О некоторых современных проблемах радиоуглеродного датирования

Вопрос М. В.Добровольской

Мне кажется, что проблема использования радиоуглеродного анализа - одна из наиболее сложных в сегодняшней археологии. С одной стороны, почти не осталось “убежденных традиционалистов”, которые считали бы, что и без радиоуглеродного анализа можно обойтись. С другой стороны, как любой метод, основанный на использовании знаний о природных закономерностях, радиоуглеродный анализ требует знания закономерностей динамики ¹⁴С во времени и пространстве. Геохимия, экология радиоактивных изотопов - науки сложные и чрезвычайно далекие от археологии. Возникает обычная коллизия междисциплинарного исследования: различные сферы знания специалистов не позволяют им хорошо понимать друг друга. Специалисты переходят цитирование конечных выводов представителей каждых из наук. По сути дела, никакого совместного исследования не происходит.

А проблем очень много. В последние годы в ORAU (Oxford Radiocarbon Accelerator Unit) проводятся большие исследовательские работы по совершенствованию методов пробоподготовки (ультрафильтрация; выделение гидроксипролина - специфической для костного коллагена аминокислоты). Даты, полученные по таким очищенным пробам, показывают устойчиво более ранние даты. Наверное, самый яркий пример - передатирование скелетных останков человека из Кентс Кэйверн. Полученный результат существенно удревнил ориньяк Западной Европы (до 42-43 тысяч лет). Эта публикация прошла в конце 2011 г. в журнале Nature:

Tom Higham, Tim Compton, Chris Stringer, Roger Jacobi, Beth Shapiro, Erik Trinkaus, Barry Chandler, Flora Gr?ning, Chris Collins, Simon Hillson, Paul O’Higgins, Charles FitzGerald, Michael Fagan. The earliest evidence for anatomically modern humans in northwesternEurope// Nature, 2011, Vol. 479, No. 3734, pp. 521–524 (24 November 2011); doi:10.1038/nature10484

Вероятно, один из важных вопросов состоит в том, не происходит ли изотопного фракционирования внутри коллагена? Насколько одинаковы по изотопным показателям различные аминокислоты? Вопросы эти открыты, по крайней мере для такого “простого пользователя”, как я.

Ответы Я. В. Кузьмина

В вопросе-комментарии Марии Всеволодовны очень правильно подмечены основные проблемы, все еще существующие в радиоуглеродном датировании костей. Отвечу сначала на комментарий, касающийся статьи в журнале Nature о датировании человека из Кентс Кэйверн [Kent’s Cavern] на юго-западе Англии. Дело в том, что если ранее (в 1988 г.) был датирован фрагмент верхней челюсти (maxilla) человека (¹⁴С дата 30 900 ± 900 лет назад), то в работе 2011 г. определение возраста присутствия человека в данном месте проведено по костям животных из того же слоя, где были найдены кости человека, а определить еще раз возраст последних не удалось по причине недостаточного количества коллагена, выделенного из предкоренного зуба методом ультрафильтрации – оказалось, что после применения данной технологии содержание коллагена составило всего 0.4%, и было получено всего 0.38 миллиграмма коллагена, хотя другие лаборатории сейчас успешно датируют даже такие сверхмалые образцы. Кстати, авторы не приводят содержание коллагена в образце, датированном около 30 900 лет назад, поэтому неясно – насколько достоверна была та дата? Главный вывод статьи в Nature2011 г. – кости человека из пещеры Кентс Кэйверн имеют возраст около 37 500 радиоуглеродных лет (или около 42 000 календарных лет).

Комментируя кратко результаты исследования Томаса Хайема [Thomas Higham] с коллегами, отмечу, что в настоящее время без прямого датирования костей самого человека результаты работ по определению возраста человеческих останков уже не удовлетворяют современным требованиям к исследованиям такого рода; кстати, значительный вклад в понимание этого внесла именно Оксфордская радиоуглеродная лаборатория, с ключевыми сотрудниками которой я хорошо знаком. Поэтому, положа руку на сердце, надо признать, что статья Т. Хайема с соавторами явно не дотягивает до уровня журнала Nature, который декларирует высочайший уровень публикующихся в нем работ. То же самое можно сказать и о другой статье, опубликованной в том же выпуске Nature:

Stefano Benazzi, Katerina Douka, Cinzia Fornai, Catherine C. Bauer, Ottmar Kullmer, Ji?? Svoboda, Ildik? Pap, Francesco Mallegni, Priscilla Bayle, Michael Coquerelle, Silvana Condemi, Annamaria Ronchitelli, Katerina Harvati, Gerhard W. Weber. Early dispersal of modern humans inEuropeand implications for Neanderthal behaviour // Nature, 2011, Vol. 479, No. 3734, pp. 525–529 (24 November 2011); doi:10.1038/nature10617.

