뼈, 뿔, 치아의 AMS 연대측정

뼈 – 신체의 큰 뼈 중에서 피질 골이 가장 좋습니다. (대퇴골, 경골, 팔 뼈 위 부분. 턱뼈, 두개골 판, 가끔 갈비뼈). 구상 관절 (Ball and Sockets)이나 척추골 또는 이런 연골 종류는 척박한 자연 환경에서 쉽게 상해서 연대 측정을 하는데 필요한 콜라겐이 충분하지 않을 수 있습니다. 새나 물고기 뼈의 경우, 충분한 시료가 필요하므로 연락 바랍니다.

조류 뼈의 저밀도로 인해, 단위당 콜라겐의 량이 다른 동물의 뼈에 비해 상당히 적으며, 또한 조류 뼈의 양 자체가 상당히 작습니다. 보존 상태가 좋은 경우, 300 밀리그램 이하의 시료로 연대측정에 성공한 적이 많이 있습니다. 추가로 음식의 기원, 저수지 영향 (reservoir effects)을 고려해 봐야 합니다.

치아 – 사람의 치아인 경우 가장 좋은 시료는 완전한 앞니나 송곳니 한개 입니다. 만약에 어금니를 보낼 경우, 4개의 치근이 모두 붙어 있어야 합니다. 동물의 이빨인 경우, 시료 크기는 어떤 동물인가에 따라 다른데, 만약 포유 동물이라면 이빨 하나면 충분하며, 작은 동물의 경우는 적절한 수에 대해 본 연구소와 상의 바랍니다.

뿔 종류 – 뿔의 조각, 부스러기, 혹은 가루 중 어떤 것을 시료로 보낼 건지 본 연구소와 상의 바랍니다.

저희 연구소는 추출된 콜라겐으로 연대 측정을 합니다만, 최종 보고서에는 “뼈의 콜라겐”이라는 표기 대신 “유기 물질(Organic)”이라 표기합니다. 이유는 ISO/IEC 17025:2017 승인 규정 때문인데, 이 규정에 따르면 만약에 저희 연구소 실험실에서 직접 화학적 사전 처리와 추출 작업을 하지 않으면 연대측정할 물질의 상세 명칭을 명시할 수 없으며, 이는 시료에 미친 각 단계에서 이미 승인 범위와 저희 연구소의 통제 한도를 벗어났기 때문입니다.

추출된 콜라겐의 경우, 바로 지퍼 백에 담지 말고, 알루미늄 포일로 싸거나, 뚜껑이 있는 플라스틱/유리 바이알 병에 담은 다음에 지퍼 백에 담습니다.

방사성탄소 분석을 위한 에나멜의 유기물 함량이 너무 적습니다. 저희 연구소는 에나멜을 연대 측정할 때 탄산염 조각을 분석합니다. AMS 연대측정하기 위해서는 치아 1개면 충분합니다.

물, 혹은 물기 많은 퇴적물(sediments)에 잠겨있던 뼈 – 이런 시료들은 시료 제출 전 우선 연락 바랍니다. 물은 콜라겐 단백질을 아주 쉽게 침출시켜 단지 뼈 탄산염 (Carbonate)만 남겨놓습니다. 이런 뼈에는 콜라겐이 거의 없습니다.

시료 제출 전 드릴로 구멍을 내거나 가루를 만든 뼈 시료들은 정확한 결과 도출을 위한 전처리 과정을 제대로 할 수 없습니다. 따라서 저희 연구소는 시료 제출 전 드릴로 구멍을 내거나 가루로 만드는 것을 권장하지 않습니다. 시료 제출 전 구멍을 냈거나 가루로 만들었던 뼈 시료들은 구멍을 내거나 가루로 만들기 전에 오염원이 달라붙거나 끼지 않게 깨끗이 해야 합니다. 이 작업은 물리적 표면 연마와 화학적 처리로 인해 많은 시간을 필요로 합니다.

화장 안된 상태의 뼈 시료의 전처리 과정은 시료의 콜라겐 추출로 부터 시작합니다. 콜라겐의 육안 검사와 추출로 품질 검사를 합니다.

우선 시료가 얼마나 깨지기 쉬운지부터 조사합니다. 아주 연약하다는 것은 콜라겐 조각 (인회석의 크리스탈 형태에서 보강 물질 역할을 해주는 뼈의 기본 단백질)이 없을 수 있다는 것을 말해줍니다.

콜라겐의 보존 상태를 확인하기 위해 외부 노출 부위의 화학적, 물리적 제거 후, 모든 인회석이나 탄산염을 제거하기 위해 희석된 찬 산으로 탈염 작업을 합니다. 그리고 콜라겐을 분리하고 뿌리 여부를 확인합니다. 산 용액을 보충하면 모든 뿌리들이 제거됩니다.

