My Site: Серповидно-клітинна анемія, ізотопів кисню, а також малярійні римляни

Дві статті, опубліковані минулого місяця в американському Журналі фізичної антропології починають сильно ускладнюють bioarchaeologists 'використання та інтерпретації співвідношення стабільних ізотопів кисню в спробі зрозуміти, міграції та мобільності в минулому. Наука постійно прогресує, і це може бути складним, щоб йти в ногу з останніми дослідженнями. Реальна проблема для мене, однак, в інтерпретації ізотопу аналізи я зробив на населення від імператорського Риму - спочатку, тому що тільки одне інше дослідження ізотопів кисню було зроблено в усьому італійського півострова, по-друге, тому що стародавні римляни були цілком на відміну від інших археологічні населення в їх мобільності та імпорт продовольства і води. Це повідомлення, а потім, працює через деякі з ідей, які я виклав у моєї дисертації, і додає до них у світлі останніх статей з аналізу ізотопів кисню.

Ізотопу кисню Redux

Вивчення відносних кількостей стабільних ізотопів кисню в стародавній органічного матеріалу, здається, почався з палеокліматичних досліджень, а ізотопів кисню пов'язані з різними кліматологічних факторів, що впливають на елементний склад води. Відносні кількості ізотопів кисню як метеорних (дощ, сніг) і охорони навколишнього води (ріки, джерела, озера) залежить від регіону у зв'язку з такими факторами, як температура, вологість, відстань від берега, широта, опади і висоти. Це означає, що різні джерела води в різних районах різні співвідношення стабільних ізотопів кисню.

Графік зміни ізотопів кисню і водню
(Кредит. Рис 6 з сайту Сахра )

Ссавців тіла потрібен кисень, щоб вижити - не тільки у формі повітря (кисню у вдихуваному повітрі), але і у вигляді води і їжі. Дослідники зацікавилися дивлячись на кількість кисню в пастці ссавців десятиліть тканини назад і почали вимірювання достаток двох різних ізотопів кисню : 18O і 16O. Співвідношення між цими двома вимірами - вид δ18O ‰ (в млн.) - результат фракціонування з двох ізотопів, що з різними процесами обміну речовин.

Починаючи з 1990-х років, однак, bioarchaeologists почав вивчати стабільних ізотопів кисню, щоб досліджувати древні міграції. Якщо велика частина кисню, що людина потрапляє або надихнуло той час як його зуби формування прибутку з місцевих джерел води, виміряне значення δ18O з його твердих тканин будуть характерними для даного географічного особливості, що вода, з урахуванням метаболічних процесів фракціонування. Повинно бути можливо, то, щоб використовувати δ18O номерів для ідентифікації осіб, що одержали доступ локальних або нелокальної водних джерел і, шляхом умовиводів, місцевих жителів і іммігрантів. На початку 2000-х, аналіз ізотопів кисню став широко використовуватися в відповіді на питання про минуле людини мобільності, включаючи визначення іммігрантів і виявлення їх географічного місця проживання.

Проблеми з пошуком Батьківщини іммігрантів

Протягом останнього десятиліття, однак, дослідники дізналися набагато більше про співвідношення ізотопів кисню, в тому числі обмінні процеси, які впливають фракціонування. Насправді, дві статті, опубліковані в мережі 3-го травня на Американському журналі фізичної антропології продемонструвати, наскільки складним може бути, щоб інтерпретувати співвідношення ізотопів кисню з минулого популяціях людини - тема, яку я думав про багато останнім часом, коли я пишу до для публікації своїх даних кисень з Римської імперії.

δ18Ow контурних ліній в Італії
(Кредит: Longinelli & Селмо 2003)

Поллард, Пеллегріні, і Лі-Торп (2011) у першу чергу введена в пресі проблеми з присвоєнням географічних батьківщину іммігрантів, виявлених в ході аналізу ізотопів кисню у своїй статті, " Деякі зауваження щодо конверсії зубної емалі значення δ18Op до δ18Ow до визначити людської мобільності. " По суті, ті з нас, працюючи з ізотопів кисню були спроби зв'язати нашу людську зубної емалі вимірювання кисню до вимірювань кисню з грунтових вод, з використанням одного або кількох лінійних рівнянь регресії. Ці рівняння послужливо дати нам номера, які здаються поставити нашу інтерпретацію батьківщину на твердій опорі. Поллард та його колеги, проте, математики і показати, що величина помилки, що вноситься в рівняння регресії (и) означає, що наші наближення батьківщину іммігрантів, засновані на співвідношенні ізотопів кисню місцевих підземних вод дійсно дуже бідні. Вони вважають, що кисень замість співвідношення, отримані від людини емаль слід порівнювати безпосередньо на інші людські зразки емалі.

