Comment les analyses de lipides dévoilent les anciennes habitudes alimentaires et les pratiques culinaires

La chromatographie et l'analyse isotopique spécifique des composés lipidiques présents dans les poteries anciennes révèlent de précieuses informations sur les habitudes alimentaires et les pratiques culinaires des anciens peuples. Ces vingt dernières années, cette technique a permis de reconstituer avec succès les pratiques alimentaires de plusieurs sites archéologiques à travers le monde. Récemment, des chercheurs l'ont appliquée à des poteries provenant de divers sites archéologiques de la civilisation de la vallée de l'Indus. La principale découverte scientifique a mis en évidence la prédominance des graisses de non-ruminants dans les récipients de cuisson, suggérant que des animaux non-ruminants (tels que chevaux, porcs, volailles, lapins, etc.) y étaient cuits pendant une longue période. Ceci contredit l'hypothèse longtemps admise (fondée sur des preuves fauniques) selon laquelle les habitants de la vallée de l'Indus consommaient des ruminants (tels que bovins, buffles, cerfs, etc. ).

Les fouilles archéologiques menées au cours du siècle dernier sur d'importants sites ont fourni de précieuses informations sur la culture et les pratiques des populations anciennes. Toutefois, la compréhension des régimes alimentaires et des pratiques de subsistance des sociétés préhistoriques anciennes, dépourvues de documents écrits, représentait un défi de taille, car la dégradation naturelle quasi complète des aliments et des biomolécules entraînait une perte considérable de matière organique. Ces vingt dernières années, les techniques chimiques standard de chromatographie et d'analyse isotopique du carbone ont permis de faire progresser significativement les études archéologiques, permettant ainsi aux chercheurs d'identifier les sources de lipides. De ce fait, il est désormais possible d'étudier les régimes alimentaires et les pratiques de subsistance grâce à des analyses moléculaires et isotopiques des résidus alimentaires absorbés, basées sur les valeurs de δ¹³C et Δ¹³C.

Les plantes sont les principaux producteurs de nourriture. La plupart des plantes utilisent la photosynthèse C3 pour fixer le carbone, d'où leur appellation de plantes C3. Le blé, l'orge, le riz, l'avoine, le seigle, le niébé, le manioc, le soja, etc., sont les principales plantes C3. Elles constituent l' alimentation de base de l'humanité. Les plantes C4 (comme le maïs, la canne à sucre, le millet et le sorgho), quant à elles, utilisent la photosynthèse C4 pour la fixation du carbone.

Le carbone possède deux isotopes stables, le C-12 et le C-13 (le troisième, le C-14, est instable et donc radioactif ; il est utilisé pour la datation des vestiges archéologiques organiques ). Parmi ces deux isotopes stables, le C-12, plus léger, est absorbé préférentiellement lors de la photosynthèse. La photosynthèse n'est pas universelle ; elle favorise la fixation du C-12. De plus, les plantes C3 absorbent davantage l'isotope léger C-12 que les plantes C4. Les plantes C3 et C4 discriminent toutes deux l'isotope plus lourd C-13, mais cette discrimination est moins marquée chez les plantes C4 que chez les plantes C3. Autrement dit, lors de la photosynthèse, les plantes C3 et C4 privilégient l'isotope C-12 par rapport au C-13, mais les plantes C3 le privilégient davantage que les plantes C4. Il en résulte des différences dans le rapport des isotopes stables du carbone chez les plantes C3 et C4, ainsi que chez les animaux qui s'en nourrissent. Un animal nourri de plantes C3 possédera davantage d'isotopes légers qu'un animal nourri de plantes C4. Par conséquent, une molécule lipidique présentant un rapport isotopique plus léger a plus de chances de provenir d'un animal nourri de plantes C3. C'est le principe de base de l'analyse isotopique spécifique des composés lipidiques (ou de toute autre biomolécule), qui permet d'identifier l'origine des résidus lipidiques dans la poterie. En résumé, les plantes C3 et C4 ont des rapports isotopiques du carbone différents. La valeur δ¹³C des plantes C3 est plus légère (entre -30 et -23 ‰), tandis que celle des plantes C4 se situe entre -14 et -12 ‰.

