Reconstruction et étude de la variabilité du régime alimentaire des sociétés préhispaniques de la basse vallée de Santa, Pérou

Ce projet de recherche porte principalement sur la reconstruction du régime alimentaire à l’aide d’une approche paléochimique. Des analyses isotopiques du carbone de l’azote ont été réalisées sur le collagène des os sur un échantillon de trente-huit individus provenant de trois sites différents de la basse vallée de Santa, sur la côte nord du Pérou : El Castillo, Guadalupito et Huaca China. Parmi les individus sélectionnés, certains sont affiliés aux groupes des Gallinazo, des Mochica, des Tanguche ou des Chimú couvrant ainsi la Période intermédiaire ancienne, l’Horizon moyen et la Période intermédiaire récente. L’approche isotopique a été utilisée afin de caractériser dans un premier temps, le régime alimentaire de la population globale en la comparant à d’autres groupes préhispaniques de l’Aire andine. Les résultats obtenus sur trente-deux individus suggèrent une alimentation variée incluant le maïs ainsi que des ressources marines, illustrant que ces groupes agriculteurs exploitaient les deux types d’écosystèmes à leur portée. Ces résultats sont supportés par l’analyse du carbone sur l’apatite pour cinq individus. Le second but fut d’étudier la variabilité du régime alimentaire entre les différents individus de l’échantillon, en fonction de la période d’occupation, du site de provenance, de l’affiliation culturelle, de l’âge et du sexe et du statut social. La petite taille de l’échantillon a limité considérablement la discussion de ces différents paramètres. Il a toutefois été possible de remarquer un accès aux ressources riches en protéines plus avantageux pour les hommes et la présence de possibles différences dans l’alimentation chez les individus juvéniles. Finalement, la confrontation des données funéraires à la reconstruction du régime alimentaire a été faite pour cinq cas particuliers de pratiques funéraires provenant du site El Castillo, premier centre régional de la civilisation Mochica dans la basse vallée de Santa. Dans tous les cas, le régime alimentaire suggéré par les compositions isotopiques supporte les interprétations des statuts sociaux de ces individus faites à partir des contextes funéraires.

Caractérisation du cycle et des sources d'azote dans les lacs tempérés par l'utilisation d'isotopes stables

Nous avons étudié l’application de plusieurs mesures d’isotopes stables afin de caractériser les processus du cycle de l’azote et les sources d’azote dans les lacs tempérés à diverses échelles spatiales et temporelles. Les résultats d’une étude à travers 65 lacs sur un gradient trophique ont démontré que le ratio d’isotopes stables d’azote (δ15N) des sédiments de surface est un indicateur de l’importance relative des sources d’azote anthropique, mais que ce ratio peut être altéré par la diagenèse. La mesure du δ15N des sédiments demeure néanmoins un outil permettant de déterminer à long terme le changement des charges en azote anthropique aux écosystèmes lacustres et les causes de l’eutrophisation de ces systèmes. Nos résultats d’une étude sur la variation saisonnière de plusieurs isotopes stables dans trois lacs peu profonds situés sur un gradient trophique et ayant différents régimes de stratification ont démontré que cette approche est prometteuse dans les lacs mésotrophes et stratifiés. Dans ces systèmes, le δ15N de la matière organique particulaire (MOP) aurait le potentiel de déterminer les sources d’azote assimilées par le phytoplancton. Cependant les mesures d’isotopes stables du carbone (δ13C) et du ratio C:N indiquent que les apports de matières organiques du bassin versant peuvent altérer les relations observées. Nous avons également constaté une déviation de la relation 1:1 entre les isotopes stables d’azote et d’oxygène (δ18O) du nitrate (NO3-) indiquant son assimilation et sa nitrification simultanée. Cette application est particulièrement prometteuse puisque la nitrification est méconnue dans les lacs et peut exacerber les effets de l’eutrophisation.

