[국내논문]조선시대 회곽묘 출토 미이라의 안정동위원소 분석으로 생애 주기에 따른 식생활 변화 추적 Unveiling dietary lifestyle of a Joseon-era mummy by extracting isotopic information from hair and bone원문보기
미라는 뼈, 머리카락, 피부, 손톱 등 서로 다른 시기를 반영하는 생체 조직분석이 가능하며, 이를 바탕으로 식생활, 환경 등 당시 생활상을 복원할 수 있는 매우 중요한 자료이다. 본 연구에서는 문경 흥덕동 회곽묘에서 출토된 조선시대 미라에서 추출한 뼈 콜라겐과 머리카락 케라틴의 탄소와 질소 안정동위원소 분석을 수행하였으며, 국내 출토 미라에 안정동위원소 분석을 적용한 첫 사례이다. 우리가 섭취하는 식료의 종류에 따라 뼈와 머리카락 등 인체 조직에는 그 특유의 탄소와 질소 안정동위원소 정보가 기록되며, 그 비율은 시간이 경과하여도 변하지 않는 것으로 알려져 있다. 특히 뼈에서 추출된 콜라겐이라는 단백질은 생애 전주기의 평균 식생활을 추적할 수 있으며, 머리카락의 케라틴의 경우 길이에 따라 죽기 전 몇 달에서 몇 년의 식생활 정보를 담고 있다. 미라 조직의 안정동위원소 분석 결과 그 평균값은 다음과 같다(뼈 콜라겐(${\delta}^{13}C$=-19.0‰, ${\delta}^{15}N$=11.4‰), 머리카락 케라틴(${\delta}^{13}C$=-21.3‰, ${\delta}^{15}N$=14.3‰). 탄소 안정동위원소 값으로부터 생애 주기 동안 주로 $C_3$ 작물 위주의 식생활을 하였다는 것을 예측할 수 있었으며, 특히 질소 안정동위원소 값의 경우 머리카락의 값이 뼈 콜라겐의 값보다 2.9‰ 높게 나타난 것으로 미루어 볼 때 생애 전반에 걸친 영양 상태보다 죽기 전 몇 달 동안 육류 섭취 등으로 인한 단백질 섭취량이 높았다는 것을 추정할 수 있었다.
미라는 뼈, 머리카락, 피부, 손톱 등 서로 다른 시기를 반영하는 생체 조직분석이 가능하며, 이를 바탕으로 식생활, 환경 등 당시 생활상을 복원할 수 있는 매우 중요한 자료이다. 본 연구에서는 문경 흥덕동 회곽묘에서 출토된 조선시대 미라에서 추출한 뼈 콜라겐과 머리카락 케라틴의 탄소와 질소 안정동위원소 분석을 수행하였으며, 국내 출토 미라에 안정동위원소 분석을 적용한 첫 사례이다. 우리가 섭취하는 식료의 종류에 따라 뼈와 머리카락 등 인체 조직에는 그 특유의 탄소와 질소 안정동위원소 정보가 기록되며, 그 비율은 시간이 경과하여도 변하지 않는 것으로 알려져 있다. 특히 뼈에서 추출된 콜라겐이라는 단백질은 생애 전주기의 평균 식생활을 추적할 수 있으며, 머리카락의 케라틴의 경우 길이에 따라 죽기 전 몇 달에서 몇 년의 식생활 정보를 담고 있다. 미라 조직의 안정동위원소 분석 결과 그 평균값은 다음과 같다(뼈 콜라겐(${\delta}^{13}C$=-19.0‰, ${\delta}^{15}N$=11.4‰), 머리카락 케라틴(${\delta}^{13}C$=-21.3‰, ${\delta}^{15}N$=14.3‰). 탄소 안정동위원소 값으로부터 생애 주기 동안 주로 $C_3$ 작물 위주의 식생활을 하였다는 것을 예측할 수 있었으며, 특히 질소 안정동위원소 값의 경우 머리카락의 값이 뼈 콜라겐의 값보다 2.9‰ 높게 나타난 것으로 미루어 볼 때 생애 전반에 걸친 영양 상태보다 죽기 전 몇 달 동안 육류 섭취 등으로 인한 단백질 섭취량이 높았다는 것을 추정할 수 있었다.
