Reuniting the remains of undocumented border crossers with their families through isotope analysis

Abstract

Deceased undocumented border crossers are some of the most difficult individuals to identify due to the inability to narrow down the region-of-origin and therefore to obtain family reference samples for DNA comparison. The isotopic compositions of various body tissues have been demonstrated to be useful biomarkers for tracking locations and movements to aid in the identification of human remains. Thus, together with the forensic anthropological methods used to establish the biological profile and determine other individualizing factors (antemortem trauma, pathological conditions, anatomical variants etc.), isotope analysis can provide investigative leads that may aid the identification process. For the research of the doctoral thesis Reuniting the Remains of Undocumented Border Crossers with Their Families Through Isotope Analysis, hair and water samples from across Mexico were analyzed in order to develop reference databases for various isotope systems to aid the identification efforts of undocumented border crosser remains from the Pima County Office of the Medical Examiner (Arizona, United States of America). Carbon, nitrogen, sulfur, lead, strontium, and oxygen isotope ratios were analyzed for the Mexican reference hair, and strontium, oxygen, and hydrogen in the Mexican tap water samples. Overall, the 87Sr/86Sr ratios in the human hair and tap water produced the most promising results. Despite the fact that Mexico is one of the largest bottled water consumers in the world, the 87Sr/86Sr ratios of human hair and tap water was strongly correlated (R2 = 0.87 for location averages and R2 = 0.80 when using individual data points). The δ13C, δ15N, and δ34S isotopic values showed some distinctive patterns, which are useful for coarsely eliminating regions of origin. This study detected geospatial patterning in the δ13C values of hair samples from Mexico as well as significant correlations with socioeconomic factors. No geospatial variation was detected in the δ15N and δ34S values, however, socioeconomic correlations were found. A δ13C isoscape was generated using a Geographic Information System (GIS) approach, which could in the future provide a tool to narrow down region-of-origin predictions (in combination with other isotope systems) and to document the travel history of unidentified individuals. The δ18O measured in the human reference hair demonstrated how challenging isotopic analyses can be and that there is a dire need for the further development of methods and methodological standardization. The isotopic values of the tap water show a strong relationship with geography as well as some influences by social and socioeconomic factors. Using δ2H and δ18O values, and a GIS approach, maps of predicted tap water isotope ratios (isoscapes) for Mexico were developed. Clear spatial variation is evident in the developed isoscapes. Besides the human hair and tap water reference samples, isotope analysis was also conducted on various body tissues (bone, teeth, and hair) of 16 undocumented border crossers recovered from Pima County, Arizona. Using the isotopic reference data and ArcGIS as well as R, several 87Sr/86Sr and δ18O isoscapes were developed, which then served as a reference for assigning possible regions of origins for these undocumented border crossers. Two of the undocumented border crosser cases were recently identified and were used to preliminarily test the effectiveness of these isoscape models. Both isoscapes proved successful in assigning the region-of-origin. While the region-of-origin assignment method used in this research has proven to be effective, it is pertinent to move towards using methods that take the prediction errors into account. This research will serve as a basis for various machine learning regression approaches, which will include multivariate models, and take into consideration various geological covariates, such as the underlying bedrock and weathering regime in order to enable future provenancing studies. Overall, this research closed the large spatial gap of available human hair and water 87Sr/86Sr ratios; human hair δ13C, δ15N and δ34S values; and tap water δ18O and δ2H values from North America. Nonetheless, it is pertinent to expand the reference samples to other known body tissue samples to establish potential relationships of human hair to body tissues more frequently examined in forensic anthropology casework, such as teeth and bones. This research further illustrates the importance of using a multi-isotope approach when provenancing (e.g. combine Sr and O isotopes).

