Des expériences menées au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie jettent un nouvel éclairage sur le sol égyptien et d'anciens échantillons d'os momifiés qui pourraient fournir une meilleure compréhension de la vie quotidienne et des conditions environnementales il y a des milliers d'années.

Dans un effort de recherche de deux mois qui s'est terminé fin août, deux chercheurs de l'Université du Caire en Égypte ont apporté 32 échantillons d'os et deux échantillons de sol à étudier à l'aide de techniques basées sur les rayons X et la lumière infrarouge à la source lumineuse avancée (ALS) de Berkeley Lab. L'ALS produit diverses longueurs d'onde de lumière vive qui peuvent être utilisées pour explorer la chimie microscopique, structure, et d'autres propriétés des échantillons.

Leur visite a été rendue possible par LAAAMP—les Sources de Lumière pour l'Afrique, les Amériques, Projet Asie et Moyen-Orient :un programme financé par des subventions qui vise à favoriser une plus grande opportunité scientifique internationale et une plus grande collaboration pour les scientifiques travaillant dans cette région du globe.

Les échantillons représentent quatre dynasties, deux lieux de sépulture

Les échantillons comprenaient des fragments d'os de restes humains momifiés datant du 2, 000 à 4, 000 ans, et les sols collectés sur les sites des restes humains. Les vestiges représentent quatre dynasties différentes en Egypte :l'Empire du Milieu, Deuxième Période Intermédiaire, Période tardive, et gréco-romaine.

Les scientifiques invités, Le professeur agrégé de l'Université du Caire Ahmed Elnewishy et le chercheur postdoctoral Mohamed Kasem, voulait distinguer si les concentrations chimiques dans les échantillons d'os étaient liées à la santé des individus, diète, et la vie quotidienne, ou si les produits chimiques dans le sol avaient modifié la chimie des os au fil du temps.

Leur travail est important pour le patrimoine culturel égyptien et également pour une meilleure compréhension de la préservation des antiquités et des voies potentielles de contamination de ces vestiges. Les échantillons ont été récupérés sur deux sites égyptiens :Saqqarah, le site d'un ancien cimetière; et Assouan, le site d'une ancienne ville sur la rive du Nil autrefois connue sous le nom de Swenett - par les archéologues de l'Université du Caire.

"Les ossements agissent comme une archive, " dit Kasem, qui a étudié la chimie osseuse ancienne depuis son doctorat. études, datant de 2011. Il a utilisé une technique d'analyse chimique impliquant l'ablation laser, dans lequel une courte impulsion laser élimine un petit volume de matériau d'un échantillon. Puis, la lumière émise par cette petite explosion est analysée pour déterminer quels éléments sont présents.

"Nous avons trouvé du plomb, aluminium, et d'autres éléments qui nous donnent une indication de l'environnement et de la toxicité de l'époque, " a-t-il dit. "Cette information est stockée directement dans les os."

Différencier la chimie du sol par rapport à la chimie des os

Ce qui est délicat, c'est de savoir comment les éléments sont entrés dans l'os. "Il pourrait y avoir une certaine diffusion d'éléments de l'extérieur vers l'intérieur des os, et les effets des bactéries, humidité, et d'autres effets. Il est difficile de séparer cela, de savoir si cela vient du sol environnant. Nous avons donc essayé différentes techniques."

Kasem a ajouté, "Tant de facteurs affectent la conservation. L'un d'eux est la durée pendant laquelle l'os a été enfoui dans le sol et aussi l'état de l'os et les différents types de sol." Les différences dans les techniques d'embaumement pourraient également affecter la préservation de l'os et la chimie qu'elles trouvent dans les études aux rayons X. "Il y a différentes qualités dans les matériaux, comme l'étoffe et les résines qu'ils embaumaient, " il a dit.

Alors que les anciens Égyptiens n'utilisaient pas l'aluminium dans le travail des métaux, les chercheurs ont découvert qu'ils utilisaient de l'alun de potassium, un composé chimique contenant de l'aluminium, pour réduire la turbidité de l'eau potable. Et les concentrations de plomb étaient probablement dues au plomb que les Égyptiens utilisaient pour polir la poterie.

Les dernières études se concentrent sur des échantillons comprenant des tranches de la tête des os du fémur et des tiges fémorales pour voir si un type d'échantillon peut être plus sujet à la contamination par le sol environnant que l'autre type, par exemple. Les os du fémur sont les os les plus solides du corps humain et vont des genoux aux hanches. La tête, au sommet du fémur, a un matériau osseux plus spongieux que le noyau de la tige.

Les chercheurs ont travaillé avec les chercheurs de la SLA Hans Bechtel et Eric Schaible pour réaliser des expériences sur trois lignes de lumière différentes. Schaible a aidé les chercheurs avec une technique connue sous le nom de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), qu'ils ont utilisé pour analyser la structuration à l'échelle nanométrique du collagène, une protéine humaine abondante.

Les radiographies révèlent des motifs de collagène

Un seul scan des coupes osseuses, qui mesurait jusqu'à 3 à 5 centimètres de diamètre et environ un demi-millimètre d'épaisseur, a pris de deux à six heures et a fourni une carte détaillée en 2D montrant comment le collagène était organisé dans l'os.

Ces images peuvent être comparées avec des os modernes pour mieux comprendre si et comment le collagène s'est dégradé au fil du temps, et peut éventuellement nous renseigner sur la santé d'un individu.