Датирование — краеугольный камень палеонтологии и эволюционной биологии. Сколько бы ископаемых останков мы не нашли, без понимания хронологии, без знания, кто когда жил, невозможно построение эволюционных схем. Датировки же — объект самой яростной критики со стороны многочисленных лжеучёных. По историческим причинам чаще всего атакам подвергается радиоуглеродный метод — один из старейших методов датирования, лучше всего разработанный и самый популярный. В реальности, как и любой исследовательский метод, радиоуглеродный анализ обладает и плюсами и минусами. Важнейшее ограничение — диапазон действия: радиоуглеродным методом невозможно датировать находки возрастом более 50 тыс. лет. Большой плюс метода — возможность получения прямых дат для древних останков. Что значит «прямых»? Значит, мы датируем сами древние останки напрямую, а не какие-то объекты, лежавшие рядом, над или под древним скелетом. В последнем случае полученная дата всегда будет как минимум приблизительной — всегда есть вероятность, что кости попали в отложения гораздо раньше или позже датируемых образцов. Прямые датировки такую вероятность исключают. Но как быть с останками, чей предполагаемый возраст превышает 50 тыс. лет? За многие десятилетия исследований разработано множество других методов датирования, но большинство из них применимо к вулканическим породам, обожженным кремням, песчинкам, сталактитам, но не к костям и зубам. С помощью этих методов — таких, как калий-аргоновый, термолюминесцентный и метод треков деления, — получались отличные даты, но всегда оставалась мечта о прямом датировании. Впрочем, разработка таких методов велась. И в этом плане большие надежды специалисты возлагают на метод ESR, по-русски называемый «электронный спиновый (или парамагнитный) резонанс» (ЭПР).
Метод основан на том, что в рыхлых отложениях содержится некоторое количество радиоактивных изотопов (например, урана), создающих радиоактивный фон. Под действием радиации неспаренные электроны в определенных химических веществах (т.н. «дозиметрах») способны возбуждаться и переходить на более высокие энергетические уровни кристаллической решетки, при этом некоторые из них попадают в «ловушки», формируя так называемые парамагнитные центры. Чем больше времени прошло с момента попадания «дозиметра» в отложения, тем больше число электронов, попавших в ловушки. На подсчёте числа этих ловушек и основан метод: зная число парамагнитных центров и уровень радиоактивного фона, можно определить возраст образца. Для этого необходимо оценить содержание радиоактивных элементов в образце и в его окружении, а также радиацию, создаваемую космическими лучами. Конечно, при этом возникает множество проблем, которые приходится решать. Например, интенсивность радиационного фона вовсе не обязана быть постоянной, а для её надёжной оценки нужно точно знать контекст образца: его положение в разрезе, состав окружающих отложений и пр. Еще одна сложность, до недавнего времени сильно ограничивавшая применение метода ESR — разрушительность. В процессе датирования образец фактически уничтожался (кстати, как и в радиоуглеродном методе). Поэтому до середины 90-х годов прошлого века образцами для датирования методом ESR часто служили зубы крупных млекопитающих — моляр какого-нибудь быка не жалко разрушить. Наконец, метод усовершенствовали так, чтобы свести его «разрушительность» к минимуму. Это удалось благодаря комбинированию ESR с модификацией метода урановых серий (US). С помощью этой методики, вооружившись лазерным абляционным масс-спектрометром (который как бы «испаряет» очень малое количество анализируемого вещества), можно оценить содержание урана и его радиоактивных производных в очень маленьком образце — это необходимо для определения возраста методом ESR. Комбинированный метод ESR — US уже можно применять к фрагментам эмали человеческих зубов возрастом в сотни тысяч лет.
Впервые метод ESR — US применили в палеоантропологии, когда определяли возраст зуба из знаменитого местонахождения Флорисбад, в 1996 году. В дальнейшем эту методику использовали для датировок в Мунго (Австралия), Бордер и Сварткранс (Южная Африка) , Эль Сидрон (Испания), Схул и Табун (Израиль) и так далее. Надо сказать, что многие недавно нашумевшие открытия — предок Homo sapiens из Джебел Ирхуд, древнейший сапиенс из Мислии, да и пресловутые Хомо наледи — все были датированы комбинацией ESR — US. Независимая проверка другими способами подтвердила работоспособность методики.
Только что в журнале Quaternary Geochronology вышла статья, авторы которой впервые напрямую датировали кости Homo antecessor. История этого спорного вида человека началась в с 1995 г, во время раскопок в Гран Долина (Атапуэрка, Испания). С тех пор в слое TD6.2, примерно в середине 25-метровой толщи отложений, найдено более 150 человеческих останков, принадлежавших минимум 8 индивидам. Авторы находок считают, что этот гоминин, древнейший в Европе, мог быть общим предком и неандертальцев, и современных людей (правда, некоторые другие антропологи считают, что описанный вид мало отличался от хорошо известных Homo erectus, а чтобы стать предком сапиенсам, ему нужно было бы вернуться в Африку, что выглядит несколько «притянутым за уши»).
