Изотопная геохимия исследует распределение стабильных и радиогенных изотопов химических элементов в природных объектах. В контексте палеодиеты особое значение имеют стабильные изотопы углерода (¹²C, ¹³C), азота (¹⁴N, ¹⁵N), кислорода (¹⁶O, ¹⁸O) и серы (³²S, ³⁴S). Изменения их соотношений отражают биохимические и экологические процессы, включая пищевые цепи, типы потребляемых растений и животных, а также средовые условия.
δ-значения (дельта-значения) обозначают отклонение изотопного соотношения анализируемого объекта от международного стандарта и выражаются в промилле (‰). Например:
[ ^{13}C = ( - 1 ) ]
Изотоп углерода является ключевым маркером источника питания. Растения с различными фотосинтетическими путями (C₃, C₄, CAM) имеют различное δ¹³C:
Включение в рацион животных, питающихся C₃ или C₄ растениями, отражается в δ¹³C костной ткани и зубного дентина человека. Анализ этих показателей позволяет реконструировать пропорции растительной и животной пищи, а также различать земледельческие и охотничье-собирательские стратегии.
Соотношение ¹⁵N/¹⁴N в тканях животных и человека увеличивается на 2–5‰ с каждым переходом по трофической лестнице. Высокие δ¹⁵N указывает на потребление животных белков, особенно мяса крупных хищников, рыбы или морепродуктов. Низкие δ¹⁵N характерны для растительной диеты.
Изменения δ¹⁵N также могут сигнализировать о средовых стрессах, таких как засуха или ограниченность пищи, поскольку стресс приводит к повышенному катаболизму белков и обогащению тканей ¹⁵N.
Соотношение ¹⁸O/¹⁶O в костях и зубах отражает не только климатические условия, но и источник потребляемой воды. В δ¹⁸O фиксируются сезонные колебания, миграция и географические особенности региона. Комбинация δ¹³C и δ¹⁸O позволяет различать растительные и животные источники пищи и выявлять региональные особенности диеты.
δ³⁴S является маркером потребления морских ресурсов. Морская пища характеризуется более высокими δ³⁴S по сравнению с континентальными источниками. Сочетание δ¹³C, δ¹⁵N и δ³⁴S дает возможность точно оценивать долю морской пищи в рационе человека или животных.
Для изучения палеодиеты применяются следующие методы:
Интерпретация изотопных данных требует учета биологического и экологического контекста. Например, одновременный анализ δ¹³C и δ¹⁵N позволяет различать потребление дикорастущих растений и культивируемых культур, а δ¹⁸O и δ³⁴S дают сведения о географическом происхождении пищи и потреблении морских продуктов.
Системный подход включает учет:
Изотопная геохимия позволяет проследить изменения в рационе на протяжении тысячелетий, выявить переход от охоты и собирательства к земледелию, изучить миграции и адаптацию к различным экосистемам. Она становится ключевым инструментом в реконструкции образа жизни древних популяций, а также в изучении влияния диеты на здоровье и демографию.
Палеодиета, выявленная с помощью изотопного анализа, раскрывает не только экологические условия и биологические особенности популяций, но и социальные структуры, экономические стратегии и культурные предпочтения древних обществ.