Книга: Неандертальцы

Методы космического века раскрывают тайны каменного

Методы космического века раскрывают тайны каменного

Стерильная перчатка предохраняет от загрязнения кусочек кости неандертальской эпохи во время его подготовки к химическому анализу, который позволит определить возраст окаменелости

Вот такие оставшиеся от древнего человека кусочки кости вроде этого фрагмента весом 25 граммов, который лежит на руке ученого в стерильной перчатке, помогают рассеять сумрак таинственности, столько времени скрывавший неандертальцев. За последние годы ученые создали ряд замечательных лабораторных методик, которые позволяют нам повернуть время вспять и увидеть мир таким, каким он был в далеком прошлом.

Например, возраст этого кусочка кости будет установлен с помощью новейшей методики датирования окаменелостей по химическим изменениям в белковых молекулах. И уж совсем крохотный фрагмент кости, помещенный в прибор, который, упрощенно говоря, дает цветовой код кристаллической структуры, сообщит нам некоторые сведения о том, какую жизнь вел тот, кому принадлежала эта кость. Анализ же отложений, в которых нашли окаменелость, позволит узнать, каким был климат в те времена, когда кость еще была частью живого организма. Благодаря подобным методикам даже двух-трех хрупких фрагментов, дошедших до нас из далекого прошлого, достаточно, чтобы воссоздать картину жизни неандертальцев.

Определение времени по белковым часам древнего скелете

Для определения возраста найденных в земле предметов археологи применяют способы, в конечном счете основанные на особенностях "атомных часов", которые отмечают ход времени естественными и единообразными Изменениями в структуре определенных атомов, - причем каждым часам свойственны свои изменения. Если известна скорость этих изменений, то их количество покажет, сколько времени прошло с тех пор, как они начались.

Просто - но и не гак уж просто, если говорить о неандертальцах. Ведь обычно используемые атомные часы измеряют время, протекшее между нынешним днем и каким-то моментом около 40 тысяч лет назад или же между каким-то моментом около 500 тысяч лет назад и возникновением Земли. Между этими двумя поддающимися измерению протяженностями времени существует разрыв, который, в частности, вмещает эпоху неандертальцев.

Лишь совсем недавно два типа часов были усовершенствованы настолько, что начали отсчитывать время и в пределах разрыва, помогая разгадать некоторые неандертальские тайны. Один тип часов позволяет датировать остатки людей и животных неандертальской эпохи, а другой - устанавливать возраст неандертальских орудий и кремней.

В методе датирования, проиллюстрированном на фотографиях, для определения возраста древних скелетных остатков используются белковые часы. Он основан на процессе рацемизации, происходящем внутри аминокислот, то есть тех белковых кирпичиков, из которых состоят все живые организмы. Существует 20 аминокислот, но все они характеризуются по меньшей мере одним общим свойством - их молекулярное строение "левонаправленно", то есть атомы каждой молекулы располагаются асимметрично в направлении, которое в условиях методики, принятой для анализа их структуры, кажется левым. Однако когда организм умирает, молекулы его аминокислот начинают переориентироваться в правом направлении. Этот медленный переход в зеркальное отражение, в "правонаправленные" молекулы, и есть рацемизация.

В 1972-1973 годах специалист по органической химии Джеффри Бейда (Океанографический институт Скриппса при Калифорнийском университете) опубликовал расчеты скоростей, с которыми разные аминокислоты претерпевают рацемизацию при умеренной температуре, - видоизменение одной из них происходит с такой скоростью, что половина ее молекул изменится за 110 тысяч лет, а это вполне покрывает всю протяженность времени, пока на Земле существовал неандертальский человек, то есть от 100 до 40 тысяч лет назад.

Чтобы датировать древнюю кость, Бейда разлагает образец на составляющие его аминокислоты и добавляет реактив, образующий с левовращающими и правовращающими молекулами аминокислот разные формы, которые путем ряда сложных операций можно отделить друг от друга. Сопоставляя относительные количества право- и левовращающих кислот со скоростью их рацемизации, Бейда может определить, сколько времени прошло после смерти существа, чью кость он анализирует. Таким образом, разрыв во времени датирования исчез, по крайней мере для остатков живых организмов.

