Paleodietära studier av fossilregistret hindras av bristen på tillförlitliga och otvetydiga spårämnen. Forskare från MPI for Evolutionary Anthropology, MPI for Chemistry och Johannes Gutenberg University (JGU) i Mainz har nu testat en ny metod, isotopanalys av zinkisotoper från tandemaljen hos fossila däggdjur, och fann det vara väl lämpat för att utöka vår kunskap om dieter av fossila människor och andra Pleistocena däggdjur.

Information om vad mänskliga förfäder åt bygger främst på kol- och kväveisotopanalyser av det strukturella proteinet kollagen i ben och dentin. Kväveisotopanalys, särskilt, hjälper forskare att avgöra om djur- eller växtmat har konsumerats. Sedan kollagen, som proteiner i allmänhet, är inte lätt att konservera, denna metod kan inte användas för att undersöka fossiler från ryggradsdjur äldre än cirka 100, 000 år. Denna tidsram är ofta reducerad till bara några tusen år i torra eller fuktiga tropiska områden som Afrika och Asien, som anses vara nyckelregioner för mänsklig evolution, och är därför av särskilt intresse för vetenskapen. Nya metoder – som zinkisotopanalys – börjar nu öppna upp nya forskningsperspektiv.

Zinkisotoper fungerar som indikatorer för konsumerad mattyp

Forskarna analyserade förhållandet mellan två olika zinkisotoper i tandemaljen hos fossila däggdjur som nyligen upptäckts i en grotta i Laos. Dessa fossiler är från sent Pleistocen, närmare bestämt från runt 13, 500 till 38, 400 år sedan. 2015, i Tam Hay Marklot-grottan i nordöstra Laos, forskare hittade fossiler av olika däggdjur, inklusive vattenbuffel, noshörningar, vildsvin, rådjur, björnar, orangutanger och leoparder. "Grottan ligger i en tropisk region där organiska material som kollagen i allmänhet är dåligt bevarade. Detta gör den till en idealisk plats för oss att testa om vi kan avgöra skillnaderna mellan växtätare och köttätare med hjälp av zinkisotoper, säger studieledaren Thomas Tütken, professor vid JGU:s institut för geovetenskap.

Första studien med zinkisotoper på fossiler visar bevarande av matsignaturer

Zink intas med mat och lagras som ett väsentligt spårämne i bioapatiten, mineralfasen av tandemaljen. Således, zink har större chans att hållas kvar under längre tidsperioder än det kollagenbundna kvävet. Det relevanta förhållandet härleds från förhållandet mellan zink 66 och zink 64:"På grundval av detta förhållande kan vi säga vilka djur som är växtätare, köttätare eller allätare. Det betyder att bland fossilerna vi analyserar, vi kan identifiera och tydligt skilja mellan köttätare och växtätare, medan allätare förväntas vara däremellan, " säger Nicolas Bourgons första författare till studien från Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology och doktorand i Tütkens forskargrupp. Magert kött innehåller mer zink-64 än vad växtföda gör. Köttätare, som tigern, kommer att ha ett mindre förhållande mellan zink-66 och zink-64, jämfört med växtätare, som vattenbuffeln.

För att utesluta förändringar från externa källor på proverna, fossilerna undersöktes också av Klaus Peter Jochums team vid Max Planck Institute for Chemistry. Inga förändringar hittades när man jämförde koncentrationen och fördelningen av zink och andra spårämnen av fossil tandemalj med de hos moderna djur som använder laserablation ICP-masspektrometri.

Tidshorisonten ska utökas till över 100, 000 år gamla fossiler

Zinkisotopmetoden har nu – för första gången – framgångsrikt tillämpats på fossiler. "Zinkisotopförhållandena i fossil emalj från Tam Hay Marklot-grottan antyder en utmärkt långsiktig bevarandepotential i emalj, även under tropiska förhållanden, " sammanfatta författarna. Zinkisotoper skulle därmed kunna fungera som ett nytt verktyg för att studera fossila människors och andra däggdjurs kost. Detta skulle öppna en dörr till studiet av förhistoriska och geologiska perioder långt över 100, 000 år sedan. I framtiden, nästa mål är att tillämpa denna metod för att rekonstruera mänskliga kostbeteenden. Forskarna vill också ta reda på hur långt tillbaka i tiden tillbaka i tiden de kan gå, genom att tillämpa sin nya metod på fossiler av utdöda däggdjur och dinosaurier som är miljoner år gamla.