Серповидно-клітинна анемія впливає на ізотопів кисню

Reitsema та екіпажів (2011) кинути ще один ключ на кисень ізотопного аналізу з їх папери, " Кисень ізотопів як біомаркерів для серповидно-клітинна анемія? " Кисень ізотопного фракціонування результати з різних метаболічних процесів, як я вже згадував вище. У людей, що відрізняються співвідношення ізотопів кисню можуть виникнути в результаті куріння, фізичні вправи, і хвороби. Наприклад, відзначається підвищений фракціонування у курців, через їх під загрозу здатність до дифузії кисню через легеневі мембрани. І навпаки, люди, які займаються тренування, мабуть, зниження фракціонування через збільшення частоти дихання. Крім того, було встановлено, що фракціонування ізотопів кисню менше, у людей, страждаючих від анемії, оскільки зв'язування кисню гемоглобіном фракціонування процесу.

Через ці відомих ефектів фракціонування, Reitsema і екіпажів припустили, що кісткова тканина організму з серповидно-клітинна анемія б різне співвідношення ізотопів кисню, ніж в здоровому організмі. Вони вивчали кістки апатиту з 24 мишей - 8 і 16 контролю трансгенних мишей з людськими HbS (мутантний гемоглобін S) генів, які викликають серповидно-клітинна анемія. Кістки хворий миші мали достовірно (р =. 002) низьке співвідношення ізотопів кисню, ніж у здорових, контрольних мишей. Насправді, найболючішим мишам було низьке співвідношення ізотопів кисню.

Це дослідження має далекосяжні наслідки для bioarchaeological аналізу, оскільки вона в даний час досить важко виявити осіб з серповидно-клітинна анемія (і інших видів анемії) в межах археологічного населення. Ми схильні використовувати частоти спостережуваних патологій - як cribra orbitalia і porotic гиперостоз - вивести анемії у окремої людини, але це неспецифічні хворобливі процеси і не може бути прямо пов'язане з серповидно-клітинною анемією або іншому стані.

Серповидно-клітинної та малярією

Три нормальних і один sickled РБК
( тут знайти в Інтернеті )

На мій bioanth лекції по населенню відмінності і зміни людини, я завжди обговорюю серповидноклеточной анемії як приклад гетерозигот перевагу. Але давайте повернемося на секунду. Багато генів мають два або більше форм, які називаються алелями. Якщо у людини є дві копії одного і того ж аллель для того ж гена, ця людина називається гомозиготних, і якщо людина має два різних алелів, ця людина гетерозиготних. Я спрощення цього небагато, але давайте скажемо, що HbA є аллель для нормального гемоглобіну, який присутній в еритроцитах і переносить кисень по всьому тілу. Аллель HbS, з іншого боку, виробляє різні види гемоглобіну, в результаті чого червоні кров'яні клітини серповидні. Ця аномальна форма впливає на здатність організму зберігати і поширювати кисень. Ті люди, які мають дві копії алелі HbS розвивати серповидно-клітинна анемія, в результаті чого значно коротша тривалість життя, ніж зазвичай.

Якщо аллель HbS такі небезпечні для людини, то чому не він був вибраний з населення? Ну, дослідники, які вперше вивчені поширеність і HbA HbS алелів виявив, що декількох популяцій в Африці, Індії та Середземномор'я досить високої частоти алелів HbS - до 20% населення, які вони вивчали була одна копія HbS аллели, тобто ці люди були гетерозиготні. Перевага, що одну копію аллели HbS році виявилося, що часткову стійкість до малярії, хвороби вектором від комарів у теплих областях, як центральної Африки, Середземномор'я та Південної Азії. Це може бути проілюстровано в такій карті Африки:

Частота захворювання малярією (ліворуч) і серповидно-клітинної анемії (справа) в Африці
(Кредит: Wikimedia Commons)

Гетерозигот перевагою тут є те, що люди з однієї копії алелі HbS досить нормальний гемоглобін, щоб вижити в дорослому віці ще досить sickled червоних кров'яних клітин для боротьби з малярією (як малярійні паразити не виживають в sickled червоних кров'яних тілець).

