Los experimentos en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) arrojan una nueva luz sobre el suelo egipcio y las antiguas muestras de huesos momificados que podrían proporcionar una comprensión más rica de la vida cotidiana y las condiciones ambientales hace miles de años.
En un esfuerzo de investigación de dos meses que concluyó a fines de agosto, dos investigadores de la Universidad de El Cairo en Egipto trajeron 32 muestras de hueso y dos muestras de suelo para estudiar utilizando técnicas basadas en rayos X y luz infrarroja en la Fuente de luz avanzada (ALS) de el laboratorio de Berkeley. El ALS produce varias longitudes de onda de luz brillante que pueden usarse para explorar la química microscópica, la estructura y otras propiedades de las muestras.
Su visita fue posible gracias a LAAAMP, el proyecto Lightsources para África, América, Asia y Medio Oriente, un programa financiado por subvenciones que tiene como objetivo fomentar una mayor oportunidad científica internacional y colaboración para los científicos que trabajan en esa región del mundo.
Las muestras incluyeron fragmentos óseos de restos humanos momificados que datan de 2,000 a 4,000 años, y tierra recolectada de los sitios de los restos humanos. Los restos representan cuatro dinastías diferentes en Egipto: el Reino Medio, el Segundo Período Intermedio, el Período Tardío y el grecorromano.
Los científicos visitantes, el profesor asociado de la Universidad de El Cairo Ahmed Elnewishy y el investigador postdoctoral Mohamed Kasem, querían distinguir si las concentraciones químicas en las muestras de hueso estaban relacionadas con la salud, la dieta y la vida cotidiana de los individuos, o si los químicos en el suelo habían cambiado la situación química de los huesos con el tiempo.
Ahmed Elnewishy, profesor asociado de la Universidad de El Cairo, tiene una muestra de hueso de fémur de restos humanos momificados que se estudió en el sincrotrón de fuente de luz avanzada de Berkeley Lab. El investigador postdoctoral de Elneshy y la Universidad de El Cairo, Mohamed Kasem, estudió docenas de muestras de huesos del antiguo Egipto y algunas muestras de suelo durante una visita de dos meses que fue posible gracias a un programa financiado por una subvención llamado LAAAMP. (Marilyn Sargent / Berkeley Lab)
Su trabajo es importante para el patrimonio cultural de Egipto y también para una mejor comprensión de la preservación de antigüedades y las posibles vías para la contaminación de estos restos. Las muestras fueron recuperadas de dos sitios egipcios: Saqqara, el sitio de un antiguo cementerio; y Aswan, el sitio de una antigua ciudad en la orilla del Nilo, una vez conocida como Swenett, por los arqueólogos de la Universidad de El Cairo.
"Los huesos están actuando como un archivo", dijo Kasem, quien estudió química ósea antigua desde su Ph.D. estudios, que se remontan a 2011. Ha utilizado una técnica de análisis químico que involucra la ablación con láser, en la cual un pulso láser corto dispara un pequeño volumen de material de una muestra. Luego, se analiza la luz emitida por esta pequeña explosión para determinar qué elementos están presentes.
"Hemos encontrado plomo, aluminio y otros elementos que nos dan una indicación del medio ambiente y la toxicidad de esa época", dijo. "Esa información se almacena directamente en los huesos".
Lo que es complicado es resolver cómo los elementos entraron en el hueso. "Puede haber cierta difusión de elementos desde afuera hacia adentro de los huesos, y los efectos de las bacterias, la humedad y otros efectos. Es difícil separar esto, para saber si proviene del suelo circundante. Así que hemos estado intentando diferentes técnicas ".
Kasem agregó: "Muchos factores afectan la preservación. Uno de ellos es cuánto tiempo ha estado enterrado el hueso en el suelo y también el estado del hueso y los diferentes tipos de suelo". Las diferencias en las técnicas de embalsamamiento también podrían afectar la preservación del hueso y la química que encuentran en los estudios de rayos X. "Hay diferentes cualidades en los materiales, como la tela y las resinas que solían embalsamar", dijo.
Desde la izquierda, el investigador postdoctoral de la Universidad de El Cairo, Mohamed Kasem, el científico de ALS Hans Bechtel y el profesor asociado de la Universidad de El Cairo, Ahmed Elnewishy, estudian muestras de hueso en la ALS utilizando luz infrarroja. (Marilyn Sargent / Berkeley Lab)
Si bien los antiguos egipcios no usaban aluminio en la metalurgia, los investigadores descubrieron que usaban alumbre de potasio, un compuesto químico que contiene aluminio, para reducir la turbidez en el agua potable. Y las concentraciones de plomo probablemente se debieron al plomo que los egipcios usaban para pulir la cerámica.
