La zooarqueología por espectrometría de masas , comúnmente conocida por la abreviatura ZooMS , es un método científico que identifica especies animales por medio de secuencias de péptidos características en la proteína colágeno . ZooMS es la aplicación arqueológica más común de la huella de masa de péptidos (PMF) y se puede utilizar para la identificación de especies de huesos, dientes, piel y astas. Se utiliza comúnmente para identificar objetos que no se pueden identificar morfológicamente. En un contexto arqueológico, esto generalmente significa que el objeto está demasiado fragmentado o que ha sido moldeado como un artefacto. Los arqueólogos utilizan estas identificaciones de especies para estudiar, entre otros, los entornos pasados, la dieta y la selección de materia prima para la producción de herramientas.
ZooMS fue publicado por primera vez en 2009 [1] por un equipo de investigadores de la Universidad de York, pero el término fue acuñado más tarde en una publicación de 2010. [2] El objetivo original de ZooMS era distinguir entre ovejas y cabras. Los huesos de estas dos especies estrechamente relacionadas son difíciles de distinguir, especialmente cuando están fragmentados, pero la diferencia entre estos dos animales domésticos comunes es muy importante para nuestra comprensión de las prácticas de cría del pasado.
La mayor parte del desarrollo del método tras la publicación inicial de ZooMS se ha centrado en la extracción de colágeno del material arqueológico. En el protocolo original se utilizaba ácido para disolver la matriz mineral del hueso y liberar el colágeno. En 2011 se publicó un método de extracción alternativo que utilizaba un tampón de bicarbonato de amonio para solubilizar el colágeno sin disolver la matriz mineral. [3] A diferencia del protocolo ácido, el protocolo de bicarbonato de amonio no afecta al tamaño ni a la masa de la muestra, lo que lo convierte en un método mucho menos destructivo en comparación con el protocolo original. De hecho, el protocolo de bicarbonato de amonio se propuso como un protocolo no destructivo para ZooMS, pero en la práctica todavía se toman muestras destructivas para este protocolo (véase [4] ). Sumergir una muestra en bicarbonato de amonio altera químicamente la muestra, por lo que las prácticas actuales siguen tomando una muestra destructiva.
Aunque el protocolo del bicarbonato de amonio no debe considerarse un método no destructivo, fue seguido por métodos más "verdaderamente" no destructivos. El primero de ellos fue el protocolo del borrador, probado primero en pergamino, [5] pero luego también aplicado al hueso. [6] El protocolo del borrador se realiza frotando un borrador de PVC sobre un trozo de pergamino o hueso. La fricción genera fuerzas triboeléctricas, que hacen que pequeñas partículas de la muestra se adhieran a los residuos del borrador. A partir de los residuos del borrador se puede extraer colágeno y analizarlo. Se descubrió que el protocolo del borrador funciona relativamente bien para el pergamino, pero es menos efectivo en el hueso. Además, deja rastros microscópicos en la superficie del hueso, que parecen muy similares a los rastros de desgaste por uso y podrían ser un problema para el análisis del desgaste por uso . [6]
Un segundo protocolo no destructivo es el protocolo de la bolsa de plástico, publicado por primera vez en 2019. [7] Se basa en la idea de que la fricción normal entre un objeto y las bolsas de plástico, comúnmente utilizadas para almacenar objetos arqueológicos, podría ser suficiente para extraer suficiente material para el análisis de ZooMS.
Un tercer protocolo utiliza el mismo principio triboeléctrico, pero en lugar de utilizar un borrador, este protocolo de microrredes emplea una fina película pulidora para eliminar cantidades muy pequeñas de material de una muestra. [8]
El último protocolo no destructivo que se ha publicado para ZooMS es el protocolo de caja de membrana. [9] El protocolo de caja de membrana se basa en la electrificación por contacto, que es la generación de fuerzas electrostáticas debido a pequeñas diferencias localizadas en la carga entre dos objetos. Estas fuerzas electrostáticas pueden ser lo suficientemente grandes como para generar transferencia de material entre dos superficies. [10]
La mayoría de estos protocolos se han publicado recientemente y sus respectivas ventajas y desventajas aún no se han probado entre sí. Por lo tanto, aún no está claro cuán confiables son estos métodos ni qué nivel de conservación de las muestras se requiere para que funcionen.
Además del muestreo no destructivo, una segunda área de desarrollo de métodos ha sido la expansión de los biomarcadores de referencia. Para identificar una especie utilizando ZooMS, se utiliza un conjunto de biomarcadores de diagnóstico. Estos biomarcadores corresponden a fragmentos particulares de la proteína de colágeno de la especie. El conjunto de biomarcadores conocidos en el momento de la publicación original de ZooMS era relativamente limitado, pero publicaciones recientes han ido ampliando esta lista. La Universidad de York mantiene una lista actualizada periódicamente de biomarcadores publicados, que se puede encontrar aquí.
ZooMS identifica especies basándose en las diferencias en la composición de aminoácidos de la proteína de colágeno. La secuencia de aminoácidos de la proteína de colágeno de una especie está determinada por su ADN y, como resultado, al igual que el ADN, la secuencia de aminoácidos refleja la historia evolutiva de una especie. Cuanto mayor sea la distancia evolutiva entre dos especies, más diferentes serán sus proteínas de colágeno. ZooMS normalmente puede identificar una muestra hasta el nivel de género, aunque en algunos casos la identificación puede ser más o menos específica. Una buena comprensión del contexto arqueológico de la muestra se puede utilizar para refinar aún más la resolución de la identificación de la especie.
Un protocolo ZooMS (Fig. 1) consiste típicamente en un paso de extracción, desnaturalización, digestión y filtración, seguido de un análisis espectrométrico de masas. Ya se han discutido en detalle varios protocolos de extracción destructivos y no destructivos anteriormente. La clave es extraer la proteína preservada en la muestra y luego ponerla en solución, generalmente un tampón de bicarbonato de amonio. La desnaturalización se realiza para desplegar las proteínas y hacerlas más accesibles para la digestión enzimática. Se realiza calentando la muestra solubilizada a alrededor de 65 °C. [3] Luego se agrega una enzima, tripsina, a la solución. La tripsina escinde la proteína después de cada aminoácido arginina o lisina en su secuencia, lo que da como resultado fragmentos de péptidos de masas predecibles. Después de la digestión, la muestra se filtra con filtros C18 para eliminar el material no proteínico y la muestra ahora está lista para el análisis espectrométrico de masas, que para ZooMS generalmente significa MALDI-TOF MS.