Μελέτη απολιθωμάτων αρκούδας από το σπήλαιο Λουτρών Αλμωπίας με χρήση ισοτοπικών μεθόδων και διαγενετικών δεικτών: μια νέα προσέγγιση των παλαιοπεριβαλλοντικών συνθηκών

Abstract

This dissertation studies fossil bones and teeth of the cave bear U. ingressus from Loutra Almopias Cave (Greece), in order to collect information regarding the diet of this extinct species as well as the reconstruction of the palaeoenvironmental conditions. Aiming to decipher the suitability of the fossil samples and the authenticity of their isotopic signal, a thorough diagenetic study was undertaken. Subsequently, isotopic analysis took place including fossil bones and teeth, modern bones and teeth, surface waters for the modern habitat of brown bear (Ursus arctos) and surface waters from the region of Loutra Almopias Cave. The diagenetic study comprised the study of the fossil samples by X-ray diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Similar analytical approach was applied to the modern samples in order to use the results as reference and also to decipher their reliability, in cases of scarce information. Based on the multimethodological results, their relationships, the parameters that were calculated and their correlation with the isotopic results, specific samples were discarded from the isotopic study, due to the diagenetically altered original isotopic fingerprint. The palaeoenvironmental reconstruction was developed based on the rest of the sample collection. In the context of the isotopic study (δ13C και δ18Ο), the inorganic part (bioapatite) of the fossil and modern bones and teeth was analyzed. The isotopic ratios of carbon were used for the palaeodiet determination, comparing the results with literature data of European Pleistocene arctoids as well as with the modern brown bear. The carbon isotope composition showed that U. ingressus was mainly an omnivorous animal, with terrestrial or more possibly aquatic protein in its diet. In the contrary, the dominant herbivorous diet of modern brown bear is confirmed, with minor protein component. Based on the oxygen isotopic signal of the bioapatite of the modern brown bear, the waters from its habitat and the bioapatite of the fossil samples of the U. ingressus, certain relationships were established that connect the oxygen isotope ratio of bones and teeth with the water that U. ingressus consumed. Those relationships include the consumed water as the sole modulating factor of the body isotope composition. The palaeoclimatic reconstruction indicates colder conditions in comparison to the modern ones in Loutra Almopias Cave area. This conclusion is in accordance with the age of the fossil samples (42.361 years cal BP).

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν οστά και δόντια αρκούδας του είδους U. ingressus πλειστοκαινικής περιόδου, που εντοπίστηκαν κατά τη διάρκεια παλαιοντολογικών ανασκαφών στο Σπήλαιο Λουτρών Αλμωπίας, για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικών με τη δίαιτα του εξαφανισμένου αυτού είδους και την ανασύσταση των παλαιοπεριβαλλοντικών συνθηκών. Για να διαπιστωθεί η καταλληλότητα των απολιθωμένων δειγμάτων και η αυθεντικότητα του ισοτοπικού τους σήματος, πραγματοποιήθηκε λεπτομερής διαγενετική μελέτη. Στη συνέχεια αναλύθηκαν ισοτοπικά απολιθωμένα οστά και δόντια, σύγχρονα οστά και δόντια, νερά της περιοχής όπου διαβιώνει σήμερα η καφέ αρκούδα (Ursus arctos) και νερά της περιοχής του Σπηλαίου Λουτρών Αλμωπίας. Στο πλαίσιο της διαγενετικής μελέτης, το σύνολο των απολιθωμένων δειγμάτων εξετάστηκε με τις μεθόδους της περίθλασης ακτίνων-Χ (X-Ray Diffraction – XRD), φασματοσκοπίας υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (Fourier Transform - InfraRed spectroscopy, FTIR) και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (Scanning Electron Microscope - SEM). Οι ίδιες μέθοδοι εφαρμόστηκαν και σε δείγματα οστών και δοντιών της σύγχρονης καφέ αρκούδας, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν πιλοτικά και παράλληλα να αποσαφηνιστεί η ποιότητα ορισμένων εξ αυτών λόγω ελλιπών πληροφοριών. Βάσει των αποτελεσμάτων των μεθόδων, της μεταξύ τους σχέσης, των παραμέτρων που υπολογίστηκαν από αυτές και της σύγκρισής τους με τα αποτελέσματα των ισοτοπικών αναλύσεων, ορισμένα από τα δείγματα της παρούσας μελέτης κρίθηκαν ακατάλληλα, καθώς οι διαγενετικές διεργασίες πιθανά αλλοίωσαν το αρχικό ισοτοπικό τους σήμα. Τα υπόλοιπα δείγματα χρησιμοποιήθηκαν στην ισοτοπική μελέτη ανασύστασης του παλαιοπεριβάλλοντος. Στο πλαίσιο της ισοτοπικής μελέτης (δ13C και δ18Ο), αναλύθηκε το ανόργανο μέρος των οστών και των δοντιών (βιοαπατίτης) σύγχρονων και απολιθωμένων δειγμάτων. Οι ισοτοπικές τιμές του άνθρακα χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή πληροφοριών της παλαιοδιατροφής, συγκρίνοντας τα αποτελέσματα με βιβλιογραφικά δεδομένα πλειστοκαινικών αρκτοειδών της Ευρώπης, καθώς και με τη σύγχρονη καφέ αρκούδα που διαβιώνει στον ελλαδικό χώρο. Οι ισοτοπικές τιμές του άνθρακα έδειξαν ότι η U. ingressus ακολουθούσε μια παμφαγική διατροφή, με συμμετοχή πρωτεΐνης χερσαίας ή πιο πιθανά ποτάμιας προέλευσης. Αντιθέτως επιβεβαιώνεται η κυρίαρχη φυτοφαγική δίαιτα της σύγχρονης καφέ αρκούδας, με μικρότερη συμμετοχή πρωτεΐνης σε σχέση με την πλειστοκαινική αρκούδα U. ingressus του Σπηλαίου Λουτρών Αλμωπίας. Βάσει των ισοτοπικών τιμών του οξυγόνου του βιοαπατίτη της σύγχρονης καφέ αρκούδας, των νερών της περιοχής που διαβιώνει και του απολιθωμένου υλικού της U. ingressus, κατασκευάστηκαν εξισώσεις που συνδέουν την ισοτοπική τιμή του οξυγόνου των οστών και των δοντιών με το νερό που κατανάλωσε η U. ingressus. Οι ευθείες που προκύπτουν από τις εξισώσεις περιλαμβάνουν ως μόνο παράγοντα διαμόρφωσης της ισοτοπικής τιμής του νερού του σώματος, το νερό που καταναλώνεται. Η παλαιοκλιματική ανασύσταση υποδεικνύει ψυχρότερες συνθήκες σε σχέση με τις συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή τη σύγχρονη εποχή. Το συμπέρασμα αυτό βρίσκεται σε αρμονία με την εκτίμηση της ηλικίας των απολιθωμάτων (42.361 χρόνια πριν από σήμερα).