Gli esperimenti presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia stanno gettando una nuova luce sul suolo egiziano e su antichi campioni di ossa mummificate che potrebbero fornire una comprensione più ricca della vita quotidiana e delle condizioni ambientali migliaia di anni fa.

In uno sforzo di ricerca di due mesi conclusosi alla fine di agosto, due ricercatori dell'Università del Cairo in Egitto hanno portato 32 campioni di ossa e due campioni di terreno da studiare utilizzando tecniche a raggi X ea luce infrarossa presso l'Advanced Light Source (ALS) del Berkeley Lab. L'ALS produce varie lunghezze d'onda di luce brillante che possono essere utilizzate per esplorare la chimica microscopica, struttura, e altre proprietà dei campioni.

La loro visita è stata resa possibile da LAAAMP—the Lightsources for Africa, le Americhe, Progetto Asia e Medio Oriente:un programma sostenuto da sovvenzioni che ha lo scopo di promuovere maggiori opportunità e collaborazione scientifiche internazionali per gli scienziati che lavorano in quella regione del globo.

I campioni rappresentano quattro dinastie, due luoghi di sepoltura

I campioni includevano frammenti ossei di resti umani mummificati risalenti al 2, 000 a 4, 000 anni, e suolo raccolto dai siti dei resti umani. I resti rappresentano quattro diverse dinastie in Egitto:il Medio Regno, Secondo Periodo Intermedio, Periodo Tardo, e greco-romana.

Gli scienziati in visita, Il Professore Associato dell'Università del Cairo Ahmed Elnewishy e il ricercatore post-dottorato Mohamed Kasem, voleva distinguere se le concentrazioni chimiche nei campioni ossei fossero correlate alla salute degli individui, dieta, e la vita quotidiana, o se le sostanze chimiche nel terreno avevano cambiato la chimica delle ossa nel tempo.

Il loro lavoro è importante per il patrimonio culturale egiziano e anche per una migliore comprensione della conservazione delle antichità e dei potenziali percorsi di contaminazione di questi resti. I campioni sono stati recuperati da due siti egiziani:Saqqara, il sito di un antico cimitero; e Assuan, il sito di un'antica città sulla riva del Nilo, un tempo conosciuta come Swenett, dagli archeologi dell'Università del Cairo.

"Le ossa si comportano come un archivio, " disse Kasem, che ha studiato chimica delle ossa antiche sin dal suo dottorato di ricerca. studi, risalente al 2011. Ha utilizzato una tecnica di analisi chimica che prevede l'ablazione laser, in cui un breve impulso laser spazza via un piccolo volume di materiale da un campione. Quindi, la luce emessa da questa piccola esplosione viene analizzata per determinare quali elementi sono presenti.

"Abbiamo trovato il piombo, alluminio, e altri elementi che ci danno un'indicazione dell'ambiente e della tossicità di quel tempo, " ha detto. "Queste informazioni sono memorizzate proprio nelle ossa."

Differenziazione del suolo dalla chimica delle ossa

La cosa difficile è capire come gli elementi sono entrati nell'osso. "Potrebbe esserci una certa diffusione di elementi dall'esterno all'interno delle ossa, ed effetti da batteri, umidità, e altri effetti. È difficile separarlo, per sapere se proviene dal terreno circostante. Quindi abbiamo provato diverse tecniche".

Kasem ha aggiunto, "Molti fattori influenzano la conservazione. Uno di questi è per quanto tempo l'osso è stato sepolto nel terreno e anche lo stato dell'osso e i diversi tipi di terreno". Le differenze nelle tecniche di imbalsamazione potrebbero anche influenzare la conservazione dell'osso e la chimica che trovano negli studi a raggi X. "Ci sono diverse qualità nei materiali, come le stoffe e le resine che usavano per imbalsamare, " Egli ha detto.