Après extraction des résidus lipidiques des échantillons de poterie, la première étape cruciale consiste à séparer les différents constituants lipidiques par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). On obtient ainsi un chromatogramme lipidique de l'échantillon. Les lipides se dégradant avec le temps, les échantillons anciens contiennent généralement des acides gras, notamment l'acide palmitique (C16 ₎ et l'acide stéarique (C18 ₎ . Cette technique d'analyse chimique permet donc d'identifier les acides gras présents dans l'échantillon, mais ne renseigne pas sur leur origine. Il est nécessaire de déterminer si un acide gras spécifique identifié dans le récipient de cuisson ancien provient de produits laitiers, de viande ou de végétaux. La composition en acides gras des poteries dépend des aliments qui y étaient cuits autrefois.

Les plantes C3 et C4 ont des ratios différents d'isotopes stables du carbone en raison de l'absorption préférentielle de l'isotope C12 plus léger pendant la photosynthèse. De même, les animaux nourris avec des plantes C3 et C4 ont des ratios différents, par exemple, les bovins domestiques (ruminants tels que la vache et le buffle) nourris avec des aliments C4 (tels que le millet) auront un rapport isotopique différent de celui des animaux domestiques plus petits comme la chèvre, le mouton. et porc qui broutent et prospèrent généralement sur les plantes C3. De plus, les produits laitiers et la viande provenant de bovins ruminants ont des rapports isotopiques différents en raison des différences de synthèse des graisses dans leur glande mammaire et leur tissu adipeux. La détermination de l'origine d'un acide gras spécifique identifié plus tôt se fait au moyen d'une analyse des rapports d'isotopes stables du carbone. La technique de chromatographie en phase gazeuse-combustion-spectrométrie de masse à rapport isotopique (GC-C-IRMS) est utilisée pour analyser les rapports isotopiques des acides gras identifiés.   

L'importance de l'analyse des rapports isotopiques du carbone stable dans les résidus lipidiques pour les études archéologiques des sites préhistoriques a été démontrée en 1999, lorsque l'étude d'un site archéologique des Marches galloises (Royaume-Uni) a permis de distinguer clairement les graisses d'origine non ruminante (par exemple, porcine) de celles d'origine ruminante (par exemple, ovine ou bovine) ^¹ . Cette approche a permis d'apporter une preuve concluante des premières pratiques laitières en Afrique saharienne verdoyante au Ve millénaire avant J.-C. L'Afrique du Nord était alors recouverte d'une végétation luxuriante et les populations préhistoriques d'Afrique saharienne avaient adopté l'élevage laitier. Cette conclusion repose sur les valeurs δ¹³C et Δ¹³C des principaux acides alcanoïques de la matière grasse du lait identifiés dans des poteries² ^. Des analyses similaires ont fourni les premières preuves directes de la transformation et de la consommation de produits laitiers par les sociétés néolithiques pastorales d'Afrique de l'Est³ ^et au début de l'âge du fer dans le nord de la ^Chine⁴.

En Asie du Sud, les premières traces de domestication remontent au VIIe ^millénaire avant J.-C. Dès le IVe ^millénaire avant J.-C., des animaux domestiques tels que les bovins, les buffles, les chèvres et les moutons étaient présents sur divers sites de la vallée de l'Indus. Bien que l'utilisation de ces animaux pour la production de produits laitiers et de viande ait été suggérée, aucune preuve scientifique concluante ne venait étayer cette hypothèse. L'analyse des isotopes stables des résidus lipidiques extraits de fragments de céramique provenant de sites de la vallée de l'Indus constitue la plus ancienne preuve directe de la transformation des produits laitiers en Asie du Sud⁵ ^. Dans une autre étude récente, plus approfondie et systématique, portant sur les résidus lipidiques de fragments de poterie collectés sur plusieurs sites de la vallée de l'Indus, des chercheurs ont tenté de déterminer le type d'aliments utilisés dans ces récipients. L'analyse isotopique a confirmé l'utilisation de graisses animales. La principale découverte scientifique a été la prédominance des graisses de non-ruminants dans les récipients de cuisson⁶, ^ce qui implique que des animaux non-ruminants (tels que chevaux, porcs, volailles, lapins, etc.) étaient cuits dans ces récipients pendant une longue période et consommés. Cela contredit une opinion longtemps admise (fondée sur des preuves fauniques) selon laquelle les animaux ruminants (tels que les bovins, les buffles, les cerfs, les chèvres, etc.) étaient consommés comme nourriture par les habitants de la vallée de l'Indus.