이 상태에서 정밀 육안 검사를 합니다. 만약 보존 상태가 안좋으면 저희 연구소는 추가 작업 진행 여부를 의논하기 위해 고객에게 연락을 취합니다. 유안 검사를 통과하면, 휴믹 산이나 다른 유기 오염 물질을 제거하기 위해 가성소다 (NaOH)로 처리합니다. 이 단계에서 콜라겐이 많이 손상되기도 하지만 연대측정을 위한 깨끗한 시료를 제공해 줍니다. 최종 산 세척 후, 콜라겐을 건조시키고, d13C를 측정합니다. 이 값이 정상적이면 AMS 연대측정을 진행합니다. 이 값이 정상적이지 않으면, 추가 진행 여부를 의논하기 위해 고객에게 연락을 취하게 됩니다.

알칼리 세척 시행 여부와 상관없이 콜라겐 추출 가능합니다. 알칼리 세척을 한다는 것은 이차 유기산의 제거를 위해 가성 소다 (NaOH)로 추가적인 전처리하는 것입니다. 알칼리 세척을 하지 않는다는 것은 보존 상태가 좋지 않기 때문에, 즉 하게 되면 모든 유기물을 잃게 될지도 모르기 때문에 가성 소다로 전처리 단계를 건너 뛴다는 것을 말합니다.

한외 여과법이란 휴믹 산을 제거하기 위한 추가적인 수단으로 고해상도의 초 미세 필터를 통해 콜라겐을 여과시키는 방법입니다. 이 한외 여과법을 원하시면 추가 비용이 발생하므로 자세한 내용은 연락주기기 바랍니다.

참고 사항 – 한외 여과법 자체가 방사성탄소 연대측정의 정확성을 항상 향상시키는 것은 아닙니다. 이 추가 전처리 과정은 시료의 탄소를 “분별시키는” (“fractionates”) 것입니다. 기본적인 이론은 휴믹 산은 필터를 통과하지만 콜라겐은 통과시키지 않고 남아있다는 것입니다. 콜라겐의 보존 상태에 따라 이 이론이 항상 적용되는 것이 아닙니다. 한외 여과법을 거친 시료들의 연대측정 결과치가 알카리 콜라겐 추출한 시료들보다 더 젊게도 나오고, 더 오래된 것으로 나오기도 합니다. 따라서 뼈의 매장 상태, 보존 상태, 오염 정도 등이 이 추가 전처리 과정의 유용성을 결정하게 됩니다.

저온으로 가열된 (600도 이하) 뼈들은 보통 외부와 내부 표면이 검정색, 파란색, 회색을 띄며, 이것은 모든 지방과 단백질이 타서 없어지지 않았다는 것과 오스테오칼신 (osteocalcin)이 탄산염으로 완전히 전환되지 않았다는 것을 보여줍니다.

가열 정도, 매장 조건등이 AMS 연대측정 여부를 최종적으로 결정하게 됩니다. 이렇게 가열된 상태의 뼈에서 어떤 것을 회복할 수 있는지 예측불허입니다. 간혹 연대측정 가능한 콜라겐이 남아있을 수도 있고, 또 어떤 경우에는 유기물을 확보할 수 있지만 이것이 콜라겐인지 여부를 확인할 수 없습니다. 이런 “뼈의 잔여 유기물” (residual bone organics) 분석은 적절한 AMS 연대측정 결과를 도출하지만 해석상에 유의해야 합니다. <.p>

전처리 과정 – 콜라겐 추출 (Collagen extraction), 산/알카리/산 세척 (acid/alkali/acid wash)

전처리 과정을 거친 결과 연대측정에 적합하지 않을 경우, 취소 수수료가 부과되지 않습니다.

고온의 가열은 시료의 역사에서 아주 유용한 사건일 수 있습니다. 콜라겐이 탄화될 정도로 뜨거운 열이 가해졌다면 뼈의 탄소는 매우 안정적이며, 오염에 저항력이 있으며, 목탄 시료에 적용하는 것과 같이 산과 알카리로 충분한 전처리 과정으로 오염원을 제거할 수 있습니다.

내부와 외부가 완전 탄화된 상태의 뼈들은 마치 목탄처럼 생겼습니다. 이런 상태의 뼈들은 아주 오랜 시간 동안 600도 이하에서 적은 농도의 산소로 탄화됩니다. 오스테오칼신 (osteocalcin)이 모두 탄서 없어지고 탄화된 지방과 단백질 (콜라겐)만 남겨 놓습니다. 이런 형태의 뼈들은 쉽게 연대측정 가능하지만 전처리 과정 중 탄산염 제거를 위한 산 침출에 한계가 있을 수 있습니다. 대부분 채집 장소에 많이 존재하는 휴믹 산 제거를 위한 알카리 추출하기에 너무 쉽게 부서집니다.