Nutrition et état de santé : études paléochimique et paléopathologique de la population exhumée du cimetière protestant Saint-Matthew, ville de Québec, Canada (1771-1860)

Quatre-vingt-quinze squelettes humains issus des fouilles archéologiques du cimetière protestant Saint-Matthew (ville de Québec, 1771-1860) ont été étudiés en associant deux aspects de la paléonutrition : la paléochimie et la paléopathologie. Le but de cette recherche est d’explorer la relation entre nutrition et état de santé pour cette population préindustrielle. Des informations directes sur l’alimentation ont été recueillies par l’analyse des isotopes stables du carbone et de l’azote du collagène des os, et des informations indirectes ont été obtenues par une quantification de l’état de santé des individus. Les méthodes paléopathologiques utilisées sont celles de l’« indice de santé » (Steckel et al., 2002) pour la comparaison interpopulationnelle, puis des méthodes comprenant des degrés de sévérité plus précis afin d’étudier les variations intrapopulationnelles. L’analyse de ces données atteste d’un état de santé relativement mauvais par comparaison avec d’autres groupes nord-américains contemporains, malgré une alimentation similaire. Des différences alimentaires ont été observées en fonction des données paléodémographiques (âge, sexe), mettant notamment en évidence une variabilité temporelle dans la réalisation du processus de sevrage. De plus, un régime alimentaire moins riche en ressources C4 (maïs, sucre de canne) et en ressources animales (viande, poissons, produits laitiers) a été constaté pour les enfants entre 2 et 7 ans par rapport aux individus plus vieux. Enfin, une relation possible entre la sévérité de certaines pathologies (cribra orbitalia et périostite) et la consommation des ressources alimentaires en C4 et/ou marines et riches en protéines a été observée.

Chasseurs de bisons : apports de l’archéozoologie et de la biogéochimie isotopique à l’étude palethnographique et paléoéthologique du gisement épigravettien d’Amvrosievka (Ukraine)

Réalisé en cotutelle avec le Département de Préhistoire du Muséum national d’Histoire naturelle (Paris, France), École doctorale « Sciences de la nature et de l’Homme » (ED 227)

El Tropel, un sitio arqueológico del Clásico en el Occidente Mesoamericano.

Cette recherche doctorale a été réalisée dans le cadre d’un projet de sauvetage archéologique à Villa de Álvarez, dans l’état de Colima (Mexique). Dans la zone géographique à l’étude, plusieurs traces indiquant la présence de contextes funéraires ont été relevées par le passé, mais aucun de ces sites n’a fait l’objet d’un rapport archéologique. L’état de Colima est connu pour ses tombes à puits (tumbas de tiro), ses céramiques de manufacture typique, ainsi que pour les fameux « chiens de Colima ». Malgré la relation entre ces objets et les contextes funéraires, peu d’études se sont attardées à comprendre la composante biologique de ces contextes, c’est-à-dire les êtres humains. Ainsi, la richesse du projet de sauvetage archéologique nous a donné l’opportunité de structurer un projet de recherche de thèse doctorale beaucoup plus profond en ce qui concerne un des sujets les plus importants de cette région mésoaméricaine : les traditions funéraires. C’est de cette façon, à la lumière des résultats particuliers obtenus sur le site du Tropel, que nous avons décidé de travailler les liens culturels existants entre ce dernier, la région de Colima, l’Ouest mésoaméricain et l’aire culturelle dans son ensemble. La campagne de fouille ainsi menée a permis la récupération de vingt-six individus de différents sexes et âges. Au moins quatre périodes d’occupation ont été enregistrées sur le site. La présence humaine sur le site s’étend donc de 339AD à 682 AD (datations au radiocarbone sur trois individus du site El Tropel), ce qui correspond à la phase archéologique Comala à Colima. L’abondance d’artefacts de cette phase dans les quatre strates culturelles du site a permis de réaliser une datation relative en relation avec l’apparition et la fréquence de céramiques d’autres phases culturelles connues : Ortices, Colima, Armería y Chanal. Concernant les pratiques funéraires, la fouille a permis de constater le traitement des cadavres avant, pendant et après l’enterrement des défunts. Bien que des contextes funéraires similaires aient déjà été mentionnés dans la région, aucun d’entre eux n’a pu être identifié clairement. Ces traitements funéraires démontrent l’existence chez les anciens habitants de Colima d’une transmission des connaissances concernant l’anatomie, les processus de décomposition des cadavres, et même possiblement d’un culte des os humains. Une étude ostéologique a été menée sur les squelettes afin de documenter les aspects démographiques, pathologiques, sociaux et économiques de la population du site. Parmi les éléments les plus significatifs de l’étude, il est possible de mentionner la présence de certaines pathologies peu connues dans cette région de la Mésoamérique telles que la syphilis et la tuberculose. Des déformations crâniennes ont aussi été observées, ainsi que la présence d’un déformateur crânien en céramique. De plus, de nombreuses données ont été relevées concernant la présence d’os wormiens sur les crânes déformés artificiellement. Finalement, des analyses d’isotopes stables ont été pratiquées sur des os des individus, ainsi que sur des os de chiens et de cerfs retrouvés sur le site, afin de mieux connaître l’alimentation et la vie des communautés anciennes de la région.

