Isotope geochemistry has become a fundamental tool in (paleo)ecological and (zoo)archaeological research. The measurement of both stable and radiogenic isotopes on faunal skeletal tissues offers insights into their past life-histories that would otherwise remain unknown. Advances in analytical and geostatistical tools now enable the investigation of different aspects of animal (paleo)ecology, including (seasonal) movements, habitat preferences and dietary shifts, while also shedding light on human-animal interactions in changing environments. The focus of this work is on 87Sr/86Sr, δ18O and δ13C isotope analyses of tooth enamel and bones, applying different spatial resolutions to a diverse range of faunal remains spanning from the Middle Pleistocene to modern times. In some cases, complementary analyses, such as amelogenin, ZooMS and aDNA, were carried out in external laboratories when required to address specific research questions. 87Sr/86Sr isotope analysis were performed using a Multi-Collector Inductively-Coupled Mass Spectrometer (MC-ICP-MS), also coupled to a laser ablation system (LA-MC-ICPMS) for in situ spatially-resolved measurements. Both bulk and sequential δ18O and δ13C stable isotope analyses were conducted by Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS). The case studies are presented in chronological order starting from the most ancient. The first case study deals with the extinct straight-tusked elephant (Palaeoloxodon antiquus). The ecology of this species is explored through in situ high-resolution 87Sr/86Sr and sequential C-O isotope analyses of P. antiquus molars from the Last Interglacial site of Neumark-Nord (Saxony-Anhalt, Germany). In the second case study, isotopic analyses of Palaeolithic ibex (Capra ibex) tooth enamel are presented, including bulk Sr and sequential C-O isotope analysis, alongside amelogenin and aDNA results. These analyses provide insights into ibex ecology and evolution at Riparo Dalmeri (TN, Italy) and into the paleoenvironment of the key Pleistocene-Holocene transition period. The third case study investigates Islamic ovicaprids through sequential Sr-C-O isotope analyses. These results paired with ZooMS analysis to distinguish sheep and goats offer new insights into the study of animal management strategies at the site of Kafir Kala (Samarkand, Uzbekistan) during the Early Medieval period. Finally, the fourth case study involves modern wild-shot moose from various locations across Sweden. Bulk Sr, C and O isotope analyses are conducted on bones and antlers to study moose ecology, including dietary habits and mobility behaviour, with the aim of providing a modern workflow for future (paleo)ecological and (zoo)archaeological studies. Additionally, the Appendix includes collaborative work with the University of Padua on the creation of the first Sr isoscape of southern Sardinia.

La geochimica isotopica è diventata uno strumento fondamentale nella ricerca (paleo)ecologica e (zoo)archeologica. La misurazione degli isotopi stabili e radiogenici sui tessuti scheletrici faunistici permette di indagare le loro storie di vita, altrimenti destinate a rimanere sconosciute. I progressi degli strumenti analitici e geostatistici consentono oggi di studiare diversi aspetti della (paleo)ecologia animale, tra cui gli spostamenti (anche stagionali), le preferenze di habitat e i cambiamenti nella dieta, facendo allo stesso tempo luce sulle interazioni uomo-animale in ambienti in continuo cambiamento. Al centro di questo lavoro ci sono le analisi isotopiche di 87Sr/86Sr, δ18O e δ13C su smalto dentale e ossa, applicate a diverse risoluzioni spaziali su una vasta gamma di resti faunistici datati dal Pleistocene medio ai tempi moderni. In alcuni casi, analisi complementari come quelle dell'amelogenina, della ZooMS e del DNA antico sono state eseguite in laboratori esterni se necessarie per rispondere a specifiche domande di ricerca. Le analisi degli isotopi 87Sr/86Sr sono state eseguite con uno spettrometro di massa multi-collettore con plasma accoppiato induttivamente (MC-ICP-MS), talvolta anche accoppiato a un sistema di ablazione laser (LA-MC-ICPMS) per misurazioni in situ ad alta risoluzione spaziale. Le analisi degli isotopi stabili δ18O e δ13C, sia bulk che sequenziali, sono state condotte mediante la spettrometria di massa per il rapporto isotopico (IRMS). I casi studio sono presentati in ordine cronologico partendo dal più antico. Il primo caso studio riguarda l'estinto elefante dalle zanne dritte (Palaeoloxodon antiquus). L'ecologia di questa specie viene esplorata attraverso analisi isotopiche 87Sr/86Sr in situ ad alta risoluzione e C-O sequenziali su molari di P. antiquus provenienti dal sito di Neumark-Nord (Ultimo Interglaciale, Sassonia-Anhalt, Germania). Nel secondo caso studio vengono presentate le analisi isotopiche condotte sullo smalto di denti di stambecco paleolitico (Capra ibex), comprendenti l'analisi 87Sr/86Sr bulk e l'analisi sequenziale degli isotopi C-O, insieme ai risultati dell'amelogenina e del DNA antico. Questi risultati forniscono approfondimenti sull'ecologia e l'evoluzione dello stambecco a Riparo Dalmeri (TN, Italia) e sul paleoambiente dell’importante periodo di transizione tra Pleistocene e Olocene. Il terzo caso studio è incentrato su ovicaprini islamici, il cui smalto dentale è stato oggetto di analisi Sr-C-O sequenziali. Questi risultati, combinati con l'analisi ZooMS per distinguere pecore e capre, offrono nuovi spunti per lo studio delle strategie di gestione degli animali nel sito di Kafir Kala (Samarcanda, Uzbekistan) durante il periodo altomedievale. Infine, il quarto caso studio riguarda alci moderne selvatiche abbattute in varie località della Svezia. Sono state condotte analisi isotopiche bulk di Sr, C e O su ossa e corna per studiare l'ecologia degli alci, comprese le abitudini alimentari e la mobilità, con l'obiettivo di fornire un esempio moderno utile per futuri studi (paleo)ecologici e (zoo)archeologici. Inoltre, l'Appendice comprende una collaborazione con l'Università di Padova per la creazione del primo isoscape Sr della Sardegna meridionale.

