Мир до нас: Новый взгляд на происхождение человека
До марта 1949 г. археологам приходилось полагаться на так называемую относительную датировку. Этот метод первоначально применялся в Восточном Средиземноморье, преимущественно к историческим памятникам Египта. Сравнивая гончарные и иные изделия с аналогичными предметами известного периода, можно было сделать вывод о возрасте подобных находок из других районов Восточного Средиземноморья. Относительная датировка имела серьезные географические и временные ограничения. Постепенно эта сравнительная методика широко распространилась по Европе, но так и оставалась не абсолютной, а относительной.
Наконец 4 марта 1949 г. в журнале Science была опубликована статья о проблемах сейсмологии, знаменовавшая собой большие перемены в подходе к датировке предметов прошлого{158}. Уиллард Либби, ученый из Чикагского университета, ранее участвовавший в Манхэттенском проекте по созданию первого в мире ядерного оружия, описал новый метод, который мог позволить археологам всего мира осуществлять независимую датировку археологических образцов. Правда, этот метод можно было применять лишь к тем веществам, которые некогда присутствовали в живых организмах. Но ведь и это очень много: датировке поддавались дерево и древесный уголь, раковины моллюсков и кости. Открытие повлекло за собой революцию в археологии и целом ряде других наук, а Либби в 1960 г. получил за него Нобелевскую премию по химии.
Методу радиоуглеродного датирования уже больше 70 лет, и он пережил немало технологических прорывов. Один из них состоит в использовании ускорителя элементарных частиц для измерения содержания изотопа 14C. Радиоуглерод – это радиоактивный изотоп углерода, но встречается он очень редко и не может представлять опасности для человека, поэтому о нем говорят как о низкоактивном изотопе. Чтобы понять, насколько ничтожно его содержание в мире по сравнению с углеродом-12 (12C), достаточно знать, что на 1 000 000 000 000 атомов 12C приходится лишь один атом 14C. Итак, наши приборы должны быть чувствительными настолько, чтобы уловить один атом из триллиона. Метод ускорительной масс-спектрометрии (УМС) позволяет датировать образцы весом всего в 1 миллиграмм – с четверть рисового зернышка – и делать это быстро. Обычно на каждый анализ мы тратим около 20 минут, но, вообще-то, аппаратура столь хороша, что для того, чтобы получить удовлетворительное представление о возрасте образца, хватит и 40 секунд. Однако у технологии есть предел – 50 000 лет и не больше. Дело в том, что период полураспада радиоуглерода составляет 5568 ± 30 лет. Поэтому каждые 5568 лет содержание 14C в каждом конкретном образце уменьшается вдвое. Два полураспада занимают 11 136 лет, три – 16 704 года, и так далее, пока девять периодов не перевалят за 50 000 лет и в веществе практически не останется 14C[39]. Гипотетическим максимумом для любого радиоизотопного метода принято считать 10 периодов полураспада.
Лаборатория Оксфордского университета под моим руководством одной из первых в мире стала применять этот метод; на сегодняшний день никто, кроме нас, не специализируется на датировке археологических находок[40]. Мы практически не работаем с предметами, не имеющими отношения к археологии. Все дело в том, что наша лаборатория, в отличие от подавляющего большинства прочих, существует при археологическом факультете, который организовал ее по собственной инициативе, вдохновившись только что обнародованным открытием Либби. Фактически радиоуглерод породил целую отрасль археологической науки.