Carbon metabolism in transgenic roots with altered levels of hexokinase and triosephosphate isomerase and growing under different nitrogen status

Ce projet a pour but d’évaluer la capacité de la voie des pentoses phosphates (VPP) dans les racines transgéniques de pomme de terre (Solanum tuberosum) modifiées pour exprimer différents niveaux de l'hexokinase (HK) et de la triosephosphate isomérase cytosolique (cTPI). Dans les racines, la VPP alimente la voie de l’assimilation de l’azote en equivalents réducteurs et permet donc la biosynthèse des acides aminés. Le glucose-6-phosphate produit par l’HK est consommé par la partie oxydative de la VPP catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH) et la 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGDH). Les changements dans l'expression de HK et cTPI peuvent affecter le fonctionnement de la VPP et les mécanismes qui sont liés à l’utilisation des équivalents réducteurs produits par la VPP, comme l'assimilation de l’azote et la synthèse des acides aminés. Afin d’évaluer l’effet des manipulations génétiques de l’HK et de la cTPI sur l’assimilation de l’azote, nous avons cultivé les racines transgéniques sur des milieux contenant des concentrations élevées (7 mM) ou basses (0,7 mM) de nitrate d’ammonium comme source d’azote. Les résultats montrent que la culture sur un milieu riche en azote induit les activités G6PDH et 6PGDH. Les données montrent que la capacité de la VPP est plus grande avec des niveaux élevés en HK ou en cTPI. Nous avons aussi pu démontrer une plus grande activité spécifique de l’HK dans les conditions pauvres en azote. Ces données ont été complémentées par des mesures des pools d’acides aminés dans les racines transgéniques cultivées sur différents niveaux d’azote. Aucune tendance notable des pools d’acides aminés n’a été remarquée dans les racines modifiées pour leur contenu en HK suggèrant que la manipulation de HK n’affecte pas l'assimilation de l’azote. Dans les racines transgéniques modifiées pour la cTPI, les ratios Gln/Glu et Asn/Asp sont plus élevés chez les clones antisens, indiquant une assimilation de l’azote plus élevée. Ces résultats ont démontré l'activation de l'assimilation de l’azote chez les clones antisens cTPI dans les conditions élevées et basses d’azote alors que la manipulation de l’HK n’affecte pas l’assimilation de l’azote.

Mercure, arsenic et sélénium au Burkina Faso : bioaccumulation, transfert trophique dans les systèmes aquatiques et évaluation de bioaccessibilité chez les humains