Чтобы определить возраст кости, ее кусочек растворяют в соляной кислоте и раствор пропускают через вещества, связывающие аминокислоты. Затем кислоты вымывают и смешивают с 'носителем', что позволит далее правовращающие молекулы отделить от левовращающих

Чтобы определить возраст кости, ее кусочек растворяют в соляной кислоте и раствор пропускают через вещества, связывающие аминокислоты. Затем кислоты вымывают и смешивают с 'носителем', что позволит далее правовращающие молекулы отделить от левовращающих

Джеффри Бейда наполняет шприц, чтобы ввести обработанные аминокислоты в разделительную колонку. Правовращающие формы выходят из колонки (в центре) на 2-4 минуты раньше, чем левовращающие. Затем их окрашивают и по интенсивности окраски определяют количество каждой аминокислоты

Палец указывает на пик (пунктирная линия), графически характеризующий количество левовращающей аминокислоты. Пик пониже слева показывает количество правовращающей аминокислоты. Чем меньше разнятся эти пики по высоте, тем больше времени прошло с момента смерти организма. Верхний график, построенный для кости, возраст которой был известен, служит контролем

Как смещающиеся атомы указывают дату давно угасшего костра

Белковые часы восстанавливают пробел в датировании ранних людей - но только при условии, что изучаются остатки некогда живого организма. На этих страницах рассказывается о методике датирования различного рода предметов, включая камни, которые когда-то накалялись в древних очагах.

Методика датирования камней основана на термолюминесценции - излучении света благодаря смещению атомных частиц при нагревании некоторых минералов. Высокие температуры (например, в костре неандертальца) заставляют частицы приближаться к центру атома, причем высвобождается энергия в виде света. Когда камень остывает, частицы удаляются от центра атома. Это постепенное перемещение от центра и составляет механизм данных часов. Археолог, изучая камень, вновь его накаляет. Количество излученного света показывает ему, какое время частицы перемещались от центра и, следовательно, какой срок миновал с тех пор, как этот камень в последний раз раскалялся в пламени костра пещерного человека.

Этот осколок кремня чуть больше сантиметра в поперечнике, возможно, отлетел от камня, когда неандерталец оббивал какое-то орудие, сидя возле костра. Осколок, по-видимому, упал в огонь, и его атомная структура под действием высоких температур несколько изменилась; она начинает восстанавливаться лишь с охлаждением кремня

Чтобы определить возраст камня, требуется только крохотный отшлифованный осколок - его показывает на кончике пальца лаборант

Осколок помещают в специальный измерительный прибор, где он нагревается до нужной температуры. Нагретый осколок испускает световое излучение, которое преобразуется в сигнал, вычерчиваемый на графике

Пик, вычерчиваемый самописцем, показывает световое излучение осколка. Сравнение его с нижней кривой, соответствующей фоновому излучению, позволяет судить об изменении структуры осколка со времени его нагревания в древнем костре - то есть определить возраст этого костра

Внутренняя структура кости рассказывает об образе жизни

Отыскав и датировав кость неандертальской эпохи, ученые изучают ее структуру, чтобы узнать, какую жизнь вел ее владелец, так как расположение кристаллов внутри кости, по-видимому, частично зависит от степени физических нагрузок. Эта внутренняя структура обнаруживается при исследовании среза кости под микроскопом с поляризующими фильтрами, которые упорядочивают плоскости колебаний световых волн и создают цветовые узоры, причем цвет определяется расположением кристаллов. Когда кости современных диких животных, ведущих активную жизнь, подвергаются такому исследованию, они дают мутно-лиловый цвет, указывающий на плотную структуру большой прочности со случайным расположением кристаллов. Совсем другую картину дают кости современного человека и домашних животных, которые не испытывают столь больших физических нагрузок. Эти кости дают бирюзовый и желтый тона, указывающие на более легкую кристаллическую структуру решетчатого типа.

Цвет неандертальской кости, лиловый, как у костей диких животных, указывает на плотную структуру и постоянные нагрузки.

Ювелирной пилкой минералог выпиливает клиновидный кусочек из найденной в Ираке кости, которая 50 тысяч лет назад была частью стопы неандертальца

Клинышек длиной чуть больше сантиметра стачивается до толщины бумажного листа и шлифуется, пока не станет почти прозрачным. Затем его наблюдают в поляризованном свете. Этот клинышек обнаруживает более плотную неупорядоченную структуру по сравнению с решетчатой структурой кости современного человека

Сфотографированный в поляризованном свете кусок кости неандертальца обнаруживает плотную кристаллическую структуру (лиловый цвет). Физиологи связывают такой прочный тип кости с относительно большими физическими нагрузками

Кость современного человека имеет открытую решетчатую структуру, которая в поляризованном свете под микроскопом дает голубой и желтый цвета. Геометрически правильное расположение кристаллов придает крепость более легкой кости современного человека, хотя и уступает в этом отношении тяжелым неандертальским костям

Сообщение древней почвы о погоде в доисторические времена

Земля, в которой покоились кости неандертальцев, может дать не меньше сведений, чем сами кости, ибо она хранит в своих отложениях сводки погоды неандертальских времен.

