Los experimentos en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab están arrojando una nueva luz sobre el suelo egipcio y las antiguas muestras de huesos momificados que podrían proporcionar una comprensión más rica de la vida cotidiana y las condiciones ambientales hace miles de años.
En un esfuerzo de investigación de dos meses que concluyó a fines de agosto, dos investigadores de la Universidad de El Cairo en Egipto trajeron 32 muestras de hueso y dos muestras de suelo para estudiar usando técnicas basadas en rayos X y luz infrarroja en la Fuente de Luz Avanzada de Berkeley Lab ALSEl ALS produce varias longitudes de onda de luz brillante que pueden usarse para explorar la química microscópica, la estructura y otras propiedades de las muestras.
Su visita fue posible gracias a LAAAMP, el proyecto Lightsources para África, América, Asia y Oriente Medio, un programa financiado por subvenciones que tiene como objetivo fomentar una mayor oportunidad científica internacional y colaboración para los científicos que trabajan en esa región delglobo.
Las muestras representan cuatro dinastías, dos sitios de entierro
Las muestras incluyeron fragmentos óseos de restos humanos momificados que datan de 2,000 a 4,000 años, y tierra recolectada de los sitios de los restos humanos. Los restos representan cuatro dinastías diferentes en Egipto: el Reino Medio, Segundo Período Intermedio, Período Tardío,y grecorromana.
Los científicos visitantes, el profesor asociado de la Universidad de El Cairo Ahmed Elnewishy y el investigador postdoctoral Mohamed Kasem, querían distinguir si las concentraciones químicas en las muestras de hueso estaban relacionadas con la salud, la dieta y la vida cotidiana de los individuos, o si los químicos en el suelo teníancambió la química de los huesos con el tiempo.
Su trabajo es importante para el patrimonio cultural de Egipto y también para una mejor comprensión de la preservación de antigüedades y las posibles vías de contaminación de estos restos. Las muestras se recuperaron de dos sitios egipcios: Saqqara, el sitio de un antiguo cementerio; yAsuán, el sitio de una ciudad antigua en la orilla del Nilo, una vez conocida como Swenett, por los arqueólogos de la Universidad de El Cairo.
"Los huesos están actuando como un archivo", dijo Kasem, quien estudió química ósea antigua desde sus estudios de doctorado, que datan de 2011. Ha utilizado una técnica de análisis químico que involucra la ablación con láser, en la cualel pulso láser dispara un pequeño volumen de material de una muestra. Luego, se analiza la luz emitida por esta pequeña explosión para determinar qué elementos están presentes.
"Hemos encontrado plomo, aluminio y otros elementos que nos dan una indicación del medio ambiente y la toxicidad de ese tiempo", dijo. "Esa información se almacena directamente en los huesos".
Diferenciación del suelo frente a la química del hueso
Lo que es complicado es resolver cómo se metieron los elementos en el hueso. "Puede haber cierta difusión de elementos desde afuera hacia adentro de los huesos, y efectos de bacterias, humedad y otros efectos. Es difícil separar esto:para saber si proviene del suelo circundante. Así que hemos estado probando diferentes técnicas "
Kasem agregó: "Muchos factores afectan la preservación. Uno de ellos es cuánto tiempo ha estado enterrado el hueso en el suelo y también el estado del hueso y los diferentes tipos de suelo". Las diferencias en las técnicas de embalsamamiento también podrían afectar la preservacióndel hueso y la química que encuentran en los estudios de rayos X. "Hay diferentes cualidades en los materiales, como la tela y las resinas que solían embalsamar", dijo.
Si bien los antiguos egipcios no usaban aluminio para trabajar el metal, los investigadores descubrieron que usaban alumbre de potasio, un compuesto químico que contiene aluminio, para reducir la turbidez en el agua potable. Y las concentraciones de plomo probablemente se debieron al plomo queLos egipcios solían pulir la cerámica.
Los últimos estudios se centran en muestras que incluyen cortes de la cabeza de los huesos del fémur y de los ejes del fémur para ver si un tipo de muestra puede ser más propenso a la contaminación del suelo circundante que el otro tipo, por ejemplo. Los huesos del fémur son los más fuerteshuesos en el cuerpo humano y corren desde las rodillas hasta las caderas. La cabeza, en la parte superior del fémur, tiene un material óseo más esponjoso que el núcleo del eje.
Los investigadores trabajaron con los científicos de investigación ALS Hans Bechtel y Eric Schaible para llevar a cabo experimentos en tres líneas de luz diferentes. Schaible ayudó a los investigadores con una técnica conocida como dispersión de rayos X de ángulo pequeño SAXS, que utilizaron para analizar la nanoescaladiseño de colágeno, una proteína humana abundante.
los escaneos de rayos X revelan patrones de colágeno
Un solo escaneo de las secciones transversales del hueso, que medía hasta 3 a 5 centímetros de ancho y aproximadamente medio milímetro de grosor, tardó de dos a seis horas en completarse y proporcionó un mapa 2D detallado que muestra cómo se organizó el colágeno dentro delhueso.
Estas imágenes se pueden comparar con los huesos modernos para comprender mejor si el colágeno se degradó con el tiempo y de qué manera, y posiblemente puedan informarnos sobre la salud de un individuo.
"El colágeno es uno de los principales componentes del cuerpo", dijo Schaible. "Se encuentra en la piel, los huesos, los órganos internos, los ojos, los oídos, los vasos sanguíneos, es una de las principales cosas de las que estamos hechos.Cuando proyectamos rayos X a través del colágeno, los rayos X se dispersan y el patrón de dispersión que producen puede decirnos mucho sobre cuán bien conservado y bien organizado está el colágeno ".
Aunque hay mucho análisis por delante para interpretar los datos tomados de las muestras, Schaible dijo que los ensamblajes de colágeno generalmente no están tan bien ordenados en las muestras antiguas como en los huesos modernos sanos.
"Es muy emocionante estar involucrado en este proyecto y aprender sobre el viaje que han emprendido estas momias, en la vida y después de la muerte", dijo.
La luz infrarroja muestra la química ósea, las concentraciones minerales
Los estudios infrarrojos en el ALS muestran la distribución química y la concentración de los minerales y materiales orgánicos presentes en los huesos.
"Uno de los principales obstáculos fue cómo preparar las muestras", dijo Elnewishy. Es difícil cortar secciones delgadas de un material tan delicado.
Schaible contactó a un laboratorio especializado en el Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra de UC Berkeley, que ayudó a cortar las muestras. Para las secciones más delgadas y las muestras más frágiles, el hueso se suspendió en resina epoxi y luego se cortó.
Planes para nuevos experimentos
Elnewishy dijo que también hay planes para llevar a cabo experimentos relacionados en SESAME luz de sincrotrón para ciencia y aplicaciones experimentales en el Medio Oriente, una fuente de luz científica en Jordania que se abrió a los experimentos en 2017. SESAME se construyó a través de una empresa cooperativapor científicos y gobiernos de la región.
Señaló que lo que el equipo aprende sobre el patrimonio cultural y la preservación de muestras a través de sus experimentos podría beneficiar potencialmente las colecciones del Gran Museo Egipcio en Giza, que se espera que abra en 2020 y albergará más de 100,000 artefactos egipcios.
La fuente de luz avanzada es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. LAAAMP es un programa conjunto de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada y la Unión Internacional de Cristalografía, y cuenta con el apoyo del Programa de Subvenciones del Consejo Internacional para la Ciencia.
Theresa Duque de Berkeley Lab y Cindy Lee contribuyeron a este artículo.
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