탄회된 뼈 시료가 좋은 연대측정 결과를 나오게 할 지 여부는 탄화된 정도에 따라 다릅니다. 저온 상태로 오랫동안 가열된 뼈 시료들은 특별한 주의를 기울여야 합니다. 탄화된 단백질을 가지고 있는 뼈 시료들은 AMS 연대측정하기에 가장 좋은 시료들입니다. 이 경우, 탄소들은 부패되지 않으며, 실험실에서 완전 전처리 과정을 거칠 수 있습니다. 일부만 탄화된 단백징을 가진 뼈들은 대부분 손상을 입었거나 부패되었을 수 있으며, 이런 경우, 실험실에서 완전한 전처리 과정 (단백질 판별 과정)을 할 수가 없습니다.

일반적으로 뼈가 전체적으로 하얗게 탈색되어 있다면 탄화된 콜라겐이 존재치 않습니다. 뼈가 검거나 푸른 색을 띄고 있으면 남아있는 탄화된 상태의 콜라겐으로 연대측정 가능성이 조금은 있을 수 있습니다만 정확히 아는 방법은 전처리를 해봐야 합니다.

전처리 과정을 거친 후 연대측정이 불가할 경우, 취소 수수료가 부과되지 않습니다.

전처리 과정 – 산/알카리/산 세척 (acid/alkali/acid wash)

가열되지 않은 상태의 뼈는 콜라겐 단백질 추출에 의한 전처리를 해야 합니다. 이것이 화장되지 않은 상태의 뼈가 연대측정할 수 있는 가장 믿을만한 물질입니다.

보존된 콜라겐의 보존 상태와 품질이 아주 중요합니다. 전처리 과정 중 판단할 수 있습니다. 만약 콜라겐의 품질이 좋은 경우 전처리 (산/알카리/산 세척) 를 계속 하지만 상태가 좋지 않으면, 분석 취소를 위해 고객에게 연락을 취하게 됩니다.

콜라겐의 초기 평가 후, 탄소 13/ 탄소 12 비율 분석을 위해 말립니다. 분석 결과가 좋으면 AMS 연대측정을 진행하며, 분석 결과가 좋지 않으면 고객의 요청에 따라 AMS 연대측정을 취소합니다. 전처리 과정을 거친 후 연대측정이 불가할 경우, 취소 수수료가 부과되지 않습니다.

산/알카리/산 세척 후 콜라겐 추출 작업 (요청시 한외 여과법 진행)

아주 오랫동안 600도 이상의 고열로 가열된 뼈들로 모든 콜라겐, 지방, 단백질이 날아가 버린 상태입니다. 이런 뼌들은 전형적으로 흰생이며, 반으로 쪼개면 안쪽 역시 완전 흰색입니다.

600도 이상 가열되면, 뼈에 있는 오스테오칼신 (osteocalcin)이 탄산염으로 전환되며, 이것으로 연대측정 할 수 있습니다. 이런 탄산염 구조물은 일단 화장이 되고나면 변화에 굉장히 강하며 쉽게 오염되지 않습니다. 따라서 AMS 연대측정 결과가 믿을만 합니다.

이런 탄화된 콜라겐이 없을 경우, 화장된 뼈의 탄산염 조각으로 연대측정하는 방법이 있습니다. 이 방법은 2000년에 열린 17차 국제 방사성탄소 회의 (International Radiocarbon Conference)에서 발표되어 인정을 받았습니다. 여러 연구에 의하면 많이 가열된 뼈의 탄산염과 이것과 관련된 목탄과 상당히 일치한다는 것을 보여주었습니다. 이 방법은 콜라겐이나 탄화된 콜라겐이 없는 경우에만 적용할 수 있습니다.

최근 연구에 따르면 별도의 뼈 부분에서 생긴 탄산염은 불완전 화장에 의한 것일지로 모른다는 보여주기도 합니다. 이것을 실험해 보기 위해서 뼈의 두 부분의 탄산염 발생을 실험해 봅니다. 만약 비슷하다면, AMS 연대측정을 계속하지만, 탄산염 발생이 일치하지 않으면 고객은 분석 의뢰를 취소하거나 비슷한 연대가 나오는지 확인하기 위해 두 부분을 별도 AMS 연대측정을 할 수 있다. (2개의 분석 비용 부과)

탄산염 조각들의 연대측정은 콜라겐이나 탄화된 콜라겐이 없을 경우에만 하는 것이 좋습니다. 하지만 오염된 탄산염이 완전히 제거되었는지 여부를 확신할 수 없어 주의를 해야 합니다. 가열하는 동안 모든 탄산염이 제거되었다면 남아있는 산화칼슘 (calcium oxide)이 연료의 이산화탄소와 반응했을 수도 있으며, 이런 경우 연료의 고목 효과 (old wood effect)의 가능성도 고려해 봐야 합니다.