L’extraction aurifère est l’une des activités humaines qui a fortement accru l’émission de contaminants métalliques dans l’environnement. Le mercure (Hg), l’arsenic (As) et le sélénium (Se) sont 3 polluants métalliques de grande toxicité environnementale. En milieu aquatique, ils peuvent subir des transformations menant à des composés capables de bioaccumulation et de bioamplification. Il peut en résulter des concentrations 106 fois celle mesurée dans l’eau chez les poissons et les organismes situés en haut des chaînes alimentaires posant de ce fait de graves menaces pour la santé de ces organismes ainsi que leurs consommateurs y compris les humains. Cette étude a évalué les teneurs en Hg, As et Se dans les milieux aquatiques au Burkina Faso, une région d’Afrique sub-saharienne soumise à une exploitation minière intensive. Le risque potentiel pour les organismes aquatiques et les humains a été évalué en considérant les effets des interactions antagonistes Se/Hg et As/Se. La bioaccumulation et le transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques sont également décrits. L’exposition au Hg de poissons par les humains a été également évalué au laboratoire par mesure de la bioaccessibilité comme équivalent de la biodisponibilité par simulation de la digestion humaine. En général, les milieux aquatiques étudiés étaient peu affectés par ces 3 métal(loïd)s bien que certaines espèces de poisson issus des réservoirs les plus profonds indiquent des teneurs de Hg au dessus de 500 ngHg/g (poids frais) recommandé par l’OMS. Ces niveaux sont susceptibles de présenter des risques toxicologiques pour les poissons et pour leurs consommateurs. En considérant l’antagonisme Se/Hg, 99 % des échantillons de poisson seraient moins exposés à la toxicité du Hg dû à la présence simultanée du sélénium dans le milieu et pourraient être consommés sans risque. Cependant, les effets potentiels de l’antagonisme As/Se pourraient réduire les effets bénéfiques du Se et ramener cette proportion à 83 %. L’application des mesures de signatures en isotopes stables d’azote (δ15N) et de carbone (δ13C) des organismes aquatiques a permis le traçage des voies de transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques. On y observe des chaînes trophiques très courtes (3 - 4 niveaux trophiques) et des poissons majoritairement benthiques. L’approche isotopique n’a cependant pas permis de détecter les variations saisonnières des niveaux de contamination en Hg des poissons. L’exploration des contenus stomacaux des poissons a permis de mieux expliquer la baisse des concentrations en Hg et Se observées chez certains poissons au cours de la saison sèche en lien avec la variation de la composition des proies que l’analyse isotopique n’a pas cerné. L’étude suggère que l’analyse de contenus stomacaux ainsi que l’étude de la dynamique des communautés d’invertébrés couplées à celle des métaux pourraient améliorer la compréhension du fonctionnement des écosystèmes étudiés. Enfin, l’évaluation expérimentale de l’exposition au Hg indique que les modes de traitement avant consommation ainsi que l’usage de composés alimentaires tels le thé, le café lors de repas de poisson par certaines communautés humaines ont un impact sur la bioaccessibilité du Hg de poisson. Ces résultats, sous réserve de validation par des modèles animaux, suggèrent la prise en compte des habitudes alimentaires des communautés dans l’élaboration adéquat des avis de consommation de poisson.

Immigration et alimentation à Montréal aux XVIIe et XVIIIe siècles : essai d’interprétation à partir d’analyses isotopiques sur des populations archéologiques

Afin d’étudier l’influence de la migration sur l’alimentation à Montréal aux XVIIe et XVIIIe siècles, 64 individus de la collection du cimetière Notre-Dame, daté de 1691 à 1796, ont fait l’objet d’analyses ostéologiques et isotopiques. Les analyses isotopiques ont portées sur le carbone (d13C) et l’azote (d15N) du collagène des os, ainsi que sur le d13C et l’oxygène (d18O) du carbonate de l’apatite des os et des dents (prémolaires et troisièmes molaires). Le d18O des dents a permis de définir approximativement trois régions d’origine (région de Montréal, région enrichie en 18O (i.e. Acadie, Louisiane, Nouvelle-Angleterre, France, Antilles et Afrique) et région appauvrie en 18O (intérieur des terres et plus au nord) pour 58 individus, et sept possibles parcours migratoire (N=27). Plus de la moitié de l’échantillon est composé d’individus possiblement natifs de Montréal (55 %). De plus, les résultats indiquent que les gens étaient peu mobiles avant l’âge de 16 ans. Toutefois, 12 individus ont entrepris des déplacements entre 7 et 16 ans, majoritairement d’un environnement enrichi vers Montréal (N=5) ou de Montréal vers une région appauvrie (N=5). L’âge de recrutement des mousses sur les navires, la traite de la fourrure, la coupe du bois et possiblement aussi l’esclavage pourraient expliquer cette « jeune » migration. Sur le plan alimentaire, les végétaux de type C3, la viande nourrie aux ressources C3 et le poisson faisaient partie du menu montréalais. Les plantes C4 (majoritairement maïs mais aussi sucre de canne [rhum]) étaient consommées en quantité variable. La question de l’influence de la migration sur l’alimentation n’a pu être explorée en profondeur en raison de contraintes liées à la contamination du d18O du carbonate des os. La combinaison des données ostéologiques et isotopiques à la distribution spatiale des sépultures, a permis d’étudier un aspect de l’archéologie funéraire à l’échelle individuelle (identité possible), sans toutefois fournir de résultats probants, à l’échelle du cimetière et de son organisation globale.

