生物考古学

エナメル質形成不全とは、歯の正常な成長過程が停止し欠損が生じた際に、歯のエナメル質表面に形成される横方向の溝や窪みを指します。エナメル質形成不全は一般的に、病気や栄養不良によって形成されます。^{[ 13 ]}線状の溝は一般的に線状エナメル質形成不全（LEH）と呼ばれ、LEHの大きさは顕微鏡レベルから肉眼で見えるレベルまで様々です。ペリキマータ溝（水平成長線）の間隔を調べることで、ストレス要因の持続期間を推定できますが、^{[ 25 ]} Maysは、形成不全の幅はストレス要因の持続期間と間接的な関係しかないと主張しました。

歯のエナメル質形成不全の研究は、子供の健康を研究するために用いられます。骨とは異なり、歯はリモデリングされないため、無傷のエナメル質は過去の健康状態をより確実に示す指標となります。歯のエナメル質形成不全は、歯冠のエナメル質が形成される小児期の健康状態を示す指標となります。エナメル質形成不全（EH）の存在、頻度、および重症度は、一般的な健康状態や病気または栄養失調の発生に関する貴重な情報を提供します。EH の発生率が高いことは、飢饉、感染症の流行、または長期にわたる栄養不足など、広範囲にわたる生理的ストレスの証拠として解釈されることがよくあります。 ^{[ 26 ] [ 27 ]}生物考古学者は、さまざまな社会階級、地理的地域、または時代などのさまざまなグループ間で歯のストレス指標の有病率を比較することにより、生活環境、資源へのアクセス、および全体的な健康の格差を推測することもできます。^{[ 28 ] [ 29 ]}

歯冠形成の初期に形成されたエナメル質層は後の層に埋もれるため、すべてのエナメル質層が歯の表面に見えるわけではありません。歯のこの部分の低形成は歯の表面には現れません。この埋没したエナメル質のため、歯は出来事の開始から数か月後に形成されるストレスを記録します。この埋没したエナメル質が表すエナメル質歯冠形成時間の割合は、臼歯では最大 50 パーセント、前歯では 15 ～ 20 パーセントまで変化します。^{[ 13 ]}表面の低形成は、約 1 ～ 7 年、または第三大臼歯を含めると最大 13 年の間に発生するストレスを記録します。^{[ 30 ]}

鉄欠乏性貧血は乳幼児の頭蓋骨の扁平骨に顕著な影響を与えると考えられてきた。幼い子供では、体が鉄分不足を補うために赤血球の産生を増加させると、頭蓋冠（多孔性骨過形成症と呼ばれる）や眼窩（眼窩篩骨と呼ばれる）に篩状の病変が生じる。この骨は海綿状で柔らかい。^{[ 4 ]}

しかしながら、鉄欠乏性貧血が多孔性骨過形成や篩状骨症の原因である可能性は低い。^{[ 31 ]}これらはむしろこれらの部位の血管活動の結果であり、病理的なものではないと考えられる。篩状骨症や多孔性骨過形成の発症は、食事性鉄欠乏症以外の原因、例えば腸内寄生虫による栄養素の損失などにも起因する可能性がある。しかし、食事性欠乏症が最も可能性の高い原因である。^{[ 32 ]}

貧血の発生率は、社会内の不平等の結果である可能性があり、また、社会内の異なるグループ間の労働パターンや活動の違いを示している可能性もあります。初期のモンゴルの遊牧民の鉄欠乏症の研究では、青銅器時代と鉄器時代の篩状眼窩の全体的な発生率は 28.7% (女性人口全体の 27.8%、男性人口全体の 28.4%、少年人口全体の 75%) から、フンヌ(2209 ～ 1907 BP) の時代には 15.5% に減少したものの、篩状眼窩を持つ女性の割合はほぼ同じままであり、男性と子供の発生率は減少しました (女性人口全体の 29.4%、男性人口全体の 5.3%、少年人口の 25% が篩状眼窩を持っていました)。この研究では、成人では篩状眼窩病変の発生率が若年者よりも低いのは、病変が加齢とともに治癒するか、死に至るためであると仮説を立てた。女性における篩状眼窩病変の発生率が高いのは、健康状態が劣っているか、篩状眼窩病変のある若い女性が成人まで生存する可能性が高いことを示している可能性がある。^{[ 33 ]}