This study reports the stable carbon and nitrogen isotope of mummy, the preserved human time capsule from Joseon Dynasty. The stable isotopic composition of biological tissue is expected to be a direct and constant function of diet because the stable isotope ratios do not decay or change in abundanc...
This study reports the stable carbon and nitrogen isotope of mummy, the preserved human time capsule from Joseon Dynasty. The stable isotopic composition of biological tissue is expected to be a direct and constant function of diet because the stable isotope ratios do not decay or change in abundance through time. Over the past three decades, stable carbon and nitrogen isotope analysis has been extensively applied for archaeological topics. However, this is the first case in Korean mummy to extract palaeodietary information using stable isotope analysis. We extracted isotopic information from bone collagen and hair keratin, which reflects the lifetime average diet and short-term diet, respectively. The average values of ${\delta}^{13}C$ and ${\delta}^{15}N$ values are -19.0‰ and 11.4‰ (bone collagen), and -21.3‰ and 14.3‰ (hair keratin). Stable carbon isotope shows a mainly $C_3$-based diet from cradle to grave. On the other hand, there is significant difference in stable nitrogen isotope which implies a relatively enriched diet before death. We expect this study opens up a potential to understand the palaeodietary lifestyle in Joseon Dynasty.
This study reports the stable carbon and nitrogen isotope of mummy, the preserved human time capsule from Joseon Dynasty. The stable isotopic composition of biological tissue is expected to be a direct and constant function of diet because the stable isotope ratios do not decay or change in abundance through time. Over the past three decades, stable carbon and nitrogen isotope analysis has been extensively applied for archaeological topics. However, this is the first case in Korean mummy to extract palaeodietary information using stable isotope analysis. We extracted isotopic information from bone collagen and hair keratin, which reflects the lifetime average diet and short-term diet, respectively. The average values of ${\delta}^{13}C$ and ${\delta}^{15}N$ values are -19.0‰ and 11.4‰ (bone collagen), and -21.3‰ and 14.3‰ (hair keratin). Stable carbon isotope shows a mainly $C_3$-based diet from cradle to grave. On the other hand, there is significant difference in stable nitrogen isotope which implies a relatively enriched diet before death. We expect this study opens up a potential to understand the palaeodietary lifestyle in Joseon Dynasty.
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문제 정의
본 연구는 국내 출토 미라 조직의 안정동위원소 분석을 시도한 첫 사례로 뼈에서 추출된 콜라겐과 머리카락 케라틴 정보로부터 과거 식생활 정보를 복원하고자 하였다. 특히 뼈에서 추출된 콜라겐이라는 단백질로부터 생애 전주기의 평균 식생활을 추적할 수 있으며, 머리카락의 케라틴의 경우 길이에 따라 죽기 전 몇 달에서 몇 년의 식생활 정보를 담고 있다.
지금까지 우리나라에서 출토된 미라를 통해 고기생충 연구, 복식사, 질병 등 의학적인 연구는 활발하게 이루어져왔으나, 식생활 연구를 위해 직접 조직의 안정동위원소 분석을 수행한 사례가 없었기 때문에, 본 연구는 매우 의미 있는 시작이라 할 수 있다. 본 연구는 국내 출토 미라의 안정동위원소 분석을 시도한 첫 사례로 뼈에서 추출한 콜라겐과 머리카락의 케라틴 정보로부터 과거 식생활에 관한 정보를 복원하고자 한다. 옛날 사람들이 섭취했던 음식은 그 시대의 식생활, 생계 경제, 영양 상태, 환경, 질병, 계층 등 사회의 다양한 측면을 반영하고 있다.
참고), 조선 시대 여성으로 전체적으로 미라화되어 시신의 보존 상태는 양호하였지만, 발목 이하 부분은 부패되어 백골이 드러난 상태였다. 본 연구에서는 안정동위원소 분석을 위하여 미라의 뼈와 머리카락 일부를 채취하여 분석을 수행하였다. 미라의 머리카락과 비교 연구를 위하여 현대 여성의 머리카락을 기증 받아 분석을 진행하였다.