Essai de détection de processus migratoires à travers les isotopes de strontium et d’oxygène : étude des restes humains du cimetière Saint-Matthew (Québec, 1771-1860)

Afin de distinguer les immigrants de première génération des individus nés à Québec et de discuter de l’identité des immigrants de cette ville aux XVIIIe et XIXe siècles, trente-quatre squelettes humains exhumés du cimetière protestant Saint-Matthew (Québec, 1771-1860) ont fait l’objet d’analyses ostéologiques et isotopiques du strontium (87Sr/86Sr) et de l’oxygène (δ18O). Les teneurs obtenues, bien que moins précises que les données historiques, ont permis de distinguer trois groupes d’origine, soit les individus nés à Québec (N = 12), les immigrants de première génération provenant le plus probablement des îles Britanniques et du nord de la France (N = 19) et les immigrants de première génération dont l’origine ne peut être précisée (N = 3). De plus, l’origine écossaise de certains individus a pu être suggérée en fonction de compositions isotopiques variant entre -10,0 et -9,09 % vs VSMOW. La comparaison des groupes d’origine à des données provenant de sources historiques et d’une étude antérieure a permis de dresser un portrait de l’identité des immigrants, à la fois sur les plans populationnel et individuel. De plus, les compositions isotopiques (δ18O, 87Sr/86Sr, δ13C et δ15N) nous laissent croire qu’au moins un individu pourrait être d’origine amérindienne et qu’un autre proviendrait d’une partie de l’Europe plus appauvrie en 18O (possiblement un pays scandinave ou une région alpine). La distribution spatiale des sépultures nous a également permis d’émettre des hypothèses sur les liens familiaux et sociaux d’immigrants inhumés en caveaux ou entassés de façon particulièrement modeste.

Studies on lipid production of microalgae under mixotrophic growth, utilizing glycerol as a carbon source, combined with nitrogen starvation

Rampant increases in oil prices and detrimental effects of fossil fuels on the environment have been the main impetus for the development of environmentally friendly and sustainable energy sources. Amongst the many possibilities, microalgae have been proposed as a new alternative energy source to fossil fuels, as their growth is both sustainable and ecologically safe. By definition, microalgae are unicellular photosynthetic microorganisms containing chlorophyll a. These organisms are capable of producing large quantities of oils, surpassing that of traditional oil-seed crops, which can be transformed, through chemical processes, into biofuels such as biodiesel or bio-gasoline. Thus, recent research has gone into discovering high lipid producing algal strains, optimising growth media for increased lipid production and developing metabolic engineering to make microalgae a source of biofuel that is competitive to more traditional sources of biofuel and even to fossil fuel. In this context, the research reported here focused on using a mixotrophic growth mode as a way to increase lipid production for certain strains of microalgae. In addition, nitrogen starvation combined with mixotrophy was studied to analyse its effects on lipid production. Mixotrophy is the parallel usage of two trophic modes, in our case photoautotrophy and heterotrophy. Consequently, 12 algal strains were screened for mixotrophic growth, using glycerol as a carbon source. Glycerol is a waste product of the current biodiesel industry; it is a cheap and abundant carbon source present in many metabolic pathways. From this initial screening, several strains were chosen for subsequent experiments involving nitrogen starvation. Nitrogen starvation has been shown to induce lipid accumulation. The results obtained show that a mixotrophic growth mode, using glycerol as a carbon source, enhances lipid production for certain strains. Moreover, lipid enhancement was shown for nitrogen starvation combined with mixotrophic growth mode. This was dependant on time spent under nitrogen starvation and on initial concentrations of the nitrogen source.