Vakaiden isotooppien käytön periaatteet ravitsemustutkimuksessa

Transkriptio

1 Vakaiden isotooppien käytön periaatteet ravitsemustutkimuksessa Mikko Kiljunen Raisio

2 Mitä ovat vakaat isotoopit? Alkuaineen isotoopit ovat atomeja, joissa on sama määrä protoneja, mutta eri määrä neutroneja massa vaihtelee Radioisotoopit' ( 14 C) hajoavat lähettäen säteilyä Vakaat isotoopit ( 12 C and 13 C) eivät hajoa, koska neutronien ja protonien yhdistelmä on pysyvä.

3 Mikä on δ-arvo alkuaine Mitattu suhde (R) % raskas % kevyt vety 2 H/ 1 H H/ 1 H hiili 13 C/ 12 C Kansainväinen standardi R, kansainvälinen standardi δ arvo Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW) δ D Standard Light Antarctic Precipitation (SLAP) Vienna Pee Dee Belemnite (VPDB) δ 13 C typpi 15 N/ 14 N Air δ 15 N happi 18 O/ 16 O O/ 16 O 18 O/ 16 O rikki 34 S/ 32 S Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW) δ 18 O Vienna Pee Dee Belemnite (VPDB) Standard Light Antarctic Precipitation (SLAP) Canyon Diablo Triolite (CDT) δ 34 S Mitattavan näytteen ja standardin erot ovat hyvin pieniä ero ilmoitetaan promille-yksikköinä ( ), δ-arvona δ 13 C näyte = {( 13 C/ 12 C näyte) / ( 13 C/ 12 C standardi) - 1} x 1000 Näyte jolla R > standardi R saa positiivisen delta arvon (rikastunut, enriched) Näyte jolla R < standardi R saa negatiivisen delta arvon (köyhtynyt, depleted) Brian Fry, Stable Isotope Ecology, 2008

4 Isotooppikoostumus luonnossa Geologia Ravintoketju rikastuminen profundal invertebrates crayfish >9 m crayfish 6-9 m crayfish 3-6 m crayfish 0-3 m Fotosynteesi δ15n 8 6 Vesikemia Pelagial sources littoral invertebrates 4 perifyton/biofilm 2 terrestrial detritus 0 Ruokonen et al δ13c

5 Vakaiden isotooppien fraktinaatio Tasapainoreaktiot Reaktionopeus sama molempiin suuntiin, esimerkiksi CO 2 vaihto merien ja ilmakehän välillä Kineettiset reaktiot Systeemi ei ole tasapainotilassa, jolloin reaktiotuotteet erottuvat fyysisesti lähtöaineista, biologiset prosessit Lähtöaine Raskaat isotoopit köyhtyvät reaktiotuoteessa Raskaat isotoopit rikastuvat jäännöksessä

6 Isotooppien sekoittuminen (mixing) Isotoopit sekoittuvat kun kaksi tai useampia lähtöaineita yhdistyvät Malleilla voidaan arvioida lähtöaineisen osuutta seoksessa esim. ravintokohteiden osuutta kuluttajan kudoksesta Lähtöaineilla pitää olla erilaiset isotooppikoostumukset!!! Source 1 Mixture Brian Fry, Stable Isotope Ecology, 2008

7 Menetelmää käytetty paljon ekologiassa 1. Ravintoketjutason mittaaminen Perustuu δ 15 N rikastumiseen ravintoketjussa 2. Ravinto-osuuksien laskeminen (mixing models) Kuluttaja kudoksen isotooppikoostumus (seos) kuvaa ravinnon koostumusta (lähteet) You are what you eat (DeNiro & Epstein 1978) useiden ravintokohteiden osuus kuluttajan ravinnosta voidaan arvioida (assimiloitu ravinto) 3. Vaellusmarkkerit Perustuu isotooppi arvojen maantieteelliseen vaihteluun KÄYTTÖ RAVITSEMUSTUTKIMUKSESSA VÄHÄISTÄ??!!

8 Mallintaminen (Mixing models) värien sekoittamista Monimutkaisempaa käytännössä Lähteiden määrä Fraktinaatio Lähteiden erot Lähde Punainen 1 δ 13 C = % δ 13 C = % Keltainen Lähde 2 δ 13 C = -20 Oranssi Seos

9 Yksinkertaisin malli -11 C 3 kasvit biisoni C 4 kasvit X Y δ 13 C -6 f X =(-6/-11) f Y = 1- f X f X = 0.54, f Y = 0.46 Biisonit assimiloivat 54% C 3 and 46% C 4 kasveja

10 Esimerkki luonnosta Taimenen ravinto: >35 cm Eläinplankton 10 cm Selkärankaiset Kalat Jensen et al. 2013

11 Isotoopit kuvaavat assimilaatiota 0.80 Jensen et al Proportion FISH BENTHIC INVERTEBRATES Isotooppitulokset -assimilaatio >34.9 ZOOPLANKTON -pitkän ajan KA 100 Brown trout length (cm) VS. Percentage of diet (%) < >35.0 Brown trout Arctic charr Whitefish Surface insects Benthic invertebrates Benthic zooplankton Zooplankton Vatsa-analyysi -Ravinnonotto - Snap shot Brown trout length (cm)

12 Sovellettavuus ravitsemustutkimukseen Kalajauho Assimilaatio δ 15 N H:0, K:50, M:50 =Kalan kudos h H:33, K:33, M:33 =Annettu rehu Härkäpapu H:60, K:20, M:20 Maissi δ 13 C

13 Uusia menetelmiä Amino- ja rasvahappojen isotooppianalytiikka Voidaan estimoida yksittäisten AH ja RH käyttöä Vaatii vielä perustutkimusta lähteiden eroista Vielä varsin kallista

14 You are what you eat (DeNiro & Epstein 1978) Giuseppe Arcimboldo (1591) Andy Council (2007) KIITOS!