Теперь о датировании гидроксипролина. Это вещество (одна из аминокислот, присутствующая в коллагене, а также в других органических соединениях; см., например) датировалось радиоуглеродным методом и ранее (см. работы 1980-90-х гг.; например: Thomas W. Stafford, Jr., P. E. Hare, Lloyd Currie, A. J. T. Jull, Douglas Donahue. Accuracy of North American human skeleton ages // Quaternary Research, 1990, Vol. 34, No. 1, p. 111–120). Никаких особых свойств, делающих гидроксипролин наиболее достоверным соединением, присутствующем в коллагене, которое в принципе (по уверению Аната Марома [Anat Marom] и его коллег; см. Anat Marom, James S. O. McCullagh, Thomas F. G. Higham, Andrey A. Sinitsyn, Robert E. M. Hedges. Single amino acid radiocarbon dating of Upper Paleolithic modern humans // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012, Vol. 109, No. 18, p. 6878–6881) не подвержено загрязнениям, выявлено не было!

Добавлю к этому, что гидроксипролин также входит в состав гуминовых кислот, присутствующих в почвах (см., например: H.-R. Schulten, M. Schnitzer. The chemistry of soil organic nitrogen: a review // Biology and Fertility of Soils, 1998, Vol. 26, No. 1, p. 1–15), а значит – мигрирует в биосфере вместе с ними. Вот вам и “волшебное” вещество, призванное решить все проблемы в радиоуглеродном датировании костей! Сначала надо доказать, что не происходит загрязнения коллагена древних образцов гидроксипролином из вышележащих почв, и только потом декларировать, что полученные данным методом даты – самые достоверные … Этого, к сожалению, сделано не было; соответственно, подобные заявления по меньшей мере сомнительны. Пока что достоверность дат по гидроксипролину доказана только для очень молодых образцов – это кости свиней с корабля “Мэри Роуз” [Mary Rose], принадлежавшего английскому королевскому флоту и затонувшего в1545 г. (см. James S. O. McCullagh, Anat Marom, Robert E. M. Hedges. Radiocarbon dating of individual amino acids from archaeological bone collagen // Radiocarbon, 2010, Vol. 52, No. 2, p. 620–634). Для более древних образцов с известным возрастом такое исследование проведено не было.

Ранее оксфордская группа объявляла, что наконец-то нашла метод полной очистки коллагена от загрязнения – так называемую ультрафильтрацию (см., например: T. F. G. Higham, R. M. Jacobi, C. Bronk Ramsey. AMS radiocarbon dating of ancient bone using ultrafiltration // Radiocarbon, 2006, Vol. 48, No. 2, p. 179–195). Однако в целом ряда случаев – например, с костями человека из палеолитической стоянки Костенки 1 (Воронежская обл., Россия) – результаты датирования с применением ультрафильтрации (около 32 070 радиоуглеродных лет) оказались очень близки к дате, полученной без использования таковой (около 32 600 радиоуглеродных лет). Таким образом, и ультрафильтрация не является панацеей …

Отвечая на вопросы о возможности изотопного фракционирования внутри коллагена и изотопных показателей различных аминокислот, скажу кратко – никакого заметного изменения углерода в коллагене для различных аминокислот не отмечено. Опыт датирования отдельных аминокислот в 1980–90-е гг. показал, что нет никаких четко выраженных закономерностей в их радиоуглеродном возрасте, и, следовательно, такое датирование не приводит к получению более достоверных результатов по сравнению с использованием в качестве датируемого материала общего коллагена. Недавняя попытка группы исследователей из Университета Оксфорда на примере стоянок Сунгирь и Костенки 14 доказать обратное, по моему мнению, была мотивирована скорее амбициями и желанием получить новые гранты на исследования, чем логикой научного мышления и опыта.