미라의 생존 시 식생활을 복원하기 위해서 추출된 뼈 콜라겐과 머리카락 케라틴의 탄소 · 질소 안정동위 원소 분석을 진행하였다. 뼈 콜라겐의 경우 죽기 전 10~30년의 평균 식생활을, 유전적인 요인에 따른 차이는 있지만 한달에 약 1 cm 정도 자라는 것으로 알려져 있는 머리카락27의 경우 죽기 직전 몇달 동안의 식생활 변화 등 생애 주기에 따른 식생활 변화를 추적하고자 하였다.
제안 방법
29 미라는 오랜 매장 기간을 거치면서 조직이 손상되었을 것이라 추정되며, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 머리카락의 표면을 현대 여성 머리카락의 표면을 관찰하였다(Fig. 2). Fig.
미라와 현대 여성 머리카락의 수직 단면을 부채꼴 모양으로 절단한 후 시편을 에폭시 수지로 고정한 다음에 표면을 연마하여 관찰용 시료를 제작하였다. 금도금(gold coating)을 한 다음 일본 Jeol사의 주사전자현미경(JSM-5910LV)을 이용하여 15 kV에서 이차전자상(SEI)을 관찰하였다.
미라와 현대 여성 머리카락의 수직 단면을 부채꼴 모양으로 절단한 후 시편을 에폭시 수지로 고정한 다음에 표면을 연마하여 관찰용 시료를 제작하였다. 금도금(gold coating)을 한 다음 일본 Jeol사의 주사전자현미경(JSM-5910LV)을 이용하여 15 kV에서 이차전자상(SEI)을 관찰하였다.
미라의 생존 시 식생활을 복원하기 위해서 추출된 뼈 콜라겐과 머리카락 케라틴의 탄소 · 질소 안정동위 원소 분석을 진행하였다.
분석을 통해 얻은 δ13C와 δ15N 값들 가운데 ‘콜라겐’ 질 평가지수’(‘콜라겐’ 수율, 탄소와 질소의 비율 등)에 합격한 값들만 분석 결과로 활용하였다.
추출된 콜라겐과 케라틴은 안정동위원소 질량분석기(Delta V Isotope Ratio Mass Spectrometer, Thermo Scientific)에 연결된 탄소·질소 원소분석기로 분석하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 안정동위원소 분석을 위하여 미라의 뼈와 머리카락 일부를 채취하여 분석을 수행하였다. 미라의 머리카락과 비교 연구를 위하여 현대 여성의 머리카락을 기증 받아 분석을 진행하였다.
본 연구의 대상은 문경 흥덕동 회곽묘에서 발견된 미라이며(Fig. 1. 참고), 조선 시대 여성으로 전체적으로 미라화되어 시신의 보존 상태는 양호하였지만, 발목 이하 부분은 부패되어 백골이 드러난 상태였다. 본 연구에서는 안정동위원소 분석을 위하여 미라의 뼈와 머리카락 일부를 채취하여 분석을 수행하였다.
안정동위원소비는 국제표준시료를 기준으로 측정되며, 무거운 동위원소와 가벼운 동위원소의 비율인 δ값을 편차천분율(‰, parts per thousand)로 나타내고, 수식은 다음과 같다. 탄소 안정동위원소의 경우 VPDB(Vienna Pee Dee Belemnite), 질소 안정동위원소의 경우 대기 중의 질소 가스(AIR)를 국제표준시료로 사용한다.17
데이터처리
추출된 콜라겐과 케라틴은 안정동위원소 질량분석기(Delta V Isotope Ratio Mass Spectrometer, Thermo Scientific)에 연결된 탄소·질소 원소분석기로 분석하였다. 모든 시료는 2회 분석한 평균값을 사용하였다. δ13C와 δ15N은 각각 VPDB와 AIR의 국제표준시료를 기준으로 측정되어 편차천분(‰)으로 표시하였으며, 분석 정밀도는 ±0.
성능/효과
(1)과 (2)는 머리카락의 수직 단면을, (3)과 (4)는 수평으로 된 표면의 이미지를 보여준다. Fig. 2를 보면 미라 여성과 현대 여성의 머리카락 모두 큐티클 층 표면에 비늘(scale)을 확인할 수 있으며, 미라의 머리카락의 경우에도 비교적 손상정도가 심하지 않다는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 미라 머리카락의 경우 침착물들이 관찰되었으며, 현대 머리카락에 비해 그 두께가 가늘어진 것을 확인할 수 있었다.
