Helen Rohtmets-Aasa
Tartu ülikooli arheokeemia professor Ester Oras on ühtaegu nii humanitaar- kui ka loodusteadlane, otsides ajaloost ajendatud uurimisküsimustele vastuseid kõige moodsamate loodusteaduslike meetoditega. Kuus aastat tagasi rajas ta Tartu ülikooli juures Baltimaade esimese biomolekulaarse arheoloogia uurimiskeskuse Archemy ning on Eestis selle uurimissuuna juht ja rajaja. Peamised küsimused, millele Oras arheoloogilisest materjalist analüütilise keemia meetodite abil vastuseid otsib, puudutavad muistsete inimeste toitumist. Milline oli meie esivanemate toidulaud ja kuidas me sellele tuhandeid aastaid hiljem jälile saame, uuris professor ESTER ORASELT Helen Rohtmets-Aasa.
Tartu ülikooli arheokeemia professor Ester Oras: „Biomolekulaarsete analüüsimeetodite tulekuga avastati, et toitumise kohta saab teavet koguda ka inimese enda luustikust, millesse ladestuvad keemilised signaalid tema elu jooksul tarbitud toidust“. LAURI KULPSOO / HORISONT
Teeme kõigepealt mõisted selgeks. Mis on „arheokeemia“ ja mis on „biomolekulaarne arheoloogia“?
Arheokeemia on teadusharu, mis ühendab omavahel arheoloogiat ja keemiat. Ehk teisisõnu, see on viis, kuidas rakendada eri analüütilise keemia meetodeid selleks, et uurida väga vana materjali. See materjal võib olla mõnisada kuni mõnikümmend tuhat aastat vana, ulatudes välja kuni varaste hominiidideni, ja hõlmata nii orgaanilise aine analüüsi kui ka anorgaanilist poolt ehk pinnase, metallide, klaasi ja kivimite analüüsi. Niisiis tegeleb arheokeemia ühtaegu nii orgaanilise kui ka anorgaanilise aine analüüsiga, samal ajal kui biomolekulaarne arheoloogia on kitsam, hõlmates vaid orgaanilise keemia, täpsemalt biomolekulide poolt. Minu peamine uurimisvaldkond ongi just viimane.
Oled oma teaduskraadid kaitsnud ajaloos – arheoloogias –, nüüd oled aga poole kohaga keemik. Kuidas see võimalikuks sai?
Tõsi, nii oma magistri- kui ka doktoritöö kaitsesin arheoloogias. Kui ma 2010. aastal Cambridge’i ülikooli doktorantuuri läksin, siis Eestis toitumisalase biomolekulaarse arheoloogiaga veel ei tegeletud. Inglismaal oli see aga juba väga arenenud suund. Mäletan seminari, kus räägiti potikildude lipiidianalüüsist ehk savipottidesse ladestunud rasvade ja õlide uurimisest, mis on üks peamisi biomolekulaarse arheoloogia analüüsimeetodeid, ja see oli mulle, kes ma seda tudengina kuulasin, täiesti silmi avav hetk. See tundus pööraselt huvitav ja mul tekkis tohutu huvi seda ise järele proovida.
Aga loomulikult lõi sellele kõigele eeldused minu tugev keemiaalane taust. Mul oli Jõgeva ühisgümnaasiumis täiesti fantastiline keemiaõpetaja Neeme Katt. Tema õpetas keemia mulle sedavõrd hästi selgeks, et sain hiljem Treffneri gümnaasiumis keemia lõpueksamil lennu ühe parima tulemuse. Muidugi pani keemiaõpetaja mulle siis südamele, et läheksin ülikooli keemiat õppima, aga ajalugu ja arheoloogia huvitasid mind rohkem. Nii ongi minu meetodid keemiast ja need meeldivad mulle tohutult, aga põhilised uurimisküsimused johtuvad ikkagi ajaloost, kuidas inimesed käitusid ja miks nad just niimoodi käitusid. Nii et ülikooli tulin ma ikkagi selleks, et arheoloogiks saada. Mulle on lapsest saati meeldinud kõike käega katsuda. Mind ajasid kohutavalt närvi muuseumid, kus ei saanud asjadele ligi, kus ei tohtinud midagi puutuda, vaid ainult eemalt vaadata. Sain aru, et arheoloogia on see koht, kus ma saan kõike ise oma käega katsuda, vahetult kogeda.
