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 diaria y las condiciones ambientales de 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 huesos y dos muestras de suelo para estudiar utilizando técnicas basadas en rayos X e infrarrojos en la fuente de luz avanzada (ALS) de Berkeley Lab. El ALS produce varias longitudes de onda de luz brillante que se pueden utilizar para explorar la química microscópica, estructura, y otras propiedades de las muestras.

Su visita fue posible gracias a LAAAMP, las fuentes de luz para África, las Americas, Proyecto Asia y Oriente Medio:un programa financiado con subvenciones que tiene como objetivo fomentar una mayor oportunidad científica internacional y colaboración para los científicos que trabajan en esa región del mundo.

Las muestras representan cuatro dinastías, dos lugares de enterramiento

Las muestras incluían fragmentos óseos de restos humanos momificados que datan del 2, 000 a 4, 000 años, y suelo recolectado de los sitios de los restos humanos. Los restos representan cuatro dinastías diferentes en Egipto:el Reino Medio, Segundo período intermedio, Periodo tardío, y grecorromana.

Los científicos visitantes, El profesor adjunto de la Universidad de El Cairo, Ahmed Elnewishy, ​​y el investigador postdoctoral Mohamed Kasem, quería distinguir si las concentraciones químicas en las muestras de hueso estaban relacionadas con la salud de los individuos, dieta, y la vida diaria, o si los químicos en el suelo habían cambiado 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; y Asuán, el sitio de una ciudad antigua en la orilla del Nilo una vez conocida como Swenett, por arqueólogos de la Universidad de El Cairo.

"Los huesos actúan como un archivo, "dijo Kasem, quien ha estudiado química ósea antigua desde su doctorado. estudios, que se remonta a 2011. Ha utilizado una técnica de análisis químico que implica la ablación con láser, en el que un pulso de láser corto dispara un pequeño volumen de material de una muestra. Luego, La luz emitida por esta pequeña explosión se analiza para determinar qué elementos están presentes.

"Hemos encontrado plomo, aluminio, y otros elementos que nos den una indicación del medio ambiente y la toxicidad de esa época, ", dijo." Esa información se almacena directamente en los huesos ".

Diferenciar la química del suelo frente a la de los huesos

Lo complicado es averiguar cómo entraron los elementos en el hueso. "Puede haber cierta difusión de elementos desde el exterior hacia el interior de los huesos, y efectos de las bacterias, humedad, y otros efectos. Es difícil separar esto, saber si proviene del suelo circundante. Así que hemos estado probando diferentes técnicas ".

Kasem agregado, "Muchos factores afectan la conservación. 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 preservación del hueso y la química que encuentran en los estudios de rayos X. "Hay diferentes calidades en los materiales, como la tela y las resinas que embalsamaban, " él dijo.

Si bien los antiguos egipcios no usaban aluminio en el trabajo de los metales, los investigadores han descubierto que usaban alumbre de potasio, un compuesto químico que contiene aluminio, para reducir la nubosidad en el agua potable. Y las concentraciones de plomo probablemente se debieron al plomo que usaban los egipcios para pulir la cerámica.

Los últimos estudios se centran en muestras que incluyen cortes de la cabeza de los huesos del fémur y del eje 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 huesos más fuertes del cuerpo humano y van 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 de 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 el patrón a nanoescala del colágeno, una proteína humana abundante.

Los escáneres de rayos X revelan patrones de colágeno

Un solo escaneo de las secciones transversales del hueso, que medía de 3 a 5 centímetros de ancho y aproximadamente medio milímetro de grosor, tardó de dos a seis horas en completarse y proporcionó un mapa 2-D detallado que muestra cómo se organizó el colágeno dentro del hueso.

Estas imágenes se pueden comparar con huesos modernos para comprender mejor si el colágeno se degradó con el tiempo y cómo, y posiblemente nos pueda informar sobre la salud de una persona.

"El colágeno es uno de los componentes principales del cuerpo, "Schaible dijo." Se encuentra en la piel, huesos, órganos internos, ojos, orejas, vasos sanguíneos:es una de las principales cosas de las que estamos hechos. Cuando hacemos brillar los rayos X a través del colágeno, los rayos X están dispersos y el patrón de dispersión que hacen puede decirnos mucho sobre qué tan bien conservado y organizado está el colágeno ".

Aunque hay mucho análisis por delante para interpretar los datos tomados de las muestras, Schaible dijo que los conjuntos de colágeno generalmente no están tan bien ordenados en las muestras antiguas como en los huesos modernos sanos.

"Es muy emocionante participar en este proyecto, y para conocer el viaje en el que han estado estas momias, en la vida y después de la muerte, " él dijo.

La luz infrarroja muestra la química ósea, concentraciones de minerales

Los estudios infrarrojos en la 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 transversales delgadas de un material tan delicado.

Schaible se puso en contacto con un laboratorio especializado en el Departamento de Ciencias Planetarias y Terrestres de UC Berkeley, lo 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 en rodajas.

Planes para nuevos experimentos

Elnewishy dijo que también hay planes para realizar 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 experimentos en 2017. SESAME fue construido a través de una empresa cooperativa por 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 a las colecciones del Gran Museo Egipcio de Giza. que se espera que abra en 2020 y albergará más de 100, 000 artefactos egipcios.