Малярійні римлян або іммігранти?

Одним з основних питань, що стоять перед bioarchaeologists, які працюють в стародавній Італії, зрозуміло: Що було поширеністю малярії серед населення? Це питання мало вирішуватися передусім Sallares Роберт з використанням історичних даних у своїй книзі малярією і Рим: Історія боротьби з малярією в Стародавньої Італії (2002) і Девід Сорен використанням остеологічні даних у роботах на кшталт « Може археологам розкопати докази малярія? " (2003).

Рівень захворюваності малярією в 1940-х роках Італію
( тут знайти в Інтернеті )

Я не думаю, що хтось сумнівається, що малярія є ендемічним в стародавній Італії враховуючи його поширеність в 20-му столітті в Італії. Проблема в тому, що, як зазначають Reitsema і екіпажів, це не добре видно скелети включає археологічні населення. 2008 Дослідження Bianucci і колеги показали, свідоцтво П. тропічної (один з видів паразита, що викликає малярію) в м'яких тканинах мумії, але це була одна мумія, і переважна більшість наших стародавніх органів не так уже й добре збереглися. Ще однією проблемою є те, що ми не знаємо, частота людей з гетерозигот перевага - тих людей, які гетерозиготних по серповидно-клітинною анемією або таласемією, обидва з яких забезпечують захист проти малярії. Ці люди можуть проявляти анемією реакції, але не так часто, або, як суворо, як і люди з серповидно-клітинною анемією або таласемією.

Отже, що Поллард та співавт. і Reitsema і екіпажів статті означає для нашого розуміння стародавніх римлян? Давайте подивимося на цей графік, що я обмірковував протягом останніх двох тижнів:

Кисень співвідношення ізотопів з Портус (Prowse і співавт. 2007) і Римі (Killgrove 2010)

Ця гістограма показує розподіл співвідношення ізотопів кисню в двох імператорського періоду населення: по одному від кладовища Isola Sacra між Остії і Портус Romae (Prowse та ін 2007 рік.) та один з двох кладовищ (Casal Бертоне і Castellaccio Europarco), розташованих у безпосередній близькості Міські стіни Риму (Killgrove 2010). Є викиди в обох групах - і вельми драматичною з Portus - але самі дистрибутиви різні. Населення від Портус Romae має нижчі співвідношення ізотопів кисню в середньому, ніж населення від самого Риму.

На підставі того, що ми дізналися про співвідношення ізотопів кисню, Є цілий ряд можливих пояснень цього зміни:

1. Джерела води. Рим був велику мережу акведуків, в той час Портус був тільки один. Акведуки з Риму, хоча, харчувалися пружин на базі Апеннінського хребта. Зі збільшенням висоти, ми насправді отримати відповідне зниження співвідношення ізотопів кисню. Тому я не думаю, що джерела води тільки і може пояснити різницю, так як ми очікуємо, ізотопів кисню з Риму, буде нижче, ніж від Портус.

2. Сейму. Частина кисню в тканини скелетних людини виходить від води в їжі. Якщо люди з Портус і люди з Риму їли різко відрізняється харчування - типах, кількостях, імпорт - або підготовка по-іншому, то можна очікувати співвідношення ізотопів відрізнятися. Існують відмінності в дієті між Портус та Риму, як я вже писав про раніше в мій пост на Біоархеологія римського Споживання морепродуктів. Так що це дійсно може фактора вище гістограми.

