IRonBONE – Returning ‘metrics’ to osteometrics in burned human skeletal remains: estimating heat-induced dimensional change through spectroscopy

Duration: 2016-2018

Abstract: O objectivo deste projecto (IRonBONE – Infrared Spectroscopy on Burned Bone) consiste em utilizar técnicas de espectroscopia vibracional para a estimativa das alterações dimensionais em ossos e dentes queimados, nomeadamente as espectroscopias de infravermelho com transformadas de Fourier (Fourier Transform Infrared, FTIR) e a dispersão inelástica de neutrões (Inelastic Neutron Scattering, INS). Restos humanos esqueletizados são frequentemente encontrados em contextos arqueológicos e forenses. A sua importância para a investigação de populações do passado ou de casos forenses é indiscutível (ex.: atentados ao World Trade Centre). Porém, os bioantropólogos não têm sido muito bem-sucedidos na análise de restos queimados, devido às alterações térmicoinduzidas (ATI) que afectam negativamente a aplicação e fiabilidade dos métodos bioantropológicos [1]. Isto deve-se em parte à reduzida investigação envolvendo esqueletos queimados, requisito fundamental para a compreensão das ATI e para a avaliação do seu efeito na análise bioantropólogica. O projecto aqui proposto pretende solucionar parte deste problema.
A idade-à-morte, o sexo, a ancestralidade e a estatura são estimáveis metricamente. Porém, os dentes e ossos queimados a temperaturas elevadas apresentam alterações substanciais nas suas dimensões – redução ou expansão, apesar da última ser menos comum. Ambas interferem com a precisão da estimativa métrica porque esta é baseada em referências obtidas a partir de esqueletos não-queimados. Uma solução para este problema passa por estimar a alteração dimensional. Porém, ainda não existe nenhuma forma de o fazer quantitativamente. Beneficiando deste nicho de investigação, propomos aqui um método analítico apropriado.
A nossa premissa de investigação é que as alterações na estrutura de cristal de dentes e ossos são as principais responsáveis pelas alterações de dimensão. A correlação entre o índice de cristalinidade (CI) que mede a ordem, a tensão e a organização dos cristais dos dentes e ossos [2,3] e as alterações dimensionais térmico-induzidas será testada numa amostra de esqueletos humanos identificados. Quando submetidos ao calor, os cristais recristalizam-se, tornam-se maiores e com menos tensão. Isto permite inferir a temperatura aproximada a que os ossos foram sujeitos [2,4].
Para atingir o objectivo deste projecto, é vital o acesso a uma colecção identificada de esqueletos cuja idade-à-morte e sexo sejam conhecidos para que possíveis diferenças etárias e sexuais ao nível do CI sejam investigadas. Tal colecção está a ser preparada no Laboratório de Antropologia Forense (LAF) do Departamento de Ciências da Vida da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (UC), ao abrigo da investigação post-doc do IR (SFRH/BPD/84268/2012). Esta é a primeira colecção, a nível mundial, de esqueletos humanos sujeitos a queima controlada, e faz parte da Colecção de Esqueletos Identificados Século XXI (CEI/XXI) [5]. A sua existência possibilita a investigação aqui proposta.
A amostra mínima incluirá esqueletos de 40 indivíduos. Medições e amostras serão recolhidas em ossos e dentes de cada esqueleto, antes e após a queima. Factores possivelmente significativos como a temperatura e a duração da queima serão controlados em laboratório. As amostras serão analisadas por espectroscopia vibracional, principalmente através de espectroscopia FTIR. A técnica complementar de INS permitirá o acesso a informação adicional e não acessível por infravermelho, permitindo uma interpretação quantitativa mais fiável da diagénese do esqueleto submetido a queima. Esperamos encontrar uma correlação significativa entre o CI e a alteração dimensional térmico-induzida observada. Isso conduzirá à criação de modelos de regressão que permitam estimá-la quantitativamente. Tal teria um impacto imediato nos métodos bioantropológicos e a sua utilização tornar-se-ia daqui em diante um pré-requisito essencial em qualquer análise métrica envolvendo restos queimados. Quatro instituições estarão envolvidas: 1) o Centro de Investigação em Antropologia e Saúde (CIAS), um centro de excelência único em Portugal pelo seu foco na Antropologia Biológica e que aloja o equipamento para as queimas; 2) o LAF, que alberga a colecção CEI/XXI, singular no mundo por incluir esqueletos humanos queimados; 3) a Unidade de I&D – Química-Física Molecular da UC (QFM_UC), que aloja um laboratório de espectroscopia vibracional com equipamento de ponta que será usado para efectuar as análises de FTIR; e 4) a ISIS facility do Rutherford Appleton Laboratory (UK), que possui um dos mais potentes feixes de neutrões do mundo e o espectrómetro TOSCA para INS; 5) a Universidade de Cambridge (UCam), um centro de excelência em investigação na área da bioinformática. Se bem-sucedido, este projecto irá permitir análises mais fiáveis e esclarecedoras de restos esqueléticos queimados, o que terá importantes implicações nos campos da arqueologia e da ciência forense.

Coordinator: David Gonçalves

Reference: PTDC/IVC-ANT/1201/2014