Rapoarte de izotopi de zinc ca indicatori ai dietei și nivelului trofic la mamiferele marine arctice
Afiliere Institutul Max Planck pentru Antropologie Evolutivă, Departamentul de Evoluție Umană, Deutscher Platz 6, 04103, Leipzig, Germania
Universitatea de afiliere a British Columbia, Departamentul de antropologie, campusul Vancouver, 6303 NW Marine Drive, Vancouver, BC Canada, V6T 1Z1
Afilieri Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology, Department of Human Evolution, Deutscher Platz 6, 04103, Leipzig, Germania, University of British Columbia, Department of Anthropology, Vancouver Campus, 6303 NW Marine Drive, Vancouver, BC Canada, V6T 1Z1
- Klervia Jaouen,
- Paul Szpak,
- Michael P. Richards
Cifre
Abstract
Raporturile de izotop stabil de carbon și azot ale colagenului osos sunt o metodă stabilită pentru reconstrucția dietetică, dar această metodă este limitată de conservarea proteinelor. Zincul (Zn) se găsește în bioapatită, iar compozițiile izotopice ale acestui element constituie un indicator alimentar foarte promițător. Cu toate acestea, amploarea fracționării izotopilor Zn în mediile marine rămâne necunoscută. Raportăm aici despre măsurarea izotopilor de zinc, carbon și azot la 47 de mamifere marine din situl arheologic Arvik din Arctica canadiană. Am întreprins acest studiu pentru a testa și a demonstra utilitatea izotopilor Zn în mineralele osoase recente ale mamiferelor ca indicator dietetic, comparându-le cu alte trasoare dietetice izotopice. Am găsit o corelație între valorile δ 66 Zn și nivelul trofic pentru majoritatea speciilor, cu excepția morsei, care poate fi cauzată de mișcările lor sezoniere mari. δ 6 Valorile Zn pot fi, prin urmare, utilizate ca indicator dietetic în ecosistemele marine atât pentru mamiferele moderne, cât și pentru cele recente.
Citare: Jaouen K, Szpak P, Richards MP (2016) Ratele izotopilor de zinc ca indicatori ai dietei și nivelului trofic la mamiferele marine arctice. PLoS ONE 11 (3): e0152299. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0152299
Editor: Elena Gorokhova, Universitatea din Stockholm, SUEDIA
Primit: 9 decembrie 2015; Admis: 12 martie 2016; Publicat: 24 martie 2016
Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.
Finanțarea: Finanțatorii au fost Societatea Max Planck (http://www.mpg.de/en), Consiliul de Cercetări în Științe Sociale și Umaniste din Canada (http://www.sshrc-crsh.gc.ca/) și Științele Naturii și Engineering Council of Canada (http://www.nserc-crsng.gc.ca/index_eng.asp). Finanțările nu au avut numere de grant asociate. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.
Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.
Introducere
Principala metodă biochimică de determinare a dietelor mamiferelor recente și fosile este măsurarea raportului stabil al izotopilor de carbon (C) și azot (N) în proteina osoasă (colagen). Recent, un număr de cercetători au explorat utilizarea raporturilor izotopice de elemente noi, „netradiționale” în țesuturile mamiferelor ca indicatori alimentari suplimentari sau ca indicator dietetic primar în care conservarea colagenului este slabă. De exemplu, Knudson și colaboratorii [1] au sugerat că izotopii stabili ai stronțiului (Sr) ar putea fi un indicator al nivelului trofic (TL) și se pare, de asemenea, posibil ca izotopii de calciu (Ca) din smalțul osos și dentar să poată indica consumul de lapte și înțărcarea [2-4] sau alte informații dietetice [5]. Recent, Martin și colaboratorii [6,7] au demonstrat că izotopii de magneziu (Mg), combinați cu alți indicatori dietetici ai smalțului dentar, cum ar fi oligoelemente și raporturi de izotopi stabili la carbon, ar putea fi, de asemenea, utilizați pentru reconstituirea dietelor antice. Studiul lor a arătat o îmbogățire progresivă a izotopilor grei Mg în rețelele alimentare mamifere.
