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Development and commercialisation of a new purification system for contaminant-free radiocarbon dating

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Datierung urzeitlicher Knochen gewinnt an Tempo

Bereits Spuren von Verunreinigungen können einen großen Einfluss auf die Genauigkeit der Radiokarbondatierung ausüben. Das Projekt ChromaChron hat nun Wege erkundet, wie ein besonders wichtiges – aber ausgesprochen langsames – Reinigungsverfahren zu beschleunigen sein könnte.

Industrielle Technologien

Unser Wissen über die Evolution des Menschen stützt sich auf der Radiokarbondatierung von Fossilien. Dank ihr kann die Chronologie verschiedener Spezies wie zum Beispiel der Neandertaler, Denisova-Menschen und modernen Menschen bestimmt werden. Allerdings ist die Radiokarbondatierung extrem empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Selbst winzige Spuren fremden Kohlenstoffs, weniger als 1 %, reichen schon aus, um ein irreführendes Ergebnis zu erhalten. Das durch den Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt ChromaChron verfolgte nun das Ziel, dieses Problem mit verbesserten Flüssigchromatografieverfahren zu lösen, mit denen Aminosäuren aus alten Fossilien isoliert werden können. Urzeitliche Knochen sind typischerweise mit Huminstoffen verunreinigt, denn diese bilden den größten organischen Anteil im Boden. „Wir müssen außerdem alles berücksichtigen, was nach einer Ausgrabung geschieht“, erläutert Projektkoordinator Thibaut Devièse. „Früher wurden natürliche Substanzen wie etwa Bienenwachs verwendet, um die Knochen in den Museen zu konservieren, aber es gibt auch viele synthetische Kleber und Lacke, die in der Archäologie und bei der Konservierung zum Einsatz kommen.“

Die langsame Lösung

Devièse leitete zuvor den der Chemie gewidmeten Teil des Projekts PALAEOCHRON, das die Chronologie des Übergangs vom Mittel- zum Jungpaläolithikum in Eurasien untersuchte, der den Zeitraum vor ca. 60 000 bis 30 000 Jahren umfasst. Bei dem Versuch, uralte Hominiden- und Tierknochen mithilfe der Radiokarbonmethode zu datieren, fanden Devièse und seine Gruppe heraus, dass sich das Kollagen während des Abbaus manchmal mit kohlenstoffhaltigen Substanzen im umgebenden Boden verbindet. „Wir wissen jetzt, dass bei der Radiokarbondatierung des Kollagenanteils von Knochen zuweilen falsche Ergebnisse auftauchen“, fügt Devièse hinzu. Seine Lösung, die er an der Universität Oxford entwickelte, bestand darin, das Kollagen aufzuspalten und mittels Flüssigchromatografie bestimmte Aminosäuren zu isolieren, bei denen es sicher war, dass es sich um original biologisches Material aus dem Knochen handelte. Das in der Oxford Radiocarbon Accelerator Unit eingesetzte Verfahren war jedoch extrem langsam, und es konnten maximal zwei Proben pro Tag bearbeitet werden. Diese Einschränkung hielt andere Labore davon ab, diese Methode anzuwenden. „Wird in eine Ausrüstung investiert, die ziemlich teuer ist und dann nur zwei Ergebnisse täglich liefern kann, so reicht das nicht aus, damit sich die Kosten für das Gerät amortisieren“, gibt Devièse zu bedenken.

Fortschritt in Sicht

Zu Projektbeginn war Oxford das einzige Labor weltweit, das spezifische Aminosäuren per Radiokarbonmethode datieren konnte, obwohl die neue Technik bei der Datierung sehr alter Proben nachweislich viel besser funktionierte. „Wir haben bewiesen, dass viele der in diesem Bereich veröffentlichten Ergebnisse einfach falsch sind“, bekräftigt Devièse. „Ich wollte erreichen, dass diese Methode auch von anderen Labors eingesetzt wird. Mein Gedanke dabei war, dass sich die Qualität der Daten in der wissenschaftlichen Literatur drastisch verbessern wird, wenn wir nur eine Methode entwickeln, die schnell und einfach zu bedienen ist.“ Die Herausforderung für Devièse bestand darin, einen Weg zu finden, die Aminosäure Hydroxyprolin schnell aus dem Kollagen zu isolieren, ohne dass organische Lösungsmittel zum Einsatz kommen müssen, die den Prozess verunreinigen würden. Im Endeffekt fand das Team eine Möglichkeit, das Flüssigchromatografieverfahren mittels einer Chromatografiesäule mit neuartigen stationären Phasen zu beschleunigen, wodurch die Länge der Aminosäure-Trennphase um zwei Drittel verkürzt wurde. „Wir beenden gerade die letzten Tests und schreiben wissenschaftliche Arbeiten über die neue Methode“, berichtet Devièse. „Damit gewährleisten wir, dass jedes Labor die Technologie nutzen und genaue Daten erzeugen kann.“ „Dieser Riesenschritt vorwärts für die verbindungsspezifische Radiokarbondatierung wäre ohne die finanzielle Unterstützung der EU nicht möglich gewesen“, stellt Devièse abschließend fest.

Schlüsselbegriffe

ChromaChron, Radiokarbondatierung, Kontamination, Humin-, Flüssigchromatografie, Denisova-Menschen, Evolution des Menschen

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