Одним из первых людей, с которыми я познакомился, приехав в Оксфорд в 2001 г., был исследовавший палеолит археолог Роджер Якоби; я уже говорил о его манере лизать кости, чтобы определить, не обработаны ли они клеем. Роджер изучал палеолит Британии еще в студенческие годы и лично принес в лабораторию десятки образцов останков неандертальцев и ранних «современных» людей для радиоуглеродного датирования – пожалуй, больше, чем кто-либо другой. Постепенно он стал обращать внимание на то, что образцы, датируемые периодом от 30 000 до 50 000 лет назад, выявлять труднее, чем принято думать. И он был прав. Главная сложность состоит именно в том, что с увеличением возраста предмета содержание 14C, которое требуется измерить, снижается. В 30-тысячелетних образцах содержится лишь 3 % 14C от его количества в современных веществах. В 40-тысячелетних его уже 0,7 %, а в 50-тысячелетних – 0,1 %. При этом образцы подвергаются все более интенсивному воздействию загрязняющего углерода, что искажает определяемый возраст. Скажем, в 50-тысячелетней находке при всего лишь 1 %-ном загрязнении современным углеродом установленный возраст окажется на 14 500 лет меньше. Нетрудно представить, каким бедствием оборачивается подобное искажение при датировке 30–50-тысячелетних костей, которые по большей части и обнаруживаются в археологических раскопках, упоминаемых в этой книге.
Роджер пришел ко мне, чтобы узнать, существуют ли способы изменить ситуацию в лучшую сторону – сделать так, чтобы получаемые сведения были более надежными. Особенно интересовала его датировка костей. Кости очень привлекательны для археологов, ведь обычно они представляют собой материальные останки либо людей прошлого, либо животных, которых те употребляли в пищу, – следовательно, датировка костей дает нам возможность определить, когда же люди жили в этом месте. Как раз в это время мы начали использовать многообещающий метод ультрафильтрации, позволявший улучшить очистку костей от загрязнений перед датировкой с применением УМС.
При датировании костей необходимо прежде всего извлечь коллаген – основной белок костного матрикса. Около 80 % костной ткани составляет минерал гидроксиапатит, содержащий значительное количество карбонат-ионов. Оставшиеся 20 % костной массы приходятся на белки, из которых 95 % – это коллаген. Коллаген имеет вид спирали из трех полипептидных нитей, каждая из которых состоит из 1000 аминокислот. Чтобы извлечь его для датировки, мы сначала просверливаем или измельчаем кость в порошок, а затем помещаем около 500 мг порошка (примерно половина чайной ложки сахара) в пробирку и добавляем слабую соляную кислоту. Постепенно гидроксиапатит растворяется в кислоте, и остается коллаген. После нескольких этапов очистки мы переходим к желатинизации коллагена. Для этого его нужно 24 часа кипятить в слабой кислоте. Молекулы коллагена постепенно раскручиваются и превращаются в три отдельные полипептидные цепочки. При этом молекулы иных веществ, являющиеся потенциальными загрязнителями, высвобождаются, и их можно устранить. У нас остается желатин – главный компонент «студня». После этого начинается ультрафильтрация.
Рис. 18. Костяной наконечник из Апхилла
Ультрафильтр можно уподобить ситу, но только молекулярного уровня. Нам известна масса полипептидных цепочек аминокислот: каждая из них весит около 95 000 дальтонов[41]. Ультрафильтр, который мы используем, улавливает крупные цепочки – более 30 000 дальтонов – и пропускает мелкие. Таким образом мы можем существенно улучшить качество коллагена и в значительной степени отделить от него мелкие, потенциально загрязняющие формы углерода.
К моменту моего знакомства с Роджером мы уже провели предварительную проверку метода ультрафильтрации и установили, что он, по всей видимости, может существенно снизить загрязнение изучаемых костей. Теперь нужно было опробовать метод на практике. За это мы и взялись вместе с Роджером. Мы сосредоточились на образцах, датировка которых показалась Роджеру ошибочной или противоречащей археологическим данным. Одним из них был костяной наконечник из раскопок в Апхилле (Сомерсет). Форма артефакта была характерной для ориньяка – археологической культуры позднего палеолита, пришедшей в Европу с некоторыми из наших древнейших предков. Первоначальный возраст, полученный с помощью УМС, составил 28 080 ± 310 лет[42]. Эта датировка английского образца была на 4000–5000 лет моложе, чем у подобных костяных орудий, обнаруженных во Франции и Бельгии. Роджер объяснял это предположением, что из-за суровых климатических условий «современные» люди могли достичь Британских островов и обосноваться там позже, чем в других частях Европы.