Această lucrare se referă în principal la măsurătorile raporturilor izotopice Zn ca indicator dietetic. Studiile anterioare ale izotopilor de zinc (Zn) din sângele uman au evidențiat diferențe puternice între vegetarieni și omnivori [8,9], în timp ce legătura dintre dietă și compozițiile de izotop de fier din sânge (Fe) nu este clară [8,10,11]. Descoperirile recente din rețelele alimentare africane moderne au demonstrat, de asemenea, posibilitatea de a distinge carnivorele de erbivorele folosind măsurători de izotop stabil Zn de oase și dinți. Prin urmare, izotopii de zinc din bioapatit pot furniza informații similare cu N izotopii colagenului osos din mediile terestre. Deoarece este o proteină, totuși, colagenul este sensibil la deteriorare din cauza schimbărilor de timp și de mediu. Prin urmare, izotopii Zn pot fi utilizați pentru a urmări dieta trecută a mamiferelor atunci când colagenul nu este conservat.
2 ‰) cu o epuizare a izotopilor ușori Zn în produsele de origine animală (lapte, ouă, carne și pește) în comparație cu produsele vegetale. În consecință, ne putem aștepta la o corelație negativă între valorile țesutului δ 66 Zn și nivelurile trofice (Fig. 1). Valorile zooplanctonului δ 66 Zn se încadrează și în domeniul țesuturilor animale terestre [17]. Diatomeele (fitoplanctonul) sunt îmbogățite în izotopi grei Zn comparativ cu apa de mare (sea 66 Zn apă de mare
+0,5 ‰) într-o măsură de + 0,3 ‰ [18,19]. Singura excepție pare să fie pentru midii: valorile raportate pentru țesuturile moi prezintă o îmbogățire puternică în izotopii grei de Zn [9,17,20], care ar putea fi explicată prin comportamentul lor de bioacumulator [9]. În consecință, consumatorii de crustacee, cum ar fi morsele, ar trebui să prezinte rapoarte izotopice Zn relativ ridicate în țesuturile lor.
Constatările raportate în Costas-Rodriguez și colab. [9] și anume că valori similare de δ 66 Zn sunt observate pentru animalele marine și terestre, contrastează cu modelele observate pentru trasorii izotopici folosiți clasic pentru reconstrucția dietetică. Compozițiile de izotopi C și N sunt în general mai mari la organismele marine față de animalele terestre. Ca rezultat, consumul lor poate fi cuantificat cu ușurință pe baza compozițiilor de izotopi C și N ale țesuturilor. Compozițiile de azot și (într-o măsură mai mică) de izotopi de carbon sunt, de asemenea, dependente de nivelurile trofice [21-24]. Acești izotopi sunt utilizați frecvent în studiile ecologice marine pentru a explora dieta și nivelurile trofice ale consumatorilor de vertebrate (de exemplu [25-28]) și pot fi folosite ca bază pentru a înțelege mai bine modul în care izotopii Zn variază în aceste medii. Din acest motiv, ne așteptăm să vedem o corelație negativă între izotopii N și Zn din rețelele alimentare, în timp ce valorile δ 13 C pot fi utilizate pentru a detecta caracteristici alimentare suplimentare, cum ar fi sursa finală de producție primară (de exemplu, macroalge vs. fitoplancton), și bentică vs. surse de hrană pelagică, deoarece organismele bentice prezintă în general rapoarte izotopice mai mari [25,26].
În lucrarea de față, raportăm valorile osoase δ 66 Zn, δ 15 N și δ 13 C pentru diferite animale din situl arheologic Arvik de pe insula Little Cornwallis, Nunavut, Canada (Fig 2). Explorăm legătura dintre compoziția izotopică a Zn și dieta într-o rețea alimentară marină. Deoarece efectul metabolismului asupra valorilor δ 66 Zn ale corpului nu este cunoscut pentru speciile non-mamifere, am ales să ne concentrăm asupra mamiferelor. Am studiat patru specii cu niveluri trofice diferite: 1) morsele (Odobenus rosmarus), care se hrănesc mai ales cu moluște și alte nevertebrate bentonice (TL)
3.0); 2) focile cu barbă (Erignathus barbatus), care se hrănesc cu nevertebrate bentice și pești (TL
3.5); 3) focile inelate (Pusa hispida), a căror dietă se bazează pe pești, dar include și zooplancton mare și nevertebrate bentonice (TL
4.0); 4) urși polari (Ursus maritimus), carnivori terțiari care sunt vânători de foci specializați (TL
Harta este adaptată de cea a lui Le Moine și colab. [29].