EA-IRMS: Tracing human provenance using hydrogen and oxygen isotope fingerprints

Význam tématu

Analýza stabilních izotopů vodíku a kyslíku v lidských tkáních představuje cenný nástroj v forenzní vědě i antropologii. Izotopové poměry v keratinu vlasů odrážejí složení pitné vody, kterou jedinec konzumuje, a umožňují zpětně rekonstruovat jeho geografické pohyby. Tato metoda doplňuje tradiční důkazy v kriminalistice a poskytuje nový rozměr informací v případech, kde jiná data chybí.

Cíle a přehled studie

Cílem publikované studie bylo prokázat vztah mezi izotopovými otisky δ2H a δ18O ve vlasech a lokální pitné vodě napříč Spojenými státy. Autoři shromáždili vzorky lidských vlasů spolu s místní vodou ve 65 městech z 18 států USA. Na základě modelování prostorových map (isoscapes) vyhodnotili korelaci mezi izotopovými hodnotami vlasů a vody a demonstrovali možnost sledovat pohyb osob.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky vlasů byly získány jako odpadní střihy v kadeřnictvích, voda byla odebrána do plastových nádob o objemu 25 ml. Pro analýzu izotopového složení:

• Vlasový vzorek (~150 μg) byl umístěn do stříbrných kapslí a zaveden do pyrolyzního reaktoru EA-IRMS při 1400 °C, kde se přeměnil na H2 a CO.
• Voda (40 μl) byla rovněž analyzována v témže reaktoru.
• Systém kalibrovaly laboratorní standardy: vlasy z Floridy (těžký konec) a Utahu (lehký konec) a referenční vody („zero“ a deionizovaná).
• Přesnosti analýz: δ2H vody ±0,9 ‰, δ18O vody ±0,2 ‰; δ2H vlasů ±4 ‰, δ18O vlasů ±0,4 ‰.

Hlavní výsledky a diskuse

Prostřednictvím modelovaných isoscapes (δ2H, δ18O) autorzy ukázali, že:

• Izotopové signatury vlasů silně korelují s lokální pitnou vodou, přičemž hlavním zdrojem jsou nápoje (voda, pivo, mléko, čaj, káva, nealko).
• S postupem dále od pobřeží a v rostoucí nadmořské výšce dochází k obohacování lehkých izotopů ve srážkách, což se odráží i ve vlasech.
• Rychlost růstu vlasu (cca 1 cm za měsíc) umožňuje chronologickou rekonstrukci migrační historie jedince.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda přináší přesné a nezávislé opatření pro stanovení lidské provenience v kriminalistice, například při vyšetřování vražd, únosů či neidentifikovaných těl. V antropologii umožňuje studium migrací dávných populací a potravních návyků. V průmyslové i potravinářské analytice lze obdobným přístupem ověřovat původ surovin.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj prostorových modelů isoscapes ve větším geografickém měřítku a jejich kombinace s dalšími izotopy (např. S, C, N) posílí přesnost lokace. Miniaturizace a automatizace EA-IRMS přístrojů umožní široké nasazení v terénu. Strojové učení na velkých datasetech izotopových otisků otevře nové možnosti pro rychlou interpretaci dat.

Závěr

Studie potvrzuje, že analýza izotopových poměrů vodíku a kyslíku ve vlasech je spolehlivým nástrojem pro sledování pohybu lidí a ověřování jejich geografického původu. Metodika EA-IRMS poskytuje dostatečnou přesnost a reprodukovatelnost výsledků, čímž rozšiřuje arzenál forenzních a antropologických metod.

Reference

1. Ehleringer JR, Bowen GJ, Chesson LA, West AG, Podlesak DW, Cerling TE. Hydrogen and oxygen isotope ratios in human scalp hair: PNAS. 2008;105(8):2788–2793.
2. Rodrigues C, Brunner M, Steiman S, Bowen GJ, Nogueira JMF, Gautz L, Prohaska T, Máguas C. Traceability of food products: Agric Food Chem. 2011;59:10239–10246.
3. Bowen GJ. Spatial analysis of precipitation isotope ratios: Annu Rev Earth Planet Sci. 2010;38:161–187.
4. Cerling TE, Barnette JE, Bowen GJ, Chesson LA, Ehleringer JR, Remien CH, Patrick S, Tipple B, West JB. Isoscapes and paleoenvironmental reconstruction: Annu Rev Earth Planet Sci. 2016;44:175–206.