Isotoopideks nimetatakse ühe keemilise elemendi aatomeid, mis erinevad massiarvu poolest. Neid esineb eluslooduse esindajates erineval hulgal ja see varieeruvus talletub muu hulgas meie kehadesse läbi söödud toidu. See teadmine loob võimaluse uurida, millist päritolu toit – kas loomne või taimne – on domineerinud erinevatel ajastutel elanud inimese toitumises, kirjutab õpilaste teadusajakirja Akadeemiake toimetaja ja ravimiameti bioloogiliste preparaatide osakonna spetsialist Pille Säälik. 

Elo Joandi Miina Härma Gümnaasiumist uuris isotoopanalüüsi abil, kas ja mil määral saab uurida inimese toitumist tema juustes esinevas valgus keratiinis olevate süsiniku ja lämmastiku isotoopide hulga põhjal. 

Joandi uurimistööst selgus, et taimetoitlasi, sealhulgas veganeid, on võimalik kõigesööjatest ehk omnivooridest selgelt eristada küll lämmastiku, kuid mitte süsiniku isotoopide hulkade põhjal. Uurimuses kasutas ta nii tänapäeva kui ka minevikus elanud inimeste juukseid.

Menüü jääb pähe

Aine aatomi tuum koosneb prootonitest ja neutronitest. Prootonite arv määrab keemilise elemendi ja on justkui selle isikukood. Seevastu neutronite arv tuumas võib ühe keemilise elemendi piires varieeruda. Erineva neutronite arvuga sama keemilise elemendi aatomeid nimetatakse isotoopideks. Isotoope tuntakse juba ligi sada aastat, kuid arheoloogilistesse uuringutesse jõudis nende kasutamine mitu aastakümmet hiljem. 

1970. aastatel leiti, et eri fotosünteesi tüüpe (niinimetatud C3- ja C4-tüüpi) kasutavates taimedes on süsiniku isotoope ¹²C ja ¹³C erineval hulgal. C4-tüüpi taimed moodustavad ligikaudu viis protsenti maailma taimeliikidest ning nende hulka kuuluvad teiste seas tuntud toidutaimed mais, hirss ja suhkruroog. 

Kuna isotoobid talletuvad ka inimese koostises olevas luu kollageenis, saab inimsäilmete ¹³C sisaldust isotoopanalüüsiga uurides teha järeldusi tema toidulaual olnu kohta. Omnivooride puhul on näiteks leitud, et nende luude ¹⁵N sisaldus on suurem kui veganitel. Paradoksaalselt on ¹⁵N hulk suurem nälginud inimeste luudes.

Elo Joandi uurimistöö peamine eesmärk oli uurida, kuivõrd peegeldab juuste keemiline koostis kaasaja ja minevikus elanud inimese toitumisharjumusi. Selleks uuris ta kolme minevikus elanud ja mitme praegu elava isiku juustes olevaid lämmastiku ja süsiniku raskete isotoopide (¹⁵N ja ¹³C) hulki. 

Üks minevikus elanud isik, kellelt uuritud juuksed pärinesid, oli 18. sajandi keskel Luunjas elanud Anna von Igelström. Teine oli Tartu raehärra Jacob Friedrich Telleri matusekabelist pärinev naisterahvas ehk 18.–19. sajandil elanud niinimetatud Telleri proua. Kolmas mineviku-uuritav oli baltisakslasest orientalisti ja maadeuurija Otto Friedrich von Richteri omanduses olnud Egiptuse muumia: kahe- kuni nelja-aastane poiss, kes elas umbes 350.–50. eKr. 

Tänapäeva inimeste juuste isotoopanalüüsiks kogus Elo juukseproove taimetoitlastelt, veganitelt ja omnivoorse toitumisega inimestelt. 

Uurimistöö tulemused näitasid, et tänapäeva inimeste puhul võimaldab juuste ¹⁵N isotoopanalüüs kergesti veganeid ja omnivoore eristada, kuid ¹³C abil seda teha ei saa. Minevikus elanud isikute juukseproovide analüüsil selgus, et lämmastiku ja süsiniku raskete isotoopide hulgad olid tänapäeva inimeste proovide väärtustest oluliselt kõrgemad. 

Tulemused lubavad eeldada, et nii Anna von Igelströmi kui ka Telleri kabeli proua toidus oli lihal ja kalal suur osakaal. Muumiapoisi toit võis tema lühikese elu jooksul samuti olla merelise päritoluga ning enne surma võis tal elus ette tulla näljaperiood, mis samuti uuritud lämmastiku isotoobi sisaldust suurendab.

Lisaks leidis Joandi oma töö raames isotoopanalüüsiks mitu erinevat kõige sobivamat juuste töötlusviisi – need aitavad tõhustada selle mitut teadusharu kaasava valdkonna edasisi uuringuid.

Elo Joandi õpilasuurimust "Toitumise tuvastamine juuste isotoopanalüüside põhjal: kaasaja ja arheoloogilise materjali juhtumiuuring" juhendasid Mari Tõrv, Ester Oras ja Holar Sepp Tartu Ülikoolist ja Miina Härma Gümnaasiumis õpetaja Helen Semilarski. Töö saavutas Eesti Teadusagentuuri õpilaste teadustööde konkursil gümnaasiumiastmes 1. preemia, Eesti Geograafia Seltsi ja Eesti Ajaloomuuseumi eriauhinnad ning esindas Eestit 2023. a septembris toimunud Euroopa Liidu noorte teadlaste konkursil (EUCYS) Brüsselis. Töö täispika versiooniga saab tutvuda õpilaste teadusajakirjas Akadeemiake.