В любом случае, чтобы что-то утверждать об эволюционной роли людей из Гран Долина, нужно их правильно датировать — что и делали множество раз разными методами. Сначала палеомагнитный метод указал, что кости человека древнее 772 тыс. лет (поскольку лежат под границей смены магнитной полярности с эпохи Матуяма на эпоху Брюнес). Затем три зуба животных датировали комбинацией урановых серий и ESR, получив возраст 766±81 тыс. лет. В 2008 г. датирование основания слоя над TD6 термолюминесценцией и инфракрасно стимулируемой люминесценциейпоказало 960±20 тыс. лет. В 2015 г. еще один труднопроизносимый метод — термически перенесённая оптически стимулируемая люминесценция — определил возраст TD6 в 846±58 тыс. лет.
Наконец, ESR-датирование кварцевых зёрен из TD6 дало диапазон 591—947 тыс. лет, в среднем — 720 тыс. лет. Обратите внимание, что, несмотря на разные цифры, все результаты попадали в интервал примерно 700—900 тыс. лет назад. Конечно, все даты не были прямыми: датировались зубы животных и песчинки, но не сами останки человека. Наконец, пришло время и для прямого датирования. Статья с подробностями процедуры занимает 58 страниц (интересно, существует ли в природе креационист, который осилит такую статью).
Вкратце: для анализа выбрали человеческий зуб — расколотый вдоль моляр ATD6-92, найденный в 2004 году. Сначала методом урановых серий определили содержание изотопов урана в разных частях зуба — ожидаемо оказалось, что в дентине урана гораздо больше, чем в эмали. Для датирования больше подходит эмаль, поскольку, как пишут специалисты, дентин зуба, попавшего в отложения, имеет свойство обогащаться «молодым» ураном, возраст которого меньше, чем время попадания образца в осадки, которое и нужно определить. Ученые вычислили дозу радиации, создаваемой радиоактивными элементами внутри зуба. Убедились, что нет признаков утечки радиоактивных изотопов — значит, образец подходит для датирования. Дальше специалистам предстояло справиться с неприятным моментом: в 2013 году зуб исследовали методом компьютерной микротомографии, а ведь это рентгеновское излучение, которое может исказить результат датирования. Чтобы оценить его влияние, взяли современный человеческий зуб, распилили вдоль, одну половину облучили на точно таком же оборудовании, затем сравнили две части, оценили разницу радиоактивности и внесли коррективы в расчёты (это, кстати, не так много — всего 1,3% общей дозы, полученной образцом). Учли и возможное загрязнение образца эмали ураном из дентина.
После этого измерили радиоактивный фон в том месте отложений пещеры, откуда был извлечён зуб, а также радиацию, создаваемую космическими лучами.
Наконец, после всех этих манипуляций провели само датирование фрагмента эмали методом ESR — и, с учетом разных моделей попадания урана в образец, получили диапазон дат 624—949 тыс. лет.
Параллельно специалисты провели новое исследование отложений TD6 палеомагнитным методом. Анализ подтвердил, что для отложений характерна обратная намагниченность (т.е. эпоха Матяума, закончившаяся около 772 тыс. лет назад); это значит, что слои с Homo antecessor сформировались в предпоследнюю эпоху палеомагнитной шкалы — т.е. ранее, чем 772 тыс. лет назад. С учётом этого получается, что возраст человеческих останков составляет около 772—949 тыс. лет.
Ну и что нового? Почти такие же цифры специалисты получали и ранее. Но датирование человеческого зуба с результатом, согласующимся с предыдущими исследованиями — это, в некотором роде, гарантия качества. Homo antecessor действительно жил в Атапуэрке примерно 800—900 тыс. лет назад.
А заодно исследование обнажило «подводные камни», с которыми специалистам по датировавнию предстоит справляться в будущем. Первое: КТ древним зубам нужно делать с оглядкой. Радиация вредит не только живым, но и мёртвым. Во-вторых: для надежного датирования методом ESR нужно тщательно исследовать не только сам образец, но и окружающие его отложения. Для находок, сделанных лет 100 назад или залегавших в неясных условиях, это часто вообще невозможно. Поэтому специалисты рекомендуют археологам сохранять не только найденные зубы, но и окружающую их породу.
Даже если весь контекст учтён, есть факторы, которые требуют специальных исследований: например, как менялась влажность отложений? Решение подобных проблем позволит определять возраст древних костей более точно. Специалисты полны решимости датировать снова. Даёшь больше прямых дат!
Благодарю д.г.н. Ярослава Кузьмина за консультацию.
