Datazione AMS di ossa, corna e denti

Ossa – Scegliere campioni di osso corticale provenienti dalle ossa più grandi del corpo (femore, tibia, omero, mascella, cranio e, in alcuni casi, costole). Le ossa spugnose, come quelle delle articolazioni, le vertebre e simili, tendono a non conservarsi bene in condizioni avverse e possono contenere una quantità di collagene insufficiente per la datazione con AMS. Per conoscere le quantità di campione richieste per le ossa di uccelli e pesci, consultare il laboratorio.

Data la minore densità delle ossa degli uccelli, la quantità di collagene per grammo è molto inferiore a quella delle ossa di altri animali. Inoltre, la quantità di ossa disponibili è spesso molto ridotta. In alcuni casi in cui lo stato di conservazione delle ossa era ottimale, è stato possibile effettuare l’analisi su soli 300 milligrammi. È inoltre necessario tenere in considerazione le fonti alimentari ed eventuali altri effetti serbatoio.

Denti – Per i denti umani, i campioni migliori sono singoli incisivi o canini completi. Per i molari è necessario che siano presenti tutte e 4 le radici. Per i denti di animale, la quantità di campione dipende dal tipo di animale. Per i grandi mammiferi 1 dente è sufficiente. Per i piccoli animali, consultare il laboratorio prima della spedizione per definire la quantità appropriata.

Corno – È preferibile inviare pezzi, frammenti o trucioli di corno. Nel caso in cui i campioni siano già polverizzati, contattare il laboratorio prima di inviarli.

Possiamo effettuare la datazione al radiocarbonio su collagene estratto. Il materiale sarà però identificato come “sostanze organiche” (“organics”) nel report finale e non come “collagene da ossa” (“bone collagen”). Questo perché, secondo i requisiti della nostra certificazione ISO/IEC 17025:2017, se i pretrattamenti chimici e/o le estrazioni non sono stati svolti da noi, non possiamo dare questa specifica denominazione al materiale, poiché alcuni passaggi che possono influenzare la qualità del campione sono stati svolti al di fuori del nostro controllo e dei termini della nostra certificazione.

Non inserire il collagene estratto direttamente nelle buste con zip. Raccomandiamo di avvolgere il campione in un foglio di alluminio o di usare una provetta di plastica o vetro con tappo a vite, inseriti in una busta con zip.

Il contenuto organico dello smalto è troppo ridotto per l’analisi al carbonio-14. È possibile analizzare solo la frazione carbonatica. Un dente è sufficiente per la datazione con AMS.

Importante: è noto che, in alcuni contesti ambientali, il carbonato presente nello smalto dentale, se datato con il 14C, può restituire età imprecise a causa della contaminazione da carbonati secondari provenienti dal suolo, dall’acqua o da altre fonti. Le attuali metodologie di pretrattamento potrebbero non risolvere completamente il problema, perciò è importante tenerne conto al momento dell’interpretazione delle datazioni dei carbonati da smalto dentale. Sono stati pubblicati diversi studi riguardanti i possibili problemi legati alla datazione di questo materiale. Nella maggior parte dei casi, i risultati sono più recenti rispetto al momento del decesso dell’individuo e l’alterazione può essere significativa.

Per le ossa immerse in acqua o sedimenti umidi, consultare il laboratorio prima di inviare i campioni. L’acqua è molto efficace nel rimuovere le proteine del collagene dalle ossa, lasciando intatto solo il carbonato. È quindi possibile che, in questi casi, il contenuto di collagene delle ossa sia molto limitato.

Se le ossa sono state forate o polverizzate prima dell’invio, potrebbero non essere adatte a subire i pretrattamenti aggressivi necessari a garantire l’accuratezza dei risultati. Raccomandiamo di NON forare o polverizzare le ossa prima di inviarle al nostro laboratorio. Prima di effettuare queste operazioni è necessario rimuovere i contaminanti aderenti o invasivi, il che in molti casi richiede sia trattamenti fisici abrasivi, sia trattamenti chimici.

Il pretrattamento dei campioni ossei non cremati inizia con l’estrazione del collagene, ovvero il materiale utilizzato per la datazione. La valutazione della qualità viene effettuata tramite osservazione del collagene e del processo di estrazione.

Per prima cosa viene analizzata la friabilità (“morbidezza”) del campione osseo. Il materiale osseo molto morbido indica una potenziale assenza di collagene (la proteina fondamentale delle ossa, che agisce da agente rinforzante nella struttura cristallina dell’apatite).