Mentre gli antichi egizi non usavano l'alluminio nella lavorazione dei metalli, i ricercatori hanno scoperto che usavano allume di potassio, un composto chimico contenente alluminio, per ridurre la nuvolosità nell'acqua potabile. E le concentrazioni di piombo erano probabilmente dovute al piombo che gli egizi usavano per lucidare la ceramica.

Gli ultimi studi si concentrano su campioni che includono sezioni della testa delle ossa del femore e delle aste femorali per vedere se un tipo di campione può essere più incline alla contaminazione dal suolo circostante rispetto all'altro tipo, Per esempio. Le ossa del femore sono le ossa più forti del corpo umano e corrono dalle ginocchia ai fianchi. La testa, nella parte superiore del femore, ha materiale osseo più spugnoso rispetto al nucleo della diafisi.

I ricercatori hanno lavorato con i ricercatori sulla SLA Hans Bechtel ed Eric Schaible per condurre esperimenti su tre diverse linee di luce. Schaible ha assistito i ricercatori con una tecnica nota come diffusione di raggi X a piccolo angolo (SAXS), che hanno usato per analizzare il patterning su scala nanometrica del collagene, un'abbondante proteina umana.

Le scansioni a raggi X rivelano modelli di collagene

Una singola scansione delle sezioni trasversali ossee, che misurava da 3 a 5 centimetri di diametro e circa mezzo millimetro di spessore, ci sono volute dalle due alle sei ore per completare e ha fornito una mappa dettagliata in 2D che mostra come il collagene è stato organizzato all'interno dell'osso.

Queste immagini possono essere confrontate con le ossa moderne per capire meglio se e come il collagene si è degradato nel tempo, e può eventualmente parlarci della salute di un individuo.

"Il collagene è uno dei principali elementi costitutivi del corpo, " ha detto Schaible. "Si trova nella pelle, ossatura, organi interni, occhi, orecchie, vasi sanguigni:è una delle cose principali di cui siamo fatti. Quando facciamo brillare i raggi X attraverso il collagene, i raggi X sono dispersi e il modello di dispersione che producono può dirci molto su quanto sia ben conservato e ben organizzato il collagene".

Sebbene ci siano molte analisi future per interpretare i dati presi dai campioni, Schaible ha detto che gli assemblaggi di collagene generalmente non sono così ben ordinati nei campioni antichi come nelle ossa moderne sane.

"È molto eccitante essere coinvolti in questo progetto, e per conoscere il viaggio che hanno fatto queste mummie, in vita e dopo la morte, " Egli ha detto.

La luce infrarossa mostra la chimica delle ossa, concentrazioni di minerali

Gli studi a infrarossi presso la SLA mostrano la distribuzione chimica e la concentrazione dei minerali e dei materiali organici presenti nelle ossa.

"Uno degli ostacoli principali è stato come preparare i campioni, " disse Elnewishy. È difficile tagliare sezioni trasversali sottili da un materiale così delicato.

Schaible ha contattato un laboratorio specializzato presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dei Pianeti della UC Berkeley, che ha aiutato a affettare i campioni. Per le sezioni più sottili e i campioni più fragili, l'osso è stato sospeso in resina epossidica e poi affettato.

Piani per nuovi esperimenti

Elnewishy ha affermato che ci sono piani per condurre anche esperimenti correlati al SESAME (luce di sincrotrone per la scienza e le applicazioni sperimentali in Medio Oriente), una fonte di luce scientifica in Giordania che si è aperta agli esperimenti nel 2017. SESAME è stato costruito attraverso un'impresa cooperativa di scienziati e governi della regione.

Ha notato che ciò che il team apprende sul patrimonio culturale e sulla conservazione dei campioni attraverso i suoi esperimenti potrebbe potenzialmente avvantaggiare le collezioni del Grand Egyptian Museum di Giza, che dovrebbe aprire nel 2020 e ospiterà più di 100, 000 manufatti egizi.