综述：利用现代分析技术理解古代饮食习惯的综合评述

本综述系统阐述了如何运用同位素分析、多组学技术（基因组学、蛋白质组学、脂质组学、代谢组学）等现代分析平台，对考古植物遗存、陶器残留物、牙结石、粪化石等进行分析，以重建古代饮食（ancient diets），揭示人类与环境的相互作用、健康状况及生存策略，并探讨了当前面临的样本保存、污染及方法学偏差等挑战。

　　

引言

考古学是一个高度跨学科的领域。分析仪器和方法论的进步极大地拓展了考古学研究范畴。食物作为人类生存的基本方面和具身化的物质文化，其社会和文化意义使得食物残余、烹饪、储存和运输容器成为考古学研究的重要对象。各类考古饮食残留，如乳制品和非乳制品动物蛋白，以及考古植物遗存，是了解古代社会盛行社会和环境条件的宝贵知识库。除了植物遗存，各种钙化和矿化基质，如骨骼、蛋壳、无脊椎动物壳、粪化石、牙结石和角蛋白材料（如毛发），也是古代生物分子的储存库。此外，从考古遗址获取的土壤样本是分析和识别捕获有机化合物的有价值基质。

感兴趣的考古植物学和考古学遗存

为了更好地理解，本文概述了与本综述讨论相关的、与出土的Zaki Saad收藏品有关的特征性考古植物学和考古学遗存。这些遗存包括谷物、牛奶残留物、钙化遗存（如牙结石、骨骼和蛋壳）、土壤、粪化石和陶器残留物。例如，陶器碎片是考古发掘中最常遇到的人工制品之一，除了其明显方面所衍生的年代学等信息外，它们还携带了表明其使用历史的秘密化学信息。脂质残留物（和其他膳食元素）可以通过被吸收到无机基质中并免受微生物分解和水浸出而储存数千年，是重建原始容器内容物以及古代文化营养、仪式和食物获取活动的宝贵知识来源。

无机同位素分析

同位素是同一化学元素的不同形式，具有相同的质子数，但中子数不同。它们分为不稳定（放射性）同位素和稳定（非放射性）同位素。稳定同位素在地质时间尺度上不衰变，这使其成为特别有价值的生理和环境示踪剂。考古学中感兴趣的几种同位素包括稳定同位素¹³C、¹⁵N、³⁴S、¹⁸O和²H，以及放射性成因的⁸⁷Sr和非放射性成因的⁸⁶Sr（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值可提供有关迁移或居住流动性的宝贵信息），还有锌同位素比值（⁶⁶Zn/⁶⁴Zn）等。稳定同位素分析涉及测量人体组织（如骨骼或牙齿）内不同元素的同位素比值。这种方法为了解历史饮食、断奶压力、迁移模式和环境条件提供了宝贵的见解。在此框架下，考古植物遗存的碳同位素组成可以为了解环境条件、农业实践、食物网络和饮食模式等方面提供见解。

有机残留物分析（ORA）

考古学中的残留物分析涉及利用先进仪器分析化学和生化技术对历史时期的有机残留物进行检测，这些技术需要高度的选择性和灵敏度，因为有机残留物的成分通常以痕量浓度存在。这些有机残留物通常被发现结合、粘附或吸收在矿物制品中，如陶器、人类或动物遗骸、土壤/沉积物或石制工具。分析方法范围广泛，从残留组织碎片的显微镜鉴定到关键生物分子（包括脂质、蛋白质和DNA）的化学和结构分析。嵌入有机残留物中的考古数据由构成特定残留物的天然产物的生物分子成分所界定。因此，详细评估其化学修饰的种类和程度，以及对微生物攻击、pH、氧化还原电位、温度、湿度（干旱与水浸）和生物量效应的敏感性，对于最大化其回收率和真实性至关重要，从而为过去的文化和经济活动提供有价值的信息。

样本选择与预处理

在进行有机残留物生物考古学分析之前，需要考虑的最关键问题包括所应用的技术是否具有破坏性。因此，样本应根据其状态进行分类；它们要么需要完全保存，要么我们可以应用微创技术。对发现物的考古背景（如气候条件、可能的污染或掺假来源）以及发现物整个路径的妥善处理进行彻底精确的记录，是成功分析考古器物有机含量的保证。

多组学（Multi-Omics）

与传统生物分子方法相比，多组学技术允许在一次实验中对基因组学、蛋白质组学、代谢组学和脂质组学的生物数据进行高通量分析，从而同时提供样本中存在的广泛生物分子的全面数据集。组学技术用于考古研究的主要优势在于其非靶向性以及在短时间内生成大量数据的能力。具有成本效益的高性能技术平台的出现，如基因测序仪、超高效液相色谱（UHPLC）和质谱仪，为组学学科的研究奠定了基础。此外，数据处理和信息学的变革性进步提高了仪器的精密度和准确度，允许识别更广泛的低浓度分子，并能以更高的确定性进行识别。组学技术之间的整合有助于研究基因组学和转录组学无法解释的方面，如环境或饮食。