Per determinare la qualità del collagene, il campione viene demineralizzato in una soluzione acida fredda per eliminare tutta l’apatite e i carbonati, dopo la rimozione delle superfici esterne tramite metodi chimici o fisici. Il collagene viene poi sezionato per identificare eventuali radici intrusive, che vengono rimosse con i successivi lavaggi acidi.

A questo punto, il laboratorio effettua un’accurata ispezione visiva del collagene. Se il collagene appare scarsamente conservato, il laboratorio contatta il cliente per discutere prima di procedere. Se il collagene sembra invece di buona qualità, viene applicato un lavaggio con NaOH (idrossido di sodio) per rimuovere i contaminanti organici umici ed esogeni. Questo passaggio solitamente riduce di molto la massa del collagene ma restituisce un campione pulito per la datazione al radiocarbonio. Dopo un lavaggio acido finale, il collagene viene asciugato e sottoposto a misurazione del d13C. Se il risultato è accettabile, i tecnici procedono con la datazione AMS. In caso contrario, contattano il cliente prima di procedere.

L’estrazione del collagene può essere effettuata con o senza un lavaggio basico. “With alkali” (trattamento alcalino) si riferisce al pretrattamento aggiuntivo con NaOH per assicurare l’assenza di acidi organici secondari. “Without alkali” (senza trattamento basico) indica che, a causa dello stato di conservazione non ottimale, il lavaggio con NaOH, che potrebbe comportare la perdita di tutte le sostanze organiche disponibili, non è stato effettuato.

L’ultrafiltrazione consiste nel passaggio del collagene ad alta velocità attraverso filtri finissimi, come misura aggiuntiva per la rimozione degli acidi organici. L’ultrafiltrazione, se richiesta, comporta una tariffa aggiuntiva; contattare il laboratorio per ulteriori informazioni.

Nota – Non sempre l’ultrafiltrazione migliora l’accuratezza di una data radiocarbonica. Questo pretrattamento aggiuntivo “fraziona” il carbonio nel campione. Secondo la relativa teoria, che, a seconda dello stato di conservazione del collagene, potrebbe non essere sempre valida, gli acidi umici passano attraverso il filtro separandosi dal collagene. I campioni sottoposti a ultrafiltrazione hanno, in alcuni casi, prodotto date più antiche o più recenti rispetto a quelli sottoposti solo a estrazione del collagene con lavaggio alcalino. Le condizioni di sepoltura, lo stato di conservazione e l’eventuale contaminazione di ogni campione determinano l’utilità o meno di questo pretrattamento aggiuntivo.

Le ossa sottoposte a riscaldamento a bassa temperatura (meno di 600°C) presentano spesso segni neri, blu o grigi sulla superficie esterna, che indicano che non tutti i grassi e le proteine sono stati bruciati completamente e l’osteocalcina non si è del tutto convertita in carbonato strutturale.

La quantità di calore ricevuta e le condizioni della sepoltura determinano la possibilità o meno di datare un osso con AMS. Non è possibile sapere in anticipo cosa verrà estratto da un osso scaldato. In alcuni casi, il collagene può essere disponibile e in buone condizioni. In altri casi, è possibile estrarre alcune sostanze organiche non chiaramente identificabili come collagene. Datare queste sostanze organiche residue può restituire date accettabili, ma è necessario essere cauti con la loro interpretazione.

Pretrattamento – Estrazione del collagene, lavaggio acido/base/acido

Non viene applicata alcuna tariffa per la cancellazione di campioni ossei scaldati che risultano inadatti alla datazione in seguito al pretrattamento.

Il riscaldamento ad alta temperatura può essere un evento molto utile nella storia di un campione osseo. Se la temperatura è abbastanza elevata da carbonizzare il collagene, il carbonio dell’osso diventa molto stabile, resistente alla contaminazione e facilmente rimovibile dai pretrattamenti con acidi e basi, che vengono applicati anche ai campioni di carbone.

Le ossa completamente carbonizzate, sia all’interno sia all’esterno, assomigliano a pezzi di carbone. Questi campioni sono stati carbonizzati in ambienti poveri di ossigeno, a temperature inferiori a 600°C a cui sono stati esposti per un lungo periodo. L’osteocalcina è stata rimossa dalla combustione e sono rimasti solo i grassi carbonizzati e le proteine (collagene). Questo tipo di ossa bruciate può solitamente essere datato, ma i pretrattamenti potrebbero dover essere limitati al lavaggio acido per la rimozione dei carbonati. In molti casi, sono troppo fragili per permettere un’estrazione alcalina per rimuovere gli acidi umici, che potrebbero essere presenti in abbondanza nel sito di raccolta.