3. Батьківщини. Портус і Римі були як іммігрант-приймальних майданчиків. Це не натяжкою, оскільки рабство було широко поширене в імперії та в обох містах буде також залучали купців, студентів і мандрівників. Але припустимо, що кожне місто приваблює іммігрантів або рабів з конкретних батьківщині. Проуз і колеги інтерпретували їх ізотопів кисню дані дозволяють припустити, що люди, можливо, приїжджав в Портус з районів з більш високою висоти. Я інтерпретував мої данні кисню припустити, що, у той час як багато людей, здається, були місцевими, було багато людей з нижчими та вищими кисню співвідношення ізотопів, які приїхали до Риму з районів з більш високою висоти / холодним кліматом і нижньої висоти / теплому кліматі. Ця інтерпретація була моя улюблена досі - я не знаю жодного історичного свідчення, що показує, що різні міста Імперії витягнув рабів чи інших іммігрантів з певних районів, і я думаю, що це гістограма дозволяє мені принаймні припустити, що це правдоподібний сценарій.

4. Малярією. Reitsema і екіпажів статті, - хоча мова йде про кісткової апатиту на мишах, а не людини емалі - викликає ще одна можливість, хоча: що люди в Портус було більше постраждалих від серповидно-клітинна анемія, ніж люди з Риму. Обидві області були досить малярійного, але Остії і Портус були хвацько відмовилися кілька разів в результаті малярії. Більшою поширеністю малярії могли б мати вплив на давнього населення Портус / Остії, як і люди, пристосовані, щоб вижити болотистій місцевості було б тих, хто хоча б одну копію аллели HbS. Або, можливо, Портус привертає все більше людей з Африки - ще одна область, з високою частотою алелі HbS - чим Рим, а купці і торговці.

У мене немає конкретної інтерпретації цього графа ще. Може бути, я роблю дуже багато зі змін - зрештою, аналіз ізотопів кисню тільки було зроблено Prowse і його колеги з Портус і мною в Римі. Важко сказати, тільки з двома великими вибірками, що зміна коштів, і я не впевнений, коли я буду мати можливість дражнити ефекти дієти, джерело води, імміграція, і захворювань на виробництві ізотопів кисню ставлення римлян.

Як видно з двох останніх статей AJPA, однак, що інтерпретація співвідношення ізотопів кисню стає все більш складним все навколо. Роботу Поллард та його колеги ясно показує, що населення, необхідно порівняти один з одним, а не кліматичні карти, намагаючись точно визначити батьківщину. Дослідження зв'язків між серповидно-клітинна анемія і ізотопи кисню все ще дуже попередній, як Reitsema і екіпажів визнати. Але навіть якщо це дослідження ускладнює нашу інтерпретацію ізотопів кисню як орієнтовних іммігрантів в Римській імперії, вона може тримати великий потенціал для нашого майбутнього розуміння малярії та населення зміни в стародавній Італії.

Список літератури:

Bianucci Р., Mattutino Г., Lallo Р., Шарльє, П., Жуен-Spriet Х., Peluso А., Higham Т., Торре, К., Рабинович і Массі, Е. (2008 ). Імунологічні ознак інфекції Plasmodium тропічної в єгипетській мумії дитини від раннединастического Журнал Період Археологічні Науки, 35 (7), 1880-1885 DOI: 10.1016/j.jas.2007.11.019.

Killgrove К. (2010). Міграція та мобільність в Римській імперії. Кандидатська дисертація, Університет Північної Кароліни в Чапел-Хілл.

Поллард AM, Пеллегріні M & Лі-Торп JA (2011). Технічне примітка: Деякі зауваження щодо конверсії зубної емалі δ18Op значення δ18Ow для визначення людської мобільності. Американський журнал фізичної антропології PMID: 21541927.

Prowse Т.Л., Шварц к.с., Garnsey P, Knyf М, Macchiarelli R, L & Bondioli (2007). Ізотопні дані пов'язані з віком імміграції в Римській імперії. Американський журнал фізичної антропології, 132 (4), 510-9 PMID: 17205550.

Reitsema LJ & Екіпажі DE (2011). Коротке повідомлення: Oxygen ізотопів як біомаркерів для серповидно-клітинна анемія? Результати від трансгенних мишей, які експресують гени людського гемоглобіну S. Американський журнал фізичної антропології PMID: 21541922.

Sallares Р. (2002) малярією і Рим. Історія боротьби з малярією в Стародавньої Італії. Oxford University Press.

Сорен, Д. (2003). Може археологами розкопки доказів малярії? Всесвітній археології, 35 (2), 193-209 DOI: 10.1080/0043824032000111371.