마지막으로 Fig. 5의 현대 여성 4 명의 머리카락과 비교해 볼 때 탄소 안정동위원소 값에서는 유의미한 차이가 없으나, 질소 안정동위원소 값의 경우 미라의 δ15N 값이 2.9‰ 높았으며, 이는 물론 식습관과 개인차가 존재하지만 문경 흥덕동에서 발견된 조선시대 여성의 경우 자원한 현대 여성 4명에 비하여 한 단계 정도의 영양 단계가 높았음을 확인할 수 있었다.
문경 흥덕동에서 발견된 조선시대 여성 미라의 경우 뼈 콜라겐과 머리카락 케라틴에 반영된 탄소 안정동위원소 값으로부터 주된 식료 후보물질이 C3 식물(-34~-22‰)군임을 알 수 있었다.
식료가 이를 섭취한 사람의 조직, 특히 뼈 콜라겐에 전달될 때 탄소 안정동위원소는 약 5‰, 질소 안정동위원소는 약 3~5‰ 높아지며, 특히 질소 안정동위원소의 경우 식물, 초식동물, 잡식동물, 육식동물 등 그 영양 단계가 올라감에 따라 각 단계마다 역시 3~5‰의 증가를 보인다는 결과를 발표하였다.
후속연구
앞서 언급한 바와 같이 뼈 또는 머리카락의 안정동위원소 분석으로 고식생활을 복원하기 위해서는 우선 식료 후보 물질들이 유의미한 동위원소 비율 차이를 나타내야 하며, 사후 매장 환경에서 유입된 것이 아닌 생존 시의 정보를 추출해야 하고, 이를 검증할 수 있는 질 평가지수(quality indicator)가 정립된 조직에 적용해야 한다. 따라서 본 전제 조건이 충족되고, 식료가 이를 섭취한 사람의 조직에 기록될 때 동위원소 적으로 어떠한 차이를 보이는지에 대한 충분한 이해가 가능하다면, 당시 사람들의 식생활과 영양 상태에 관한 정보를 복원할 수 있을 것이다.
3‰)의 질소 안정동위원소값에서 유의미한 차이를 나타냈으며, 이로부터 생애 전반에 걸친 영양 상태보다 죽기 전 몇 달 동안 육류 섭취 등으로 인한 단백질 섭취량이 높았다는 것을 추정할 수 있다. 또한 조선시대 고문헌과 고조리서에서도 확인할 수 있듯이 쌀과 잡곡 등 C3 식물과 육류를 주로 섭취하였다고 추정할 수 있으며, 본 연구를 시작으로 국내에서 출토된 미라 조직의 안정동위원소 분석으로 과거 식생활을 복원하는 연구 결과들이 축적될 것이라 기대된다.
앞서 언급한 바와 같이 뼈 또는 머리카락의 안정동위원소 분석으로 고식생활을 복원하기 위해서는 우선 식료 후보 물질들이 유의미한 동위원소 비율 차이를 나타내야 하며, 사후 매장 환경에서 유입된 것이 아닌 생존 시의 정보를 추출해야 하고, 이를 검증할 수 있는 질 평가지수(quality indicator)가 정립된 조직에 적용해야 한다. 따라서 본 전제 조건이 충족되고, 식료가 이를 섭취한 사람의 조직에 기록될 때 동위원소 적으로 어떠한 차이를 보이는지에 대한 충분한 이해가 가능하다면, 당시 사람들의 식생활과 영양 상태에 관한 정보를 복원할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
옛날 사람들이 섭취했던 음식은 무엇을 반영하고 있는가?
본 연구는 국내 출토 미라의 안정동위원소 분석을 시도한 첫 사례로 뼈에서 추출한 콜라겐과 머리카락의 케라틴 정보로부터 과거 식생활에 관한 정보를 복원하고자 한다. 옛날 사람들이 섭취했던 음식은 그 시대의 식생활, 생계 경제, 영양 상태, 환경, 질병, 계층 등 사회의 다양한 측면을 반영하고 있다. 특히 그 중에서도 음식물을 섭취했던 사람 조직의 탄소와 질소 안정동위원소 분석을 통해 직접적인 식료 섭취에 관한 정보 제공이 가능하다.