ハリス線は、何らかのストレス（通常は病気や栄養失調）によって骨の成長が一時的に停止または減速したときに、成人になる前に形成されます。^{[ 34 ]}この間、骨の石灰化は継続しますが、成長は停止するか、または減少します。ストレス要因が克服されると、骨の成長が再開し、レントゲン写真で確認できるミネラル密度の増加した線が生じます。^{[ 32 ]}ストレス要因が除去されない限り、線は形成されません。^{[ 35 ]}

特に、タンパク質やビタミンの欠乏は、骨の長軸方向の成長を遅らせ、ハリス線の形成につながる可能性があります。^{[ 36 ]}軟骨内骨化の過程で、骨芽細胞の活動が停止すると、軟骨帽の下に薄い骨層が沈着し、ハリス線が形成される可能性があります。^{[ 37 ] [ 38 ]}骨芽細胞の活動の回復に必要なその後の回復も、ハリス線の形成に関与しています。^{[ 39 ]}成熟した軟骨細胞が再活性化すると、骨の成長が再開し、骨層が厚くなります。したがって、慢性疾患や栄養失調の期間からの完全な回復は、レントゲン写真に横線として現れます。線は、長期間にわたる重度の栄養失調で厚くなる傾向があります。ハリス線の形成は、通常、出生後2～3年頃に長骨でピークを迎え、5歳以降は成人までまれになります。ハリス線は、女の子よりも男の子に多く見られます。^{[ 40 ]}

ヒトの骨コラーゲン中の炭素の安定同位体分析により、生物考古学者は食生活の復元を行い、栄養に関する推論を行うことができます。これらの化学的特徴は、単一の食事や宴会ではなく、長期的な食生活パターンを反映しています。食品、特に植物性食品中の同位体比は、骨の化学に直接的かつ予測可能に反映されるため、^{[ 85 ]}研究者は安定同位体をトレーサーとして使用して、最近の食生活を部分的に復元することができます。[ ^{86 ] [ 87 ]安定}同位体分析は、炭素13と炭素12の比率（^13C / ^{12C ）を監視し、これはデルタ表記（} δ13C ）を使用して千分率で表されます。^{[ 88 ]} 13Cと^{12Cの比率は、}標準に対して枯渇（より負の値）または濃縮（より正の値）のいずれかです。^{[ 89 ] 12C}と^13Cは、約98.9対1.1の比率で存在します。^{[ 89 ]}

人間の炭素同位体比は、異なる光合成経路で消化される植物の種類によって変化します。光合成経路は、C3炭素固定、C4炭素固定、およびベンケイソウ型酸代謝の3つです。C4植物は主に熱帯および亜熱帯地域のイネ科植物で、C3植物よりも高いレベルの放射線に適応しています。トウモロコシ、キビ[ 91 ]、サトウキビは^{よく知られ}たC4作物ですが、樹木や低木はC3経路を使用します^{[ 92 ]} 。C4炭素固定は、気温が高く大気中のCO2濃度が低い場合に効率的です_[ 93 ^]。C3炭素_{固定はより広い範囲の温度と大気中のCO2}濃度で効率的であるため、C3植物はC4植物よりも一般的で数が多いです^{[ 92 ] 。}

