利用钙锶稳定同位素（δ44Ca/δ88Sr）重建加巴萨尼安德特人饮食结构的突破性研究

本研究通过创新应用钙（δ44Ca）和锶（δ88Sr）稳定同位素分析技术，结合传统同位素方法（如δ13C、δ18O、87Sr/86Sr、δ66Zn），对西班牙加巴萨遗址尼安德特人牙釉质样本进行多同位素联合研究，首次揭示其高度肉食性饮食模式及可能的骨骼摄入行为，为古人类食性重建提供了可持续样本利用的新范式。

　　

Highlight

本研究通过钙（δ⁴⁴Ca）和稳定锶（δ⁸⁸Sr）同位素分析，深化了对加巴萨尼安德特人饮食模式的理解。基于尼安德特人样本呈现的低δ⁴⁴Ca与δ⁸⁸Sr值，结果表明其饮食为高度肉食性（hypercarnivorous），并包含少量但显著的骨骼摄入，尽管无法完全排除乳汁消费的潜在影响。总体而言，钙、锶和锌稳定同位素可补充传统同位素研究，为古人类（包括尼安德特人）饮食提供更全面的解读。

Introduction

自质谱技术应用于考古学以来，骨骼与牙齿胶原蛋白的碳（C）、氮（N）同位素分析彻底改变了我们研究古饮食的方式，为欧亚尼安德特人饮食提供了直接证据。同位素分析直接揭示了古代社会与食物的互动方式。尽管胶原蛋白的C、N同位素组成（常称为“传统同位素”）及单氨基酸分析，以及钙（Ca）、锌（Zn）同位素（常称为“非传统同位素”）组成（分别为δ⁴⁴Ca和δ⁶⁶Zn）与微量元素比值（锶/钙，Sr/Ca；钡/钙，Ba/Ca）已证实尼安德特人定期大量消费大型哺乳动物肉类，但基于动物考古学与牙结石数据的新证据指向其饮食灵活性，包括植物成分以及海洋物种与鸟类的消费。

pristine的C、N同位素组成依赖于保存条件（胶原蛋白），而Ca、Sr、Zn同位素组成分析于骨骼或牙齿的矿物成分（羟磷灰石），其与胶原蛋白的抗成岩作用无关。牙釉质氮同位素分析的最新方法进展扩展了其在胶原蛋白保存不佳的古老时期的应用潜力。传统与非传统方法的结合为理解古人类饮食复杂性提供了新钥匙。

本文通过对Jaouen等（2022）已分析牙釉质粉末残留物进行Ca、Sr同位素分析，拓展了这一方法。该研究此前测量并报道了尼安德特人牙齿及相关动物的C同位素组成（δ¹³C）、氧同位素组成（δ¹⁸O）、放射性锶比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）、Zn同位素组成（δ⁶⁶Zn）及Sr/Ca、Ba/Ca比值。加巴萨尼安德特个体的牙釉质与牙本质⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值与当地及相关动物预期值一致。其δ¹³C与δ¹⁸O釉质值与洞熊、鬣狗重叠，Zn同位素特征显示为顶级捕食者，且表明该个体在1岁时断奶。动物考古学数据指示骨髓消费，但Zn同位素未明确显示骨骼消费。

本研究旨在利用Ca、Sr稳定同位素组成阐释这些明显矛盾。Ca、Sr稳定同位素组成（分别表示为δ⁴⁴Ca与δ⁸⁸Sr）已知可提供与N、Zn同位素互补的营养级信息。对于Ca，多位学者评估骨骼与饮食间的同位素偏移约–0.6‰，猎物与捕食者骨骼间平均差异约–0.3‰。骨骼消费被提出解释营养级上升中δ⁴⁴Ca值的降低。由于其高Ca浓度与特定同位素组成，乳汁也对全局Ca同位素组成有显著影响。对于Sr，多接收器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）的最新方法进展允许同时测量放射性与非放射性Sr同位素比值，实现迁移与饮食解释同步。由于Sr与Ca原子性质相似，Sr作为Ca替代物融入体内，因此δ⁸⁸Sr同位素系统与Ca相似。

Material

我们分析了13个物种的39个牙釉质样本：狼（Canis lupus）、狐狸（Vulpes vulpes）、豺（Cuon alpinus）、洞狮（Lynx spelaea）、尼安德特人（Homo neanderthalensis）、洞鬣狗（Crocuta spelaea）、洞熊（Ursus spelaeus）、兔（Oryctolagus cuniculus）、野驴（Equus hydruntinus）、马（Equus ferus）、马鹿（Cervus elaphus）、岩羚羊（Rupicapra rupicapra）与西班牙羱羊（Capra pyreneica）。约10–50 mg牙釉质由Jaouen等（2022）先前采样，其中1–20 mg用于本研究。

Methods

样本以未处理粉末储存于2毫升Eppendorf管中。约1毫克粉末称重转移至烧杯，更少量时使用超纯水（电阻率>18.2 MΩ·cm）与超声浴悬浮粉末后转移。考虑到可用材料量少且釉质Ca同位素组成抗成岩作用强，未进行稀酸浸出预处理以避免材料损失。

Diagenesis

已显示牙釉质即使在广泛成岩背景下仍保留生物源性Ca同位素特征，而Sr对成岩改变更敏感。牙釉质可保留生物源性Sr同位素特征，但样本通常经预处理以避免成岩覆盖。通过测试δ⁴⁴Ca与δ⁸⁸Sr值间相关性评估成岩对Ca、Sr同位素组成的潜在影响。

Possible effects of nursing on fauna

采样牙科材料的最大缺点，尤其在牙齿类型鉴定困难时，是可能采样到哺乳期矿化的牙齿部分。乳汁的δ⁴⁴Ca值低于多数成年饮食源，因此哺乳期δ⁴⁴Ca值低于断奶后饮食。本研究至少四个样本可能不代表成年饮食，因此被排除于后续解释。

Conclusions

Ca、Sr同位素分析成功应用于先前分析残留粉末，以重建更受限的古饮食。通过重新分析已采集样本粉末（即使残留量低至<1毫克），此次首例尼安德特人牙齿遗迹的多非传统同位素分析为珍贵化石人类遗存的可持续保存开辟了新途径。

Ca、Sr同位素系统与Zn的补充证实了Jaouen等（2022）的发现，表明加巴萨尼安德特人为顶级捕食者，其饮食包含显著大型食草动物肉类消费。此外，低δ⁴⁴Ca与δ⁸⁸Sr值支持骨骼摄入假说，尽管乳汁消费可能贡献部分信号。未来研究需区分这些潜在重叠饮食源。