Los últimos estudios se centran en muestras que incluyen cortes de la cabeza de los huesos del fémur y de los ejes del fémur para ver si un tipo de muestra puede ser más propenso a la contaminación del suelo circundante que el otro tipo, por ejemplo. Los huesos del fémur son los huesos más fuertes del cuerpo humano y se extienden desde las rodillas hasta las caderas. La cabeza, en la parte superior del fémur, tiene un material óseo más esponjoso que el núcleo del eje.
Los investigadores trabajaron con los científicos de investigación ALS Hans Bechtel y Eric Schaible para llevar a cabo experimentos en tres líneas de luz diferentes. Schaible ayudó a los investigadores con una técnica conocida como dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS), que utilizaron para analizar el patrón a nanoescala de colágeno, una proteína humana abundante.
Una sola exploración de las secciones transversales del hueso, que medía hasta 3 a 5 centímetros de ancho y aproximadamente medio milímetro de grosor, tardó de dos a seis horas en completarse y proporcionó un mapa 2D detallado que muestra cómo se organizó el colágeno dentro del hueso.
Estas imágenes se pueden comparar con los huesos modernos para comprender mejor si el colágeno se degradó con el tiempo y de qué manera, y posiblemente puedan informarnos sobre la salud de un individuo.
"El colágeno es uno de los principales componentes básicos del cuerpo", dijo Schaible. "Se encuentra en la piel, los huesos, los órganos internos, los ojos, los oídos, los vasos sanguíneos. Es una de las principales cosas de las que estamos hechos. Cuando hacemos brillar rayos X a través del colágeno, los rayos X se dispersan y el patrón de la dispersión que hacen puede decirnos mucho sobre cuán bien conservado y bien organizado está el colágeno".
Aunque hay mucho análisis por delante para interpretar los datos tomados de las muestras, Schaible dijo que los ensamblajes de colágeno generalmente no están tan bien ordenados en las muestras antiguas como en los huesos modernos sanos.
"Es muy emocionante involucrarse en este proyecto y aprender sobre el viaje que han emprendido estas momias, en la vida y después de la muerte", dijo.
Los estudios infrarrojos en el ALS muestran la distribución química y la concentración de los minerales y materiales orgánicos presentes en los huesos.
"Uno de los principales obstáculos fue cómo preparar las muestras", dijo Elnewishy. Es difícil cortar secciones delgadas de un material tan delicado.
Schaible contactó a un laboratorio especializado en el Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra de UC Berkeley, que ayudó a cortar las muestras. Para las secciones más delgadas y las muestras más frágiles, el hueso se suspendió en resina epoxi y luego se cortó en rodajas.
Ahmed Elnewishy, profesor asociado de la Universidad de El Cairo, ve una muestra de hueso momificado en el ALS. (Marilyn Sargent / Berkeley Lab)
Elnewishy dijo que también hay planes para llevar a cabo experimentos relacionados en SESAME (Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East), una fuente de luz científica en Jordania que se abrió a los experimentos en 2017. SESAME fue construido a través de una empresa cooperativa por científicos y gobiernos en la región.
Señaló que lo que el equipo aprende sobre el patrimonio cultural y la preservación de muestras a través de sus experimentos podría beneficiar las colecciones del Gran Museo Egipcio en Giza, que se espera que abra en 2020 y albergará más de 100,000 artefactos egipcios.
La fuente de luz avanzada es una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. LAAAMP es un programa conjunto de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada y la Unión Internacional de Cristalografía, también cuenta con el apoyo del Programa de Subvenciones del Consejo Internacional para la Ciencia.
Theresa Duque y Cindy Lee de Berkeley Lab contribuyeron a este artículo.
Imagen de Portada: Se han analizado huesos de momias encontrados en una tumba egipcia en Aswan y la necrópolis de Saqqara. Fuente: Ministerio de Antigüedades.
El artículo "Científicos exploran huesos de momias egipcias con rayos X y luz infrarroja" fue publicado originalmente en Science Daily.
Fuente: DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory. "Scientists explore Egyptian mummy bones with X-rays and infrared light." ScienceDaily. ScienceDaily, 12 November 2019. www.sciencedaily.com/releases/2019/11/191112095754.htm
Ubicación: Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), Berkeley, EE. UU.