^{C3植物とC4植物が使用する光合成経路が異なるため、 13C}に対する識別が異なり、^δ13Cの範囲が明らかに異なります。C4植物は-9～-16‰、C3植物は-22～-34‰の範囲です。^{[ 86 ]}消費者のコラーゲンの同位体シグネチャーは、食用植物のδ13Cに近いですが、骨や歯の鉱物成分である^{アパタイト}は、鉱物形成に伴う分別により、食用植物から約14‰ずれています。^{[ 93 ]}安定炭素同位体は、古食におけるC4植物のトレーサーとして使用されてきました。たとえば、北米でトウモロコシ農業が導入された後、ヒトのコラーゲン中の^13Cが急速かつ劇的に増加したことは、西暦1300年までにC3からC4（在来植物からトウモロコシ）食への移行を記録しています。^{[ 94 ] [ 95 ]}

南アフリカのケープタウンにあるコバーン・ストリート墓地（西暦1750年～1827年）から発掘された骨格は、安定同位体データを用いて分析され、地理的歴史と生活史が解明された。 ^{[ 96 ]}この墓地に埋葬された人々は、墓地の非公式な性質から、奴隷や下層階級の人々であったと推測された。生体力学的ストレス分析^{[ 97 ]}と安定同位体分析は、他の考古学的データと合わせて、この推測を裏付けているように思われる。

安定同位体レベルに基づくと、ある研究では、コーバーン・ストリート墓地の8人の遺体が幼少期にC4（熱帯）植物を主食とし、その後、その地域でより一般的であったC3植物をより多く摂取していたと報告した。これらの遺体のうち6人は、アフリカの他の地域から奴隷を植民地に連れてきた奴隷商人が標的とした熱帯地域に住む人々が行っていたものと同様の歯の改造を受けていた。この証拠に基づき、これらの遺体はC4植物が消費されていたアフリカの地域から労働者としてケープに連れてこられた奴隷であったと主張された。これらの遺体は特定の民族には割り当てられていないが、同様の歯の改造はマクア族、ヤオ族、マラヴ族によって行われている。4人の遺体は、イスラム教の伝統に従い、副葬品なしで、地元のイスラム教徒にとって重要な場所であるシグナル・ヒルの方角を向いて埋葬された。彼らの同位体シグネチャーは、彼らが主にC3植物を摂取する温帯環境で育ったが、一部C4植物も摂取していたことを示している。この研究は、これらの遺体がインド洋地域出身であったと主張した。また、これらの人々はイスラム教徒であった可能性も示唆した。埋葬物の安定同位体分析を歴史的および考古学的データと組み合わせることで、アフリカ奴隷貿易によって強制された移住や、旧世界における下層階級および労働者階級の出現を調査する効果的な方法であると主張した。^{[ 96 ]}

窒素安定同位体システムは、 δ15Nにおける¹⁴ Nに対する¹⁵ Nの相対的な濃縮/枯渇に基づいています。炭素と窒素の安定同位体分析は^、古食研究において相補的です。骨コラーゲン中の窒素同位体は最終的に食事性タンパク質に由来しますが、炭素はタンパク質、炭水化物、または脂肪から供給されます。^{[ 98 ]} δ13C値は食事性タンパク質と植物性タンパク質の区別に役立ちますが、栄養段階が上がるにつれて δ15N 値が系統的に増加すると、食物^網におけるタンパク質源の位置を決定するのに役立ちます。^{[ 84 ] [ 99 ] [ 100 ] 15N}は栄養段階が上がるごとに 3～4% 増加します。^{[ 101 ] [ 102 ]ヒトの δ 15} N 値と動物性タンパク質の値の相対的な差は、食事中のその動物性タンパク質の割合に比例すると示唆されているが、^{[ 103 ]}タンパク質摂取による窒素摂取と老廃物排出による窒素損失が体内の¹⁵ N 濃縮に及ぼす影響に関する矛盾した見解のため、この解釈には疑問が呈されている。 ^{[ 100 ]}