L'indisponibilité de matières grasses de référence modernes locales et la possibilité de mélange de produits végétaux et animaux constituent des limites de cette étude. Afin de pallier les effets potentiels liés à ce mélange et d'obtenir une vision globale, l'analyse des grains d'amidon a été intégrée aux analyses des résidus lipidiques. Ceci a permis la cuisson de plantes, de céréales, de légumineuses, etc. dans le récipient, contribuant ainsi à atténuer certaines limitations^⁷.

*** 

Références:  

1. Dudd SN et al 1999. Preuve de différents modèles d'exploitation des produits animaux dans différentes traditions de poterie préhistoriques basées sur les lipides conservés dans les résidus de surface et absorbés. Journal des sciences archéologiques . Volume 26, numéro 12, décembre 1999, pages 1473-1482. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1006/jasc.1998.0434 

2. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M. et al. Première laiterie en Afrique saharienne verte au Ve millénaire av. Nature 486, 390–394 (2012). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1038/nature11186 

3. Grillo KM et al 2020. Preuve moléculaire et isotopique du lait, de la viande et des plantes dans les systèmes alimentaires préhistoriques des éleveurs d'Afrique de l'Est. PNAS. 117 (18) 9793-9799. Publié le 13 avril 2020. DOI : https://doi.org/10.1073/pnas.1920309117 

4. Han B., et al 2021. Analyse des résidus lipidiques des récipients en céramique du site de Liujiawa du RuiState (début de l'âge du fer, nord de la Chine). Journal Of Quaternary Science (2022) 37 (1) 114–122. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1002/jqs.3377 

5. Chakraborty, KS, Slater, GF, Miller, H.ML. et coll. L'analyse isotopique spécifique des composés des résidus lipidiques fournit la première preuve directe de la transformation des produits laitiers en Asie du Sud. Sci Rep 10, 16095 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-72963-y 

6. Suryanarayan A., et al 2021. Résidus lipidiques dans la poterie de la civilisation de l'Indus dans le nord-ouest de l'Inde. Journal des sciences archéologiques . Tome 125, 2021,105291. EST CE QUE JE:https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105291 

7. García-Granero Juan José, et al 2022. Intégration des analyses de lipides et de grains d'amidon à partir de récipients en poterie pour explorer les voies alimentaires préhistoriques dans le nord du Gujarat, en Inde. Frontiers in Ecology and Evolution, 16 mars 2022. Sec. Paléontologie. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.3389/fevo.2022.840199 

Bibliographie  

1. Irto A., et al 2022. Lipides dans la poterie archéologique : un examen de leurs techniques d'échantillonnage et d'extraction. Molécules 2022, 27(11), 3451; EST CE QUE JE: https://doi.org/10.3390/molecules27113451 

2. Suryanarayan, A. 2020. Qu'est-ce qui mijote dans la civilisation de l'Indus ? Enquête sur les aliments de l'Indus par l'analyse des résidus de lipides céramiques (thèse de doctorat). Université de Cambridge. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.17863/CAM.50249 

3. Suryanarayan, A. 2021. Conférence - Résidus lipidiques dans la poterie de la civilisation de l'Indus. Disponible à https://www.youtube.com/watch?v=otgXY5_1zVo 

***