基因组学（Genomics）

基因组学是通过分析DNA来理解生物体遗传组成的学科，在生物考古学中已变得至关重要，因为它使研究人员能够追踪过去社会个体的谱系和联系。在考古植物学研究中，古代植物DNA的主要来源是考古植物遗存，包括化石种子、果实和木材。干燥的粪便或粪化石可以进行遗传分析，以确定产生它们的生物体及其消耗的植物和动物。对粪化石中的植物进行批量筛选，为深入了解古代哺乳动物的饮食提供了一个有趣的机会。这种基因组方法通过提供对植物历史和人类-植物相互作用的更深层次的分子水平理解，补充了传统的生物分子方法。

代谢组学（Metabolomics）

代谢组学的主要重点在于小分子（内源性）的定性和定量表征，以及随后的综合多变量统计分析，以区分两个样本类别。这需要利用化学组成数据的全部内容，包括阳性结果和未识别的特征，以识别样本类别中潜在的相似性和差异性。代谢组学方法能够评估代谢组谱和代谢途径，识别特定条件的生物标志物，并比较不同人群之间的表型差异。由于其先进性、灵敏性、可靠性以及使用低样本量进行分析，代谢组学正成为考古领域一个更可行的选择，具有巨大潜力。研究不同有机和无机考古残留物的代谢组学可以提供过去条件的综合概览。

脂质组学（Lipidomics）

考古背景中常见的有机残留物通常是脂质。脂质是有机化合物，在水中的溶解度低，并且预计与碳水化合物、蛋白质和核苷酸相比，具有相对较好的保存性。它们由于官能团水平低，以及其结构中普遍存在饱和脂肪族链、支链和环而固有的抗腐烂性，加上它们由于其疏水特性而有可能在原始沉积地点持久存在，使其非常适合在考古研究中作为生物标志物实施。因此，脂质是陶器中最常发现的有机化合物，因为它们具有高度的抗劣化性。此外，脂质在烧焦的表面残留物中高度保留，可能是因为微囊化抑制了微生物活动。

蛋白质组学（Proteomics）

蛋白质组学是一种先进的方法，专注于研究生物体表达的一组蛋白质分子，即蛋白质组。将这种技术应用于文化遗产材料的研究，可以通过色谱和质谱联用技术识别考古背景下的蛋白质，从而能够重建古代人群的饮食和健康。使用传统蛋白质组学方法研究古代样本是质谱法中一个新兴领域——古蛋白质组学的目标，该领域正在扩展并利用液相色谱-串联质谱法方法，也称为"鸟枪法"方法，来潜在地识别在陶器中制备的食物。古蛋白质组学还涉及研究一组蛋白质以确定灭绝动物的物种和进化联系。

分析平台

不同的分析平台用于分析考古植物学和考古学遗存。这些平台包括质谱法，如傅里叶变换离子回旋共振质谱法（FTICR MS）、基质辅助激光解吸/电离（MALDI），以及色谱与质谱联用技术，如气相色谱-质谱联用（GC-MS）和液相色谱-质谱联用（LC-MS）。每种技术都有其独特的优势和应用。例如，GC-MS是分析考古背景中有机残留物（尤其是脂质）最广泛采用的技术；而LC-MS则最适合分析非挥发性化合物，特别是极性到离子型化合物。

局限性与挑战

古代样本的高度降解以及异质和不寻常的物理状态对考古样本的分析构成了巨大挑战。缺乏当代参考材料的化学数据可能会阻碍考古样本中有机残留物来源的识别。当代污染物在化学分析中不能完全排除，特别是在使用最复杂的分析仪器分析非密封罐子时。生物分子降解过程是此类研究的主要挑战。沉积环境的化学和物理特性会对有机残留物产生多种影响。此外，在样本采集和制备过程中，不可能排除内源性化合物或现代污染物的存在。

人工智能与未来方向

古代生物分子领域正处于探索未来几年令人兴奋的新途径的风口浪尖，有望在我们理解和应用方面取得重大进展。对元素和宏观分子组成的研究已产生积极结果，表明生物分子研究仍然是考古学中一种可行的方法。人工智能算法可以训练用于识别和分类使用图像的各种器物。这可以帮助考古学家快速分类和识别在考古遗址出土的物体。人工智能在考古学领域的整合为增强我们对历史背景的理解提供了重大机会。这种技术应用促进获取关于我们祖先生活和文化的新见解。此外，生物分子分析也解决了一个关键问题，即基于背景的科学分析如何有助于弥合考古研究中现有的差距。