Isotopenonderzoek

Een kaak uit Kessel, gebruikt voor isotopenanalyse (© Vrije Universiteit Amsterdam)
12 november 2020

Ik heb al een aantal keren geschreven over de DNA-revolutie. Door het onderzoek naar zowel hedendaags als antiek genetisch materiaal is het mogelijk uitspraken te doen over bijvoorbeeld de relatie tussen de diverse leden van de Achttiende Dynastie van Egypte, waarvan de mummies over zijn. Ook kunnen we uitspraken doen over bepaalde antieke ziektes – Ötzi zou doodziek zijn geworden van melk – en het uiterlijk van mensen. Het belang van dit soort onderzoek voor het begrip van antieke migraties is eveneens groot.

Ook al spreken we van DNA-revolutie, dat is eigenlijk niet helemaal juist, want er is een tweede laboratoriumtechniek met een (minimaal voor migratie) even groot potentieel: het isotopenonderzoek. Dit vergt even wat uitleg maar de conclusies zijn echt leuk.

1.

Atoomkernen bestaan uit protonen en afhankelijk van het aantal daarvan hebben de elementen een naam. Eén proton is het element waterstof, twee protonen is helium en zo voort. Daarnaast zijn er in de atoomkernen neutronen en dat zijn er niet altijd even veel. De zevenendertig protonen van het element rubidium krijgen meestal gezelschap van achtenveertig neutronen – dat heet dan 85Rb omdat er in totaal vijfentachtig protonen en neutronen zijn  – maar soms zijn er minder of meer neutronen. Atomen met een verschillende massa worden aangeduid als isotopen.

Marie Curie ontdekte dat allerlei isotopen instabiel zijn. Na verloop van tijd vallen ze uiteen in stabielere atoomkernen. Daarbij komt straling vrij. Zo verandert in de kern van 87Rb een neutron in een proton, waarna we te maken hebben met negenenveertig neutronen en achtendertig protonen, en dus met een ander element: het stabiele strontium. Of, om precies te zijn, 87Sr. Dit is een voorbeeld van wat bekendstaat als radioactief verval en de snelheid waarmee het gebeurt wordt meestal aangeduid als de halfwaardetijd. In het gegeven voorbeeld is die heel erg laag: voordat van een monster 87Rb de helft is omgezet in 87Sr, is een kleine vijftig miljard jaar verstreken. Dat is drie keer zou oud als het heelal, dus als iemand zou zeggen dat 87Rb eigenlijk stabiel is, dan heeft ’ie een punt. Desondanks zijn er gebieden waar het betrekkelijk veel voorkomt, namelijk als het afkomstig is uit lang geleden gevormd, rubidium bevattend gesteente, en zijn er ook gebieden waar het minder vaak voorkomt.

2.

Strontium heeft chemische eigenschappen die lijken op calcium. Daardoor kan in planten, die strontiumhoudende mineralen uit de bodem opnemen, in een molecuul de plaats van calcium zijn overgenomen door strontium en zo terechtkomen in de botten en het tandglazuur van plantenetende dieren. Aangezien de bodem niet overal hetzelfde is samengesteld, is ook de aanwezigheid van 87Sr niet dezelfde.

En nu de grote truc: je kunt iemands tandglazuur, dat zich vormt in de jeugd, vergelijken met iemands botten, die gedurende een heel leven worden gevormd en dus de omgeving documenteert waar hij is overleden. Als iemand nooit is verhuisd, is het percentage 87Sr (in verhouding tot een stabiele isotoop als 86Sr) hetzelfde. Is het echter anders, dan is hij verhuisd vanuit een gebied met een merkbaar andere samenstelling.

Een van de eerste keren dat dit soort onderzoek werd uitgevoerd, betrof het gebeente van enkele in Vlaanderen vereerde, vroegmiddeleeuwse heiligen, waarvan het heiligenleven vermeldde dat ze niet waren begraven in hun geboortestreek. Dat werd bevestigd door het isotopenonderzoek. Een ronduit verbluffende conclusie kon worden getrokken over een rund dat om het leven is gekomen tijdens de slag in het Teutoburgerwoud: het was geboren in Italië, over de Alpen gekomen toen de Romeinen oprukten naar de Donau, later teruggekeerd naar Italië en uiteindelijk dus aan zijn einde gekomen bij Kalkriese.

(Dit soort onderzoek is mogelijk omdat rundergebitten iets anders in elkaar zitten dan die van mensen, waardoor je er meer mee kunt doen dan alleen een vergelijking van geboorte- en sterfgebied. Het fijne weet ik hier ook niet van.)

3.

Wat geldt voor strontium, geldt ook voor lood, dat eveneens een aanwijzing biedt voor de ouderdom van deze of gene bodem. Andere elementen, zoals koolstof en zuurstof, zijn weer te verbinden met omgevingsfactoren als de nabijheid van de kust, fotosynthese of de hoogte. Als we het hebben over multi-isotoop-onderzoek, is er, zoals de naam al aangeeft, gekeken naar diverse elementen.

Zelfs in een kleine regio als Nederland zijn verschillen aan te wijzen en in het recente proefschrift van Lisette Kootker is een van de conclusies dat in de laatste eeuwen v.Chr. mensen over betrekkelijk grote afstanden hebben gereisd. Zo blijkt ongeveer de helft van de bevolking van het Nederlandse rivierengebied niet lokaal te zijn opgegroeid. Voor andere gebieden en tijdvakken was het weer anders.

Een voorbeeld dat het nieuws haalde: in 2015 identificeerde Nico Roymans bij Kessel, waar de Maas en Waal samenkomen, de resten van wat een antiek slagveld lijkt te zijn geweest. Tenminste vier van de mensen die hier gewelddadig om het leven zijn gekomen, blijken niet afkomstig uit het rivierengebied, wat past bij de hypothese dat dit de plaats is geweest waar Julius Caesar twee stammen uitmoordde die afkomstig waren uit Germanië. Nu was de helft van de bevolking daar niet in de regio geboren, dus we zouden wel meer gegevens willen hebben. Eigenlijk zouden we het liefst willen dat we niet vier maar veertig mensen konden onderzoeken en dat we niet concludeerden dat ze niet uit het rivierengebied kwamen, maar dat ze uit pakweg het Roergebied kwamen. Desondanks staat toch maar mooi vast dat deze mensen niet afkomstig waren uit de regio. Tien jaar geleden zouden we niet van zulke inzichten hebben durven dromen.

[Het proefschrift van Kootker kunt u hier downloaden. De Nederlandse samenvatting is daar en begint op blz.254.] 

[Deze blog verscheen oorspronkelijk in de reeks “Methode op Maandag“.]

Deel dit blog:
Dikke gladiatoren? Besluit

Kortom: de voorbarige aanname van de onderzoekers van de gladiatorenbotten uit Efese belandde in een tentoonstellingscatalogus, die werd gepubliceerd in Read more

Dikke gladiatoren?: Kritiek

Op Ben Millers blog over alles wat te maken heeft met schermen, "Out of this Century", analyseerde gastauteur David Black Read more

Dikke gladiatoren? De eerste conclusies

Wanneer kwam dit idee van de dikke gladiatoren voor het eerst naar voren? De eerste keer dat dit wordt geopperd, Read more

Dikke gladiatoren: het onderzoek

In 2008 interviewde Andrew Curry voor Archaeology Magazine de Oostenrijkse paleopatholoog Karl Grossschmidt over diens onderzoek van de botten van Read more