同じ栄養段階内での窒素値の変動も考慮される。^{[ 104 ]}例えば、植物の窒素変動は、植物特有の窒素ガスへの依存によって引き起こされ、植物が大気の値を反映するようになる。^{[ 104 ]}動物の排泄物で肥沃になった土壌で育った植物では、δ ¹⁵ N 値が濃縮または高くなることがある。^{[ 104 ]}窒素同位体は、マメ科植物と非マメ科植物、および陸上資源と海洋資源の相対的な寄与を推定するために使用されてきた。 ^{[ 101 ] [ 86 ] [ 105 ]}他の植物の δ ¹⁵ N 値は 2 ～ 6‰ の範囲ですが、^{[ 101 ]}マメ科植物は土壌硝酸塩や亜硝酸塩に頼る必要がなく、分子窒素を固定できるため、 ¹⁴ N/ ¹⁵ N 比が低くなります (0‰ に近い、つまり大気中の N ₂です) 。^{[ 98 ] [ 104 ]}したがって、人間の遺体の δ ¹⁵ N 値が低いことの考えられる説明の 1 つは、マメ科植物またはマメ科植物を食べる動物の摂取量の増加です。15 N 値は肉の摂取量とともに増加し、マメ科植物の摂取量とともに減少します。14 N/ ^{15 N 比は、}食事における肉とマメ科植物の寄与を評価するために使用できます^。

酸素安定同位体システムは、特定の物質中の¹⁸ O/ ¹⁶ O ( δ ¹⁸ O ) 比に基づいており、標準物質と比較して濃縮/枯渇しています。この分野は通常、ウィーン標準平均海水 ( VSMOW ) と標準軽南極降水 (SLAP ) の両方に正規化されます。^{[ 106 ]}このシステムは古気候研究での使用で有名ですが、生物考古学においても重要な情報源となっています。

骨格遺骸のδ ¹⁸ O 値の変動は、消費者の体内の水の同位体組成に直接関係しています。哺乳類の体内の水の同位体組成は、主に摂取した水によって制御されます。^{[ 106 ]}淡水飲料水のδ ¹⁸ O 値は、地球規模の水循環のメカニズムに関連する質量分別により変動します。^{[ 107 ]}蒸発した水蒸気は、残りの水と比較して^{16 O がより濃縮されています (同位体的に軽い、より負のデルタ値)。残りの水は16} Oが枯渇しています(同位体的に重い、より正のデルタ値)。^{[ 106 ] [ 107 ]}動物の飲料水の同位体組成の受け入れられている一次近似は、局地的な降水ですが、これは天然の湧水や湖などの混同する水源によってさまざまな程度で複雑になります。^{[ 106 ]}考古学的研究で使用される基準δ ¹⁸ Oは、関連する環境および歴史的文脈に応じて修正されます。^{[ 106 ]}

ヒトの骨格遺物中のバイオアパタイトのδ ¹⁸ O値は、体液と平衡状態で形成されたと考えられており、体液の酸素同位体組成との種特異的な関係を示している。^{[ 108 ]}ヒトの骨コラーゲンについては同じことは言えず、コラーゲン中のδ ¹⁸ O値は、飲用水、食物中の水分、および代謝と生理学的プロセスの組み合わせによって影響を受けるようである。^{[ 109 ]}骨ミネラルのδ ¹⁸ O値は、基本的に個人の生涯全体にわたる平均的な同位体シグネチャーである。^{[ 110 ]}

炭素と窒素は主に古代人の食生活を調査するために使われるが、酸素同位体はさまざまなライフステージにおける体内の水に関する洞察を提供する。δ ^{18 O 値は、飲水行動[ 111 ]} 、畜産^{[ 112 ] 、移動の追跡[ 113} ]を理解するために使われる。古代マヤの城塞ティカルの 97 体の埋葬が酸素同位体を用いて研究された^{[ 114 ] 。}歯のエナメル質の結果から、統計的に異なる個人が特定され、マヤ低地、グアテマラ、そしておそらくメキシコ出身の個人であると解釈された^{[ 114 ]}。歴史的背景と埋葬からの同位体データを組み合わせることで、移住者がティカル内の下層階級と上層階級に属していたという主張がなされた^{[ 114 ]} 。初期古典期にティカルに到着した女性移住者は、マヤのエリートの花嫁であった可能性がある^{[ 114 ] 。}