Типичны в этом отношении раскопки в пещере Мугарет-эт-Табун на склоне горы Кармель. Неандертальцы жили там десятки тысяч лет. Нижний осадочный слой, возраст которого равен 100 тысячам лет, состоит из мелкого песка (см. стр. 67, левый снимок). Песок этот был рыхлым, а не плотным - значит, говорят геологи, его нанес ветер. Но песчинки сохранили неправильную форму - значит, ветер был несильным и подхватывал их где-то неподалеку, поскольку песчинки, которые пролетают большие расстояния, а также поднятые песчаной бурей, обкатываются в ровные шарики. Из этого следует, что в те времена расстояние от пещеры до моря было примерно таким же, как сейчас, - около трех с половиной километров. Климат тоже скорее всего походил на современный и был жарким и сухим. Обитавшие там неандертальцы особой нужды в одежде не испытывали.

Образец породы из самого нижнего осадочного слоя в Табуне, имеющего возраст 100 тысяч лет, рыхл и легок, из чего следует, что грунт в пещеру тогда наносился сухим ветром. Песок, принесенный водой, имеет песчинки разных размеров. Их неправильная форма и острые углы указывают, что они не были отполированы песчаной бурей

Однако более поздние осадочные слои дают совсем иную картину. Слои, образовавшиеся 50 тысяч лет назад и позднее, содержат мало песка, но зато в них обнаружены следы растворенного водой костного вещества - свидетельство того, что местность была сырой. Предположительно у подножия горы Кармель тогда простирались илистые равнины, и неандертальцы, глядевшие на этот промозглый мир, стоя у входа в пещеру, кутались в шкуры.

Образец осадочной породы, имеющей возраст около 50 тысяч лет, пересечен белесой полосой фосфата кальция - остатками кости, возможно, погребенного там неандертальца. Тот факт, что неорганическое вещество кости растворилось в воде, свидетельствует, что в те времена климат здесь был гораздо более сырым

Землю, взятую из раскопок в неандертальской пещере Мугарет-эт-Табун, подготавливают для лабораторного анализа. Стакан с куском осадочных пород, лежащим в смоле, помещают под вакуумный колокол. Когда воздух откачивают, смола пропитывает все поры куска породы. Затем он в течение нескольких часов подвергается обжигу и благодаря смоле затвердевает настолько, что его можно разрезать и шлифовать для исследования под микроскопом

Кусок осадочной породы из раскопа, пропитанный смолой и обожженный, разрезается на пластинки с помощью циркулярного, охлаждаемого водой ножа. Каждая пластинка толщиной около 0,0008 мм шлифуется, пока не становится совершенно прозрачной. Затем эти тончайшие срезы изучаются под микроскопом. По их компонентам - например, песку, частицам ила или глины - нередко оказывается возможным установить, какой была данная местность в древности

Использование электричества для поисков окаменелостей

Прежде чем исследовать в лаборатории остатки неандертальского человека, чтобы получить сведения о мире, в котором он жил, и о его привычках, археологи ищут материал для этих исследований, раскапывая пол пещеры, - и нередко им приходится искать впустую. Антрополог Стив Коппер (Лонг-Айлендский университет) нашел способ разведывать археологический потенциал пещеры, не беря в руки лопаты.

Метод Коппера - один из методов электроразведки - сам по себе не нов. Геологи уже давно применяли его при поисках минералов и подземных вод. Но для нужд археологии он еще не использовался.

Коппер вгоняет в грунт минимум четыре щупа и пропускает через них ток. Провода соединяют щупы со счетчиком, показывающим, какое сопротивление встречает ток на различной глубине. Эти данные затем сравниваются с показаниями счетчика, полученными при проверке слоев установленного возраста в других местах в том же районе раскопок. Слои одного возраста дают сходные цифры. Таким способом Коппер может быстро обследовать несколько расположенных рядом пещер и, сравнивая результаты, выявлять новые места для раскопок, похожие на те, которые уже дали богатый материал, или даже обнаружить места с более древними слоями.

В известняковой пещере антрополог Стив Коппер снимает показания счетчика, соединенного с щупами, между которыми пропущен ток. Таким способом Коппер измеряет электрическое сопротивление нижних слоев, которое служит указателем их возраста