Les isotopes stables « non-traditionnels » ont suscité un intérêt croissant ces dernières décennies, notamment en archéologie et en anthropologie, en raison de leur potentiel en tant que traceurs écologiques et alimentaires. Des mesures réalisées sur l'hydroxyapatite des os et des dents révèlent que les isotopes du calcium (δ44/42Ca), du strontium (δ88/86Sr) et du zinc (δ66/64Zn) renseignent sur le régime alimentaire et la position trophique. De plus, ces trois éléments peuvent être isolés et analysés à partir d'un seul aliquot de moins de 10 mg. Malgré cet avantage, ces éléments n’ont encore jamais été analysés conjointement, alors qu’une telle étude permettrait de limiter la destruction d'échantillons fossiles précieux.
Le travail entrepris dans le cadre de cette thèse visait dans un premier temps à développer une méthode d’extraction fiable du calcium, du strontium et du zinc à partir d'un même échantillon, ainsi qu’une méthode de mesure simultanée du strontium stable (δ88/86Sr) et radiogénique (87Sr/86Sr).
Ces méthodes ont été appliquées à des échantillons modernes provenant de Tanzanie et d'Afrique du Sud, pour mieux comprendre les variations isotopiques du calcium, du strontium et du zinc à travers les écosystèmes, en se concentrant notamment sur l'écologie des chimpanzés et des babouins.
L'étude de deux écosystèmes fossiles du Pléistocène (Camiac 35 100 BP et Gabasa 143 000 BP) a révélé que les signatures isotopiques biologiques sont bien préservées dans l'émail dentaire, et probablement aussi dans les os, malgré les altérations liées à la diagenèse.
Dans les écosystèmes modernes et anciens, les variations isotopiques du calcium, du strontium et du zinc permettent de distinguer les carnivores des herbivores, et montrent des différences entre les types d'herbivores, soulignant ainsi que les signatures isotopiques sont de bons indicateurs des niches écologiques.
Enfin, les isotopes du calcium ont été utilisés pour étudier les pratiques de sevrage et d'allaitement chez les primates modernes (babouins) ainsi que chez des grands singes d’origines variées (chimpanzés, bonobos, gorilles et orangs-outans). Les résultats confirment le lien entre la signature isotopique du calcium dans les dents et l'allaitement, et mettent en évidence des différences dans les périodes et les âges de sevrage entre les différentes espèces.
En résumé, cette thèse souligne l'importance d'analyser plusieurs systèmes isotopiques dans un même échantillon, enrichit la base de données isotopiques du calcium, du strontium et du zinc, et démontre leur potentiel pour l’étude des régimes alimentaires anciens.
Combined isotopic variations of calcium, strontium, and zinc isotopes: a tool for character
Non-traditional stable isotopes have been increasingly studied in the past decades in the archaeological and anthropological fields for their potential as ecological and dietary tracers. In particular, measurements in bone and enamel hydroxyapatite show that calcium (δ44/42Ca), strontium (δ88/86Sr) and zinc (δ66/64Zn) isotopes are indicators of diet and trophic position. These three elements can be recovered and analyzed from one single aliquot of less than 10 mg. Despite this advantage, a multi-proxy study has not yet been attempted, whereas it would allow less destructive analyses of precious fossil samples.
The work undertaken as part of this doctoral thesis aimed first at developing a reliable experimental method to extract calcium, strontium and zinc from one single sample, to measure δ88/86Sr and 87Sr/86Sr simultaneously, and to improve the measurements of δ44/42Ca and δ66/64Zn.
These methods were then applied on modern samples from Tanzania and South Africa, with the goal of better understanding the isotopic systematics of calcium, strontium and zinc through an ecosystem, and especially to study the ecology of chimpanzees and baboons.
The study of two fossil Pleistocene ecosystems (Camiac 35 100 BP, and Gabasa 143 000 BP) revealed that the biological isotopic signatures are well preserved in enamel, and probably in bones as well.
Both in modern and ancient ecosystems, the isotopic variations of calcium, strontium and zinc discriminate between carnivores and herbivores and show differences between different types of herbivores. Overall, the isotopic signatures are good indicators of the ecological niche.
Finally, calcium isotopes were more specifically used to study weaning and breastfeeding practices of modern primates (baboons) and especially great apes from various origins (chimpanzees, bonobos, gorillas, and orangutans). The results confirm the link between the calcium isotopic signature in teeth and breastfeeding, and highlight differences in weaning timing and ages between the different species.
Overall, this thesis highlights the importance of analyzing several isotopic systems in a single sample, increases the isotopic database of calcium, strontium and zinc, and shows their potential in paleodietary studies.
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