Pälvisid möödunud aastal ühe ihaldusväärseima uurimistoetuse, Euroopa Teadusnõukogu grandi, et uurida arheoloogilise materjali põhjal, mida meie esivanemad sõid. Milliste leidude põhjal saab seda kindlaks teha?
Kaua aega olid toitumise uurimisel peamiseks allikaks taimejäänused, loomaluustikud ja nende fragmendid, sealhulgas lõike- ja nülgimisjäljed. Samas ei kogutud luid süsteemselt. Näiteks jäid väiksemad luud tihti üldse üles korjamata ja sama probleem puudutab taimejäänuseid: arvestades, kui väikesed on viljaterad, jäävad need juhul, kui neid spetsiaalselt ei otsita, kergesti märkamata. Seetõttu on arusaadav, et meie arusaam muistsest toitumisest on olnud juba üksnes metodoloogilistel põhjustel algusest peale mõneti vildakas.
Biomolekulaarsete analüüsimeetodite tulekuga avastati, et toitumise kohta saab teavet koguda aga hoopis enamatest allikatest, näiteks inimese enda luustikust, millesse ladestuvad keemilised signaalid tema elu jooksul tarbitud toidust. Üks olulisemaid meetodeid on stabiilsete isotoopide analüüs, milles pööratakse eelkõige tähelepanu süsiniku ja lämmastiku isotoopidele. Sellise analüüsiga on võimalik välja selgitada suuremad toiduklassid. Näiteks teha kindlaks, kas söödi pigem hirssi või meie kliimavöötmes tavapäraseid teravilju, nagu nisu ja rukis. Kõigi nende isotoopväärtused on erinevad ja kui inimene neid sööb, siis ladestub nende isotoope tema luukudedesse ja hammastesse. Samamoodi saab vahet teha, kas toit oli pärit pigem soolasest või magedast veekogust, või kas söödi pigem herbivooride, omnivooride või karnivooride liha, sest viimastel on lämmastiku isotoobiväärtused vastavalt märksa kõrgemad. Kuna me teame, millised need piirväärtused kohalikel loomadel ja taimedel olid – oleme neid liigipõhiselt analüüsinud –, siis saame tuletada, kas inimene, kelle luid me analüüsime, oli pigem kala- või lihatoiduline. Näiteks on teada, et kiviajal olid inimesed valdavalt liha- ja kalatoidulised ning isotoopanalüüsid kinnitavad seda. Suurem hüpe kodustatud loomade ja mingil määral ka teravilja söömisele toimus alles pronksiajal umbes 3000–4000 aastat tagasi. Seega on inimese luustik üks väga oluline allikas, kust biomolekulid tema toitumise analüüsimiseks kätte saab.
Teine oluline allikas on savinõud. Me teame, et neid valmistati enamasti selleks, et neis toitu küpsetada või hoiustada, ning uudsete meetoditega on võimalik välja selgitada, mida neis täpsemalt keedeti või hoiti. Üks oluline meetod selleks on lipiidianalüüs, mis tähendab, et analüüsitakse potikildudesse ladestunud rasvu ja õlisid. Rasvad kui vetthülgavad molekulid säilivad nõudes kõige paremini – õnneks vanasti rasva lahustavaid nõudepesuvahendeid ei olnud. Kui võrdleme neid näiteks suhkrute või soolaga, siis lagunevad need vees ja mullas ära, nii et neid me potikildudelt kätte ei saa. Küll saame sealt kätte aga näiteks rasvase kalasupi jäänuseid.
Lipiididele lisaks analüüsitakse järjest rohkem ka teist suurt biomolekulide rühma – proteiine ehk valke. Nende puudus on, et valgud ei säili nii hästi ja saastuvad kergemini, kuid seda korvab asjaolu, et proteiinid võimaldavad minna analüüsis veel palju detailsemaks. Näiteks, kui me saame lipiidianalüüsiga öelda, et potis oli piim, siis võib proteiinianalüüsiga jõuda koguni sinnamaani, et tegu oli lambapiimast valmistatud keefiriga.