硫黄安定同位体システムは、硫黄同位体の質量依存的な小さな分別に基づいています。これらの分別は、合意された標準であるキャニオン・ディアブロ・トロイライト（V-CDT）を基準として報告されます。最も豊富な硫黄同位体である³² S と、³³ S、³⁴ S、³⁶ S などの希少な同位体の比率は、生物学的特徴と地質学的貯留層を特徴付けるために使用されます。34 S の分別^（ δ 34 ^S）は、希少な同位体の中で最も豊富であるため、特に有用です。このシステムは単独で使用されることはあまりなく、通常は炭素と窒素の研究を補完します。^{[ 115 ] [ 116 ]}生物考古学では、硫黄システムは、毛髪と骨コラーゲンの分析を通じて、古食と空間行動を調査するために使用されてきました。^{[ 117 ]}生物に取り込まれた食事性タンパク質は、その有機組織の安定同位体値を決定する傾向があります。メチオニンとシステインは、硫黄を含む典型的なアミノ酸です。この2つのうち、システインのδ ³⁴ S値は食事や体内循環の影響を受けるため、メチオニンのδ 34 S値は食事中の硫黄の同位体組成をよりよく反映すると考えられています。^{[ 117 ]}他の安定同位体システムでは栄養段階による大きな変化が見られるのに対し、硫黄はわずかな変化（約0.5‰）しか示しません。^{[ 117 ]}

消費者は、食事性タンパク質源の硫黄貯蔵庫を反映する同位体シグネチャを生じます。海洋生態系由来の動物性タンパク質は、δ ³⁴ S 値が +16 ～ +17‰ の範囲にある傾向があり、 ^{[ 94 ] [ 117 ] [ 118 ]}陸上植物は -7‰ ～ +8‰ の範囲にあり、淡水および陸上生態系由来のタンパク質は非常に変動が大きいです。^{[ 115 ]}現代の海洋の硫酸塩含有量はよく混合されており、δ ³⁴ S は約 +21‰ ですが、^{[ 119 ]}河川水は周囲の岩盤の硫黄含有鉱物の影響を強く受けており、陸上植物は地元の土壌の硫黄含有量の影響を受けています。^{[ 115 ] [ 117 ]}河口生態系は、海水と河川の流入により複雑性が増しています。^{[ 115 ] [ 117 ]淡水生態系の δ 34} S 値の極端な範囲は、陸上シグナルと干渉することが多く、硫黄システムを古食研究の唯一のツールとして使用することを困難にしています。^{[ 115 ]}

さまざまな研究がミイラ化した毛髪中の硫黄の同位体比を分析している。^{[ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]}毛髪は通常少なくとも5%の元素硫黄を含んでいるため、硫黄研究に適した候補である。^{[ 117 ]}ある研究では、インカの生贄儀式の犠牲となった4人のミイラ化した子供の古食性調査に硫黄同位体比を取り入れた。^{[ 123 ]} δ34S値は、子供たちが死ぬ前に海洋タンパク質を食べていなかったという結論を導き出すのに役立った。歴史的洞察と3人の子供の一貫した硫黄シグネチャーは、彼らが生贄の⁶か月前に同じ場所に住んでいたことを示唆している。^{[ 123 ]}研究では骨コラーゲンのδ ³⁴ S値が測定されているが、2009年に品質基準が発表されるまではこれらの値の解釈は信頼できなかった。^{[ 124 ]骨コラーゲンは骨格遺物に豊富に含まれているが、組織の1%未満が硫黄で構成されているため、これらの研究では骨コラーゲンのδ 34} S値の意味を慎重に評価する必要がある。^{[ 117 ]}