Rendre visible "l'invisible": une nouvelle technique d'analyse des ossements archéologiques

Une méthode innovante développée par une équipe italienne est en train d'émerger et devrait révolutionner le domaine de l'archéologie ainsi que la datation au radiocarbone. Les chercheurs l'ont utilisé avec des résultats surprenants sur des ossements archéologiques, rendant visible « l'invisible ».

Photo: Gary Todd / Wikimedia Commons / Public Domain

Cette réalisation importante, publiée dans la revue Communications Chemistry, est le résultat d'un travail de recherche approfondi coordonné par le professeur Sahra Talamo, auquel ont collaboré des experts dans le domaine de la chimie analytique de l'Université de Bologne et de Gênes.

Le groupe a ainsi mis au point une nouvelle technique d'analyse des ossements archéologiques qui, pour la première fois, permet de quantifier et de cartographier à haute résolution la présence de collagène, la protéine invisible indispensable à la datation au radiocarbone et ainsi d'obtenir de nouvelles informations sur l'évolution humaine.

"Nos résultats offriront des avancées significatives pour l'étude de l'évolution humaine", a dit Talamo, co-autrice de l'étude et directrice du laboratoire de datation au radiocarbone BRAVHO de l'Université de Bologne, "car nous serons en mesure de minimiser la destruction des os, qui est sous la protection et la mise en valeur du patrimoine culturel européen et nous permet ainsi de contextualiser l'objet en fournissant un âge calendaire précis."

Bon nombre d'ossements préhistoriques rarissimes trouvés par les archéologues sont extrêmement précieux et sont considérés comme faisant partie du patrimoine culturel et historique. 

Cependant, les ossements peuvent fournir de nombreuses informations sur la vie des populations anciennes: ce qu'elles mangeaient, leurs habitudes de reproduction, leurs maladies et les migrations qu'elles entreprenaient.

Mais jusqu'à présent, les os ne pouvaient pas nous donner toutes les informations que nous convoitons tant. Leur capacité à transmettre des informations étant limitée par la quantité de collagène qui y est conservée. 

Afin de combiner la nécessité de préserver au maximum l'intégrité des artéfacts avec la nécessité de réaliser des analyses au radiocarbone, les chercheurs ont donc développé une méthode innovante qui, grâce à une caméra couplée à l'infrarouge proche, permet de détecter les teneurs moyennes en collagène dans les échantillons observés.

"Nous avons utilisé la technologie d'imagerie pour quantifier la présence de collagène dans des échantillons d'os de manière non destructive afin de sélectionner les échantillons (ou zones d'échantillons) les plus appropriés à soumettre à une analyse de datation au radiocarbone", explique Cristina Malegori, première auteure de l'article et chercheuse au Département de pharmacie de l'Université de Gênes. "L'imagerie hyperspectrale dans le proche infrarouge (HSI) a été utilisée avec un modèle chimiométrique pour créer des images chimiques de la distribution du collagène dans les os anciens. Ce modèle quantifie le collagène à chaque pixel et fournit ainsi une cartographie chimique de la teneur en collagène."

Il est extrêmement difficile, long et coûteux d'analyser tous les os présents sur un site archéologique pour la préservation du collagène; plus important encore, cela entraînerait la destruction de matériel précieux. En fait, les fossiles humains et/ou les artéfacts osseux sont de plus en plus rares et précieux au fil du temps. En raison de l'altération diagénétique du collagène au fil du temps, des poids de départ élevés d'os paléolithiques sont nécessaires pour extraire suffisamment de collagène pour la datation au carbone 14 par spectrométrie de masse par accélérateur.

De plus, bon nombre des ossements archéologiques les plus précieux sont trop petits (< 200 mg de matière osseuse) et/ou trop beaux pour être échantillonnés. Par conséquent, l'obtention d'informations préliminaires et non destructives sur la distribution du collagène sur un échantillon osseux est cruciale. 

La technique décrite dans cette étude permet d'obtenir des informations à la fois sur la localisation et sur le contenu du collagène encore présent dans un échantillon osseux.

"La caméra d'imagerie hyperspectrale proche infrarouge (NIR-HSI) utilisée dans la présente étude est un système à balayage linéaire qui acquiert des images chimiques dans lesquelles, pour chaque pixel, un spectre complet dans la gamme spectrale de 1 000 à 2 500 nm est enregistrée", explique Giorgia Sciutto, co-autrice de l'article et professeur de chimie du patrimoine environnemental et culturel à l'Université de Bologne, "L'analyse NIR-HSI est totalement non destructive. Le temps nécessaire à l'analyse d'un seul échantillon d'os est de quelques minutes et, par conséquent, le système peut examiner de nombreux échantillons en une seule journée pour trouver ceux qui conviennent à l'analyse, ce qui permet de gagner du temps et de l'argent et le gaspillage inutile de matériel précieux, réduisant considérablement le temps, les coûts et la destruction d'échantillons précieux."

Cette technique devrait permettre la sélection des échantillons à soumettre à l'analyse au radiocarbone sur de nombreux sites où les tentatives précédentes n'ont pas été possibles en raison d'une mauvaise conservation. 

"Cette nouvelle technique permet non seulement de sélectionner les meilleurs spécimens, mais également de choisir le point de prélèvement parmi ceux sélectionnés en fonction de la quantité de collagène prédite", rapporte Paolo Oliveri, co-auteur de l'article et professeur au Département de pharmacie de l'Université de Gênes, "Cette méthode permet de réduire drastiquement le nombre d'échantillons détruits pour l'analyse au carbone 14, et au sein de l'os, elle permet d'éviter la sélection de zones pouvant présenter une quantité de collagène insuffisante pour la datation. Cela augmente la préservation des précieux matériels archéologiques."

"Le potentiel de la méthode proposée dans la présente étude réside dans le type et la quantité d'informations fournies par le modèle prédictif, abordant deux questions fondamentales et complémentaires pour la caractérisation du collagène dans les os : combien et où", explique Cristina Malegori, première autrice de l'article.

Ainsi, cette approche expérimentale peut fournir des informations quantitatives liées à la teneur moyenne en collagène présente dans l'ensemble de l'échantillon soumis à l'investigation. L'examen peut être effectué non seulement dans des zones petites et localisées, mais il peut également considérer toute la surface de l'échantillon, produisant ainsi une quantité de données plus élevée et beaucoup plus significative. De plus, la combinaison du système HSI avec la régression PLS a permis, pour la première fois, sur des échantillons d'os anciens, non seulement de déterminer la teneur globale en collagène mais aussi de la localiser à une résolution spatiale élevée (environ 30 um), en obtenant des cartes chimiques quantitatives.

"En ce qui concerne le radiocarbone, nous pourrions prélever stratégiquement des os à haute valeur patrimoniale. Par exemple, connaître la quantité précise de collagène concentré dans une zone précise de l'os nous permet de ne couper que cette partie", explique Talamo. "De plus, lorsque la prédiction du collagène montre que l'os a été mal conservé, nous pouvons décider d'effectuer un prétraitement doux au C14 pour minimiser la perte de collagène lors de l'extraction." 

Dans l'ensemble, cette combinaison innovante et incisive de présélection par spectroscopie NIR-HSI et de la méthode au radiocarbone fournit, pour la première fois, des informations détaillées sur la présence de collagène sur les ossements archéologiques. Cela réduit les coûts de laboratoire en ne datant que les matériaux adaptés au carbone 14 et en augmentant le nombre des ossements archéologiques qui peuvent être conservés et donc disponibles pour de futures recherches.

Source:

Physorg: "Making the 'invisible' visible: New technique analyzing archaeological bones"