Ütlesid, et rasv säilib hästi. Kuid kas sellel säilivusel on siiski mingid ajalised piirid?
Meil on Eestis selles mõttes vedanud, et siin on tingimused biomolekulide säilimiseks üsnagi head. Kui näiteks minna 250 kilomeetrit põhja poole, Soome, siis seal on pinnas palju happelisem, mis nii-öelda sööb luustikud ära. Seetõttu on seal palju raskem puhtalt orgaanilist biomolekulaarset materjali kätte saada. Vahemere maades on aga jällegi soojem ja kuivem kliima, milles biomolekulid alati hästi ei säili. Nii et Eestis on orgaanilise materjali säilimiseks üsna ideaalne kombinatsioon: siin on selleks piisavalt jahe ja piisavalt niiske. Muidugi ei tähenda see, et kogu materjal säilib siin igal pool ühtemoodi. Ka Eesti piires sõltub säilivus ikkagi konkreetsest kohast, materjalist ja leiu vanusest.
Millist infot annavad arheokeemikule inimese hambad ja juuksed?
Siin tulevad nüüd lisaks mängu meditsiini- ja bioloogiateadmised sellest, kuidas organism toimib ja kuidas eri koed moodustuvad. Näiteks on hammaste puhul võimalik ära kasutada teadmist, et hammaste moodustumine algab juba emaüsas ja kestab pärast sündi kuni jäävhammaste tekkimiseni. See tähendab omakorda, et veel sündimata tite hammastesse on talletatud signaalid tema ema, hiljem tema enda toidu, aga ka elupaiga kohta. Näiteks saab seda teadmist ära kasutada päritolu uuringutes: me võtame hambaemailist tüki ja saame isotoopanalüüsi kaudu teada, millises piirkonnas laps sündis.
Kui mõelda jäävhammaste peale, siis esimeste purihammaste juured moodustuvad kusagil vanuses kaks kuni neli aastat, järgmistel vanuses kuus kuni kaheksa aastat ning tarkusehammastel millalgi teismeeas, üheteistkümnenda ja kuueteistkümnenda eluaasta vahel. See tähendab, et me saame hambajuurtesse talletunud isotoopide põhjal uurida, kuidas inimese toitumine selle aja jooksul muutus. Ja me saame minna veelgi detailsemaks: kui arvestada, et hambaemail moodustub kiht kihi haaval, siis saame sellest juurikast millimeetri kaupa mikroproove võttes uurida tema toitumise muutumist kuuekuulise intervalliga. See on eriti põnev põhjusel, et nõnda on võimalik välja selgitada, millal toimus lapse võõrutamine emapiimast. Enamasti toimus see ajavahemikul kaks kuni neli eluaastat ja isotoobiväärtustes on see muutus hästi näha. Rinnapiima juues on laps justkui väike karnivoor, kes toitub oma emast, ta on toiduahelas oma emast kõrgemal ja tema lämmastiku isotoopväärtused on kõrgemad. Kui lämmastiku isotoopväärtus lapse hammastes aga järsult kukub, siis me näeme, et laps on piimast võõrutatud.
Ester Oras: „Veel sündimata tite hammastesse on talletatud signaalid tema ema, hiljem tema enda toidu, aga ka elupaiga kohta“. LAURI KULPSOO / HORISONT
Üks minu suuri lemmikuid on ka hambakivi, millest me saame molekulide tasemel väga täpselt teada, millised asjad inimestele suhu sattusid nii toidust kui ka keskkonnast. Nii näiteks on uuritud õhureostuse mõju tööstusrevolutsiooniaegsel Inglismaal või tuvastatud keskaegse nunna hambakivis haruldasi siniseid pigmente, mida kasutati illumineeritud käsikirjade valmistamisel. See avastus lükkas ümber pikka aega püsinud arvamuse, et naisi peenetele illumineeritud käsikirjadele ligi ei lastud, rääkimata sellest, et nad oleks neid ise valmistanud.