se encuentran por encima de 4,4‰, mientras que en el sur son inferiores a dicha cifra. Esto la condujo a plantear una diferencia en cuanto al contenido energético de la dieta de las poblaciones cazadoras recolectoras de Patagonia: en el sur se habría enfatizado el consumo de grasas marinas como fuente de energía, mientras que en Patagonia centro-septentrional, a pesar de que había disponibilidad de ambas fuentes, se habrían preferido alimentos vegetales allí más abundantes.

La aplicación de isótopos estables en arqueología argentina, como quedó reflejado en este trabajo, estuvo centrada sobre análisis paleodietarios de poblaciones humanas que permiten discutir problemáticas tales como subsistencia, movilidad y procesos de complejización social. Asimismo, quedó en evidencia que en los últimos tiempos se produjo una diversificación en los campos tratados, en las líneas de evidencias contrastadas y en los marcadores isotópicos utilizados. En suma, se observa que el potencial de esta línea de estudio en arqueología está lejos de ser agotado, por lo cual -tal vez en un futuro no muy lejano- se requerirá de la instrumentación de vías teóricas y metodológicas distintas a las aquí desarrolladas, que contemplen el carácter interdisciplinario de las investigaciones de isótopos estables en arqueología.

CONSIDERACIONES FINALES

Los autores agradecen al Dr. Roberto Bárcena por invitarnos a realizar este trabajo. A los Licenciados Luis Orquera y Ramiro Barberena por los comentarios y sugerencias sobre el manuscrito. Por último, al evaluador por el trabajo dedicado en la corrección de este artículo.

Los isótopos estables en arqueología son un campo de conocimiento de carácter interdisciplinario en el cual se interrelacionan disciplinas científicas muy diversas. Por tal razón, se consideró necesario desarrollar los principios y conceptos teórico-metodológicos provenientes de la geoquímica y la bioquímica sobre los cuales se basan estas investigaciones.

Agradecimientos

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