La possibilità o meno di datare un osso carbonizzato al radiocarbonio dipende dal suo grado di carbonizzazione. Le ossa scaldate a basse temperature necessitano di attenzioni particolari. Le ossa contenenti proteine carbonizzate costituiscono campioni ottimali per la datazione AMS. In questo caso, il carbonio è resistente al decadimento e può essere sottoposto a pretrattamenti completi in laboratorio. Se le proteine sono parzialmente carbonizzate, sono probabilmente danneggiate e decomposte e non possono essere pretrattate completamente (o identificate come proteine) in laboratorio. Solitamente, se l’osso appare completamente bianco, non è presente collagene carbonizzato.

In genere, se l’osso appare completamente bianco non è presente collagene carbonizzato. Se invece è nero o blu, c’è una possibilità che la frazione di collagene possa essere datata. L’unico modo per averne la certezza è applicare dei pretrattamenti.

Non viene applicata alcuna tariffa per la cancellazione di campioni ossei carbonizzati che risultano inadatti alla datazione in seguito al pretrattamento.

Pretrattamento – Lavaggio acido/base/acido forte

Un osso non scaldato viene sottoposto, per prima cosa, all’estrazione delle proteine del collagene, che costituisce il materiale più adatto per la datazione delle ossa non cremate.

La conservazione e la qualità del collagene residuo sono molto importanti e possono essere valutate durante il pretrattamento. Se la qualità del collagene è buona, il pretrattamento continua (lavaggio acido/base/acido). Se la qualità è scarsa, il laboratorio consulta il cliente per avere conferma dell’annullamento dell’analisi.

Dopo la valutazione iniziale del collagene, il materiale viene asciugato e preparato per l’analisi del rapporto carbonio-13/carbonio-12. Se il risultato è accettabile, il laboratorio procede con la datazione AMS. In caso contrario, la datazione AMS può essere cancellata su richiesta del cliente. Non viene applicata alcuna tariffa per la cancellazione di campioni ossei che risultano inadatti alla datazione in seguito al pretrattamento.

Estrazione del collagene seguita da lavaggio acido/base/acido (ultrafiltrazione su richiesta)

Queste ossa sono state scaldate a temperature superiori a 600°C per un tempo sufficiente a bruciare e rimuovere tutto il collagene, i grassi e le proteine. Normalmente queste ossa sono bianche sia all’esterno sia all’interno.

Quando le ossa vengono sottoposte a temperature superiori ai 600°C, l’osteocalcina (apatite) viene convertita in carbonato strutturale, ovvero il carbonato osseo che viene datato. Il carbonato strutturale è molto resistente ai cambiamenti, non viene contaminato facilmente una volta che la cremazione è stata completata ed è perciò un materiale affidabile per la datazione AMS.

In assenza di collagene carbonizzato, è disponibile un metodo per la datazione della frazione carbonatica delle ossa cremate. Il metodo è stato pubblicato e accettato nel 2000 alla 17esima International Radiocarbon Conference. Gli studi indicano una buona correlazione tra il carbonato delle ossa riscaldate ad alta temperatura e il relativo collagene. Questo metodo dovrebbe essere utilizzato solo in assenza di collagene o di collagene carbonizzato.

Studi recenti hanno evidenziato che la resa del carbonato di diverse sezioni dell’osso può indicare un’eventuale cremazione incompleta. Per verificarlo, il carbonato viene estratto da due diverse porzioni dell’osso. Se la resa è simile, il laboratorio procede con la datazione AMS; se è diversa, il cliente può decidere di annullare l’analisi o di continuare con la datazione di entrambe le porzioni per verificare che i risultati corrispondano (al costo di due analisi separate).

Datare la frazione carbonatica delle ossa cremate è raccomandato in assenza di collagene o collagene carbonizzato. È però necessario tenere presente che la rimozione completa di eventuali contaminanti carbonatici non può essere assicurata. Se la rimozione di tutti i carbonati è avvenuta durante il processo di riscaldamento, l’ossido di calcio rimanente potrebbe aver reagito con il biossido di carbonio prodotto dal combustibile. In questo caso, è necessario tenere in considerazione un possibile effetto legno antico causato dal combustibile.