외치는 무엇인가?
해외에서는 알프스 티롤 지역에서 발견된 5300년전 미라인 아이스맨 ‘외치(Ötzi)’의 발견으로 인해 미라 연구가 더욱 활발하게 진행되었으며, 미라의 전체 게놈 서열의 해독으로 외치의 기원과 혈액형 연구,1-2 외치의 장에 남아있는 잔존물의 DNA 분석3 및 방사선학적 분석4으로부터 그가 먹었던 마지막 식사에 관한 추정, 외치의 뼈에서 추출한 탄소, 산소, 스트론튬 동위원소와 미량원소 분석으로 외치의 마지막 주소, 거주지에 관한 연구5등 다각적인 관점에서 연구가 수행되었다. 이 외에도 페루 아야쿠초(Ayacucho) 유적에서 발견된 미라의 뼈, 피부, 근육의 탄소·질소 안정동위원소 분석으로 당시 식생활과 생계경제의 추정,6페루 출토 미라의 머리카락과 손톱 케라틴 탄소·질소 안정동위원소 분석으로 계절성,7이동성에 따른 식생활 변화 연구8등 고식생활 연구 역시 활발하게 진행되고 있다.
안정동위원소의 경우 이론적으로 시간이 지나도 동위원소 분획 과정에 따라 비율리 변하지 않기 떄문에 무엇이 가능한가?
사람이나 동물 등 탄소와 질소를 포함하고 있는 생물체의 경우 그들이 섭취한 음식이나 환경 등으로 인한 동위원소 분획 과정을 거치면서 그 특유의 신호를 갖게 된다.16 특히 안정동위원소의 경우 이론적으로는 시간이 지나도 그 비율이 변하지 않기 때문에 그 화학 신호의 해석을 통해 당시의 식생활 복원이 가능하다. 지난 35년간 고식생활 연구 분야는 안정동위원소 분석 중에서도 특히 탄소와 질소 안정동위원소를 중심으로 활발한 연구가 진행되어 왔다.
참고문헌 (31)
L. Ermini, C. Olivieri, E. Rizzi, G. Corti, R. Bonnal, P. Soares, S. Luciani, I. Marota, G. D. Bellis, M. B. Richards and F. Rollo, Current. Biology, 18, 1687-1693 (2005).
A. Keller, A. Graefen, M. Ball, M. Matzas, V. Boisguerin, F. Maixner, P. Leidinger, C. Backes, R. Khairat, M. Forster, B. Stade, A. Franke, J. Mayer, J. Spangler, S. McLaughlin, M. Shah, C. Lee, T. T. Harkins, A. Sartori, A. M. Estrada, B. Henn, M. Sikora, O. Semino, J. Chiaroni, S. Rootsi, N. M. Myres, V. M. Cabrera, P. A. Underhill, C. D. Bustamante, E. E. Vigl, M. Samadelli, G. Cipollini, J. Haas, H. Katus, B. D. O'Connor, M. R. J. Carlson, B. Meder, N. Blin, E. Meese, C. M. Pusch and A. Zink, Nature Commun., 3, 698 (2012).
D. H. Shin, C. S. Oha, S. J. Lee, E. J. Lee, S. G. Yim, M. J. Kim, Y. S. Kim, S. D. Lee, Y. S. Lee, H. J. Lee and M. Seo, J. Archaeol Sci., 39, 1103-1110 (2012).
S. H. Ambrose and L. Norr, In 'Prehistoric human bone - Archaeology at the molecular level', J. B. Lambert, G. Grupe, Eds., p1, Springer-Verlag, Berlin, 1993.
L. Tieszen and T. Fagre, In 'Prehistoric human bone - Archaeology at the molecular level', J.B. Lambert, G. Grupe, Eds., p121, Springer-Verlag, Berlin, 1993.
J. Y. Shin and J. J. Lee, J. Kore. Archaeological Soc., 70, 84-109 (2009).
S. Jim, S. H. Ambrose and R. P. Evershed, Geochim Cosmochim Acta., 68, 61-72 (2004).
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