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2019年11月13日-美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室的实验(伯克利实验室)对埃及的土壤和古木乃伊骨骼样本有了新的认识，这可能为我们更好地了解数千年前的日常生活和环境条件提供更丰富的信息。
在8月下旬结束的一项为期两个月的研究中，来自埃及开罗大学带了32个骨头样本和2个土壤样本进行研究x射线以及伯克利实验室的红外线技术先进的光源(肌萎缩性侧索硬化症)。ALS产生各种波长的强光，可用于探索样品的微观化学、结构和其他特性。
他们的访问是由于LAAAMP“非洲、美洲、亚洲和中东光源项目”是一个赠款支持的项目，旨在为在该地区工作的科学家提供更多的国际科学机会和合作。
样本代表了四个朝代，两个墓葬地点
这些样本包括2000至4000年前的人类干尸的骨头碎片，以及从人类遗骸遗址收集的土壤。这些遗迹代表了埃及的四个不同王朝:中王国、第二中期、晚期和希腊罗马。
来访的科学家，开罗大学副教授艾哈迈德Elnewishy和博士后研究员默罕默德·珊他想要区分骨骼样本中的化学物质浓度是否与这些人的健康、饮食和日常生活有关，或者土壤中的化学物质是否随着时间的推移改变了骨骼的化学成分。
他们的工作对埃及的文化遗产很重要，对更好地了解文物保护和这些遗迹的潜在污染途径也很重要。这些样本是在两个埃及遗址中发现的，一个是古墓葬遗址塞加拉;开罗大学的考古学家发现，阿斯旺是尼罗河岸边的一座古城，曾经被称为斯维尼特。
“这些骨头就像一个档案，”卡瑟姆说，他从博士学位开始就研究古代骨骼化学，可以追溯到2011．他使用了一种包括激光烧蚀的化学分析技术，在这种技术中，短激光脉冲从样品中炸开一小块材料。然后，从这个小爆炸发射的光被分析，以确定存在什么元素。
他说:“我们已经发现了铅、铝和其他元素，它们为我们提供了当时环境和毒性的指示。”“这些信息就储存在骨头里。”
区分土壤和骨骼化学
棘手的是要找出这些元素是如何进入骨头的。“可能有一些元素从骨骼外部扩散到骨骼内部，以及细菌、湿度和其他影响的影响。很难把它们分开，也很难知道它们是否来自周围的土壤。所以我们一直在尝试不同的技术。”
Kasem补充说:“很多因素影响着保存。其中之一是骨头在土壤中埋了多长时间，还有骨头的状态和不同类型的土壤。”防腐技术的不同也会影响骨骼的保存和x光研究中发现的化学物质。“这些材料有不同的品质，比如他们用来防腐的布料和树脂，”他说。
虽然古埃及人在金属加工中不使用铝，但研究人员发现他们使用钾明矾(一种含铝的化合物)来减少饮用水中的浑浊。铅的浓度很可能是由于埃及人用来打磨陶器的铅。
最新的研究集中在包括股骨头切片和股骨轴切片在内的样本上，以观察一种类型的样本是否比另一种类型更容易受到周围土壤的污染。大腿骨是人体最强壮的骨头，从膝盖延伸到臀部。位于股骨顶部的股骨头，其骨质比股骨轴的核心要海绵状。
研究人员与ALS研究科学家Hans Bechtel和Eric Schaible合作，在三条不同的波束线上进行了实验。Schaible帮助研究人员使用了一种被称为小角度x射线散射(SAXS)的技术，他们用这种技术来分析胶原蛋白(一种丰富的人类蛋白质)的纳米级模式。
x光扫描显示胶原蛋白模式
对骨骼横截面的一次扫描，直径可达3到5厘米，厚度约为半毫米，耗时2到6个小时完成，并提供了一张详细的2D地图，显示胶原蛋白在骨头内的组织方式。
这些图像可以与现代骨骼进行比较，以更好地了解胶原蛋白是否以及如何随着时间的推移而降解，并可能告诉我们一个人的健康状况。
“胶原蛋白是人体的主要组成部分之一，”Schaible说。“它存在于皮肤、骨骼、内脏、眼睛、耳朵和血管中，是构成我们的主要成分之一。当我们用x射线照射胶原蛋白时，x射线会散射，它们产生的散射模式可以告诉我们胶原蛋白保存得有多好，组织有多好。”
虽然还需要进行大量的分析来解释从样本中获取的数据，但Schaible说，胶原蛋白组合在古代样本中的顺序通常不像在健康的现代骨骼中那样有序。
他说:“能够参与这个项目，了解这些木乃伊生前和死后的旅程，是非常令人兴奋的。”
红外线可以显示骨骼的化学成分和矿物质浓度
对ALS的红外研究显示了骨骼中矿物质和有机物质的化学分布和浓度。埃尔纽西说:“主要障碍之一是如何制备样本。”从如此精细的材料上切出薄的横截面是很困难的。
Schaible联系了一个专门的实验室加州大学伯克利分校地球与行星科学系这有助于切片样品。对于最薄的切片和最脆弱的样本，将骨头悬浮在环氧树脂中，然后切片。
新实验计划
埃尔纽西说，他们还计划在芝麻大学进行相关实验。中东实验科学与应用的同步加速器光)，这是约旦的一个科学光源，于2017年向实验开放。SESAME是由该地区的科学家和政府合作建立的。
他指出，该团队通过实验了解到的关于文化遗产和样本保存的知识，可能会对吉萨大埃及博物馆(Grand Egyptian Museum)的藏品有所裨益。该博物馆预计将于2020年开放，将收藏10万多件埃及文物。
先进光源是美国能源部科学用户设施办公室的一个项目。LAAAMP是国际纯粹与应用物理学联盟和国际晶体学联盟的联合项目，并得到国际科学基金项目理事会的支持。
编者按:伯克利实验室的Theresa Duque和Cindy Lee对本文也有贡献。
2022年10月26日