Os migrantes mortos indocumentados são indivíduos de difícil identificação devido à incapacidade de restringir a região da qual são provenientes e, consequentemente, de obter amostras de referência da família para comparação de DNA. Contudo, as composições isotópicas de vários tecidos corporais têm demonstrado serem biomarcadores úteis para rastrear localizações e movimentos, auxiliando na identificação de vestígios mortais humanos. Assim, conjuntamente com os métodos antropológicos forenses utilizados na estimativa do perfil biológico e na determinação de factores individualizantes (traumatismos, patologias, variantes anatómicas, entre outros), as análises de isótopos podem auxiliar no processo de identificação. Para a realização da tese de doutoramento Reuniting the remains of undocumented border crossers with their families through isotope analysis, amostras de cabelo e água canalizada de todo o México foram analisadas com o objetivo de criar bases de dados de referência de diversos sistemas de isótopos, e de auxiliar na identificação dos migrantes indocumentados que atualmente se encontram no Pima County Office of the Medical Examiner (Arizona, Estados Unidos da América). Os rácios de isótopos de carbono (C), azoto (N), enxofre (S), chumbo (Pb), estrôncio (Sr) e oxigénio (O) foram analisados em amostras de referência de cabelo de indivíduos mexicanos; Já os rácios de estrôncio, oxigénio e hidrogénio (H) foram examinados com base em amostras de água canalizada mexicana. No geral, os rácios de 87Sr/86Sr no cabelo humano e na água canalizada produziram os resultados mais promissores. Apesar de o México ser um dos maiores consumidores de água engarrafada do mundo, os rácios de 87Sr/86Sr no cabelo humano e na água canalizada demonstraram uma forte correlação (R2 = 0,87 para médias de localização; R2 = 0,80 ao usar pontos de dados individuais). Os valores isotópicos de δ13C, δ15N e δ34S mostraram padrões distintos e úteis para a exclusão de regiões de origem. O presente estudo detetou ainda padrões geoespaciais nos valores de δ13C nas amostras de cabelo do México, bem como correlações significativas com fatores socioeconómicos. Apesar de nenhuma variação geoespacial ter sido detetada nos valores de δ15N e δ34S, foram encontradas correlações socioeconómicas. Um isoscape (mapa geológico de distribuição isotópica) de δ13C foi criado utilizando uma abordagem SIG (Sistema de Informação Geográfica) que poderá, futuramente, ser uma ferramenta útil para restringir regiões de origem (quando combinado com outros sistemas de isótopos), e para documentar o histórico de viagens de indivíduos não-identificados. Os valores obtidos de δ18O em amostras de referência de cabelo humano demonstraram o quão desafiantes as análises isotópicas podem ser, bem como a necessidade urgente de uma padronização metodológica. Os valores isotópicos da água canalizada exibem uma elevada dependência geográfica, bem como algumas dependências sociais/socioeconómicas. Ao utilizar valores de δ2H e δ18O, bem como uma abordagem SIG, foram desenvolvidos isoscapes de água canalizada para o México. A variação espacial é claramente visível nos isoscapes criados. Além das amostras de referência de cabelo humano e água canalizada, a análise isotópica foi também realizada em diferentes tecidos corporais (osso, dentes e cabelo) de dezasseis migrantes indocumentados. Ao empregar os dados de referência isotópica e o software ArcGIS, bem como o software R, foram desenvolvidos diferentes isoscapes (87Sr/86Sr e δ18O), que servem como referência para atribuir regiões de origem aos migrantes indocumentados. Dois dos indivíduos foram recentemente identificados através de outros métodos, podendo estes casos ser utilizados para determinar a eficácia dos isoscapes desenvolvidos. Ambos os isoscapes foram bem-sucedidos ao atribuir a região de origem. Embora o método de atribuição de região de origem usado nesta investigação se tenha mostrado eficiente, é pertinente empregar métodos que tenham em consideração erros de previsão. O presente estudo servirá de base para diversas abordagens de machine learning que incluirão modelos multivariados, e que terão em consideração diferentes covariáveis geológicas, tal como a rocha-mãe subjacente e o processo de intemperismo, de modo a permitir estudos futuros de comprovação de origem geográfica. Na sua globalidade, a presente investigação permite combater a grande lacuna espacial de rácios de 87Sr/86Sr disponíveis em cabelo humano e água canalizada; valores de δ13C, δ15N e δ34S em cabelo humano; e valores de δ18O e δ2H em água canalizada da América do Norte. Contudo, é pertinente alargar as amostras de referência para outras amostras conhecidas de tecido corporal, de modo a estabelecer potenciais relações de cabelo humano com tecidos corporais mais frequentemente recolhidos e estudados na Antropologia Forense. O presente estudo ilustra ainda a importância de uma abordagem multi-isotópica na comprovação da origem geográfica (e.g., combinar isótopos Sr e O).