Comprendere le storie di vita degli animali: Analisi elementari e isotopiche di denti fossili ad alta risoluzione spaziale / Elena Armaroli , 2025 Jan 27. 37. ciclo, Anno Accademico 2023/2024.

Comprendere le storie di vita degli animali: Analisi elementari e isotopiche di denti fossili ad alta risoluzione spaziale

ARMAROLI, ELENA
2025

Abstract

Isotope geochemistry has become a fundamental tool in (paleo)ecological and (zoo)archaeological research. The measurement of both stable and radiogenic isotopes on faunal skeletal tissues offers insights into their past life-histories that would otherwise remain unknown. Advances in analytical and geostatistical tools now enable the investigation of different aspects of animal (paleo)ecology, including (seasonal) movements, habitat preferences and dietary shifts, while also shedding light on human-animal interactions in changing environments. The focus of this work is on 87Sr/86Sr, δ18O and δ13C isotope analyses of tooth enamel and bones, applying different spatial resolutions to a diverse range of faunal remains spanning from the Middle Pleistocene to modern times. In some cases, complementary analyses, such as amelogenin, ZooMS and aDNA, were carried out in external laboratories when required to address specific research questions. 87Sr/86Sr isotope analysis were performed using a Multi-Collector Inductively-Coupled Mass Spectrometer (MC-ICP-MS), also coupled to a laser ablation system (LA-MC-ICPMS) for in situ spatially-resolved measurements. Both bulk and sequential δ18O and δ13C stable isotope analyses were conducted by Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS). The case studies are presented in chronological order starting from the most ancient. The first case study deals with the extinct straight-tusked elephant (Palaeoloxodon antiquus). The ecology of this species is explored through in situ high-resolution 87Sr/86Sr and sequential C-O isotope analyses of P. antiquus molars from the Last Interglacial site of Neumark-Nord (Saxony-Anhalt, Germany). In the second case study, isotopic analyses of Palaeolithic ibex (Capra ibex) tooth enamel are presented, including bulk Sr and sequential C-O isotope analysis, alongside amelogenin and aDNA results. These analyses provide insights into ibex ecology and evolution at Riparo Dalmeri (TN, Italy) and into the paleoenvironment of the key Pleistocene-Holocene transition period. The third case study investigates Islamic ovicaprids through sequential Sr-C-O isotope analyses. These results paired with ZooMS analysis to distinguish sheep and goats offer new insights into the study of animal management strategies at the site of Kafir Kala (Samarkand, Uzbekistan) during the Early Medieval period. Finally, the fourth case study involves modern wild-shot moose from various locations across Sweden. Bulk Sr, C and O isotope analyses are conducted on bones and antlers to study moose ecology, including dietary habits and mobility behaviour, with the aim of providing a modern workflow for future (paleo)ecological and (zoo)archaeological studies. Additionally, the Appendix includes collaborative work with the University of Padua on the creation of the first Sr isoscape of southern Sardinia.
Understanding animal life-histories: Highly spatially resolved elemental and isotopic analyses of fossil teeth
27-gen-2025
CIPRIANI, Anna
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Descrizione: Tesi definitiva_Armaroli Elena
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