Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Хелфанд Дэвид

Измерить количество ²³⁸U в образце позволяют два подхода. Самый непосредственный – испарить часть образца с помощью лазера, пропустить материал через масс-спектрометр и напрямую подсчитать атомы Урана. Второй заключается в облучении образца нейтронами из реактора (как при авторадиографии) и вызвать деление ²³⁵U в образце (вероятность деления ²³⁵U в сотни раз выше, чем ²³⁸U). Затем нужно подсчитать треки, возникшие при делении, применить известное соотношение ²³⁵U/²³⁸U (1:138) и сделать вывод о количестве присутствующих атомов Урана. В попытке определить возраст каменных орудий из различных мест на индонезийском острове Флорес (который недавно

прославился благодаря найденным там скелетам, похожим на хоббитов), М. Дж. Морвуд и его коллеги пришли к выводу, что им от 800 000 до 900 000 лет. Это интересно, поскольку позволяет предположить, что homo erectus – гоминид, доминировавший в этот период и, вероятно, ставший предком «хоббитов» homo florensiensis, – был способен пересечь многие километры водных пространств, чтобы добраться до острова¹².

Датирование экскрементов

Род Homo, к которому мы принадлежим, впервые отделился от шимпанзе в Африке, и произошло это от 6 до 8 миллионов лет тому назад. От этой ветви пошло множество видов, часть которых покинула Африку и распространилась по Европе и Азии, однако Северная и Южная Америка до самого недавнего времени оставались недоступными для Homo. Наш вид, homo sapiens, возник около 300 000 лет назад, также в Африке¹³, и мигрировал на север и восток примерно 70 000–150 000 лет назад (точная дата довольно спорна). Возраст зубов homo sapiens из болгарской пещеры, рассчитанный при помощи радиоуглеродного датирования, составил 46 000 лет¹⁴. Однако в Западном полушарии людей не было еще 20 000 лет назад.

Точная дата проникновения человека на американский континент стала предметом оживленных дискуссий. Принято считать, что миграция началась во время последнего ледникового периода, когда в наземных ледниках скопилось так много океанской воды, что уровень моря был почти на 120 метров ниже, чем сегодня, благодаря чему возник травянистый сухопутный мост между Сибирью и Аляской. Тем не менее огромные ледники вдоль Скалистых гор в Канаде и на северо-западе США препятствовали свободному переходу по суше до тех пор, пока ледники не начали отступать в конце ледникового периода около 13 000 лет назад.

На протяжении большей части прошлого столетия археологи полагали, что первыми людьми, заселившими Северную Америку, были представители культуры Кловис. Ее назвали в честь заостренных наконечников каменных копий, впервые найденных в 1929 году недалеко от Кловиса, штат Нью-Мексико, а затем – по всей Северной Америке и даже на юге, вплоть до Венесуэлы¹⁵. Следы животного белка, присутствующие в некоторых местах, позволили при помощи радиоуглеродного датирования установить возраст в 13 000 лет, в полном соответствии с датировкой слоев отложений, в которых они были обнаружены.

Но со временем мы получали все больше доказательств более раннего проникновения в Америку «предшественников» культуры Кловис. В частности, артефакты, найденные в пещерах на Тихоокеанском Северо-Западе, указывают на более раннюю культуру изготовления орудий, в которой производились более тупые и массивные наконечники копий, причисленные к так называемой западной традиции обработки наконечников (Western Stemmed Tradition, WST). В нее, помимо прочего, входят орудия, имевшие сходство с артефактами, найденными в Сибири. Косвенные данные позволяют установить, что они древнее культуры Кловис на период от тысячи до двух тысяч лет. В 2007 году Деннис Дженкинс и его коллеги обнаружили копролиты (сохранившиеся экскременты) в пещерах Пейсли в Орегоне и при помощи радиоуглеродного датирования установили, что их возраст превышает 14 000 лет¹⁶. Анализ ДНК показал, что копролиты принадлежали людям. Но некоторые археологи задавали вопрос, не могло ли обращение человека с артефактами загрязнить образец отходов животного происхождения современными человеческими молекулами.

В 2020 году Дженкинс и его коллеги под руководством Лизы-Мари Шиллито проанализировали несколько из тех копролитов, в которых ранее обнаружили человеческую ДНК, на предмет липидов – жировых соединений, вырабатываемых организмом, которые не растворяются в воде и, следовательно, не проникают в образцы человеческих останков и не уходят из них. Они обнаружили, что внутренние области копролита несомненно содержат человеческие липиды, и это окончательно разрешило спор о загрязнении. Возраст одного образца, с точностью определенный при помощи радиоуглеродного датирования, составил 14 650 лет с неопределенностью менее столетия¹⁷. Это согласуется со сценарием, завоевавшим доверие в археологических кругах, согласно которому кочующие племена из Сибири по меньшей мере еще 15 000 лет назад начали проникать в Америку не по суше, а вдоль побережья современных США и Канады. Недавнее термолюминесцентное исследование горных пород, отложенных ледниками на прибрежном маршруте, позволяет предположить, что эти породы были вскрыты отступающим льдом еще 17 000 лет назад, оставив свободным путь по морскому побережью¹⁸.

Примеры, приведенные в этой и двух предыдущих главах, – это лишь малая часть из тысяч способов, при помощи которых мы обращаем себе на службу атомы и изотопы и воссоздаем творческую деятельность наших предков, а также изучаем их жизнь «без прикрас». Моя любимая творческая деятельность – хорошо поесть, поэтому, прежде чем выйти за пределы антропоцентрических тем, в следующей главе мы рассмотрим историю человеческого питания и сельского хозяйства, раскрытую нашими историками-атомами.

Глава 10

Ты есть то, что ты ешь

Атом за атомом, это правда в прямом смысле слова: вы – это ваша еда. Атомы в ваших костях, зубах, эритроцитах, волосяных фолликулах и нейронах когда-то находились в бублике, стакане апельсинового сока или глотке свежего воздуха, вы проглатывали их или вдыхали в течение всей вашей жизни (или, возможно, на протяжении жизни вашей матери, но сегодня в вашем теле осталось очень мало ее атомов). Разумеется, все эти поглощенные атомы не останутся с вами на всю жизнь, иначе вы бы росли без ограничений. Некоторые выводятся из организма примерно в течение дня после того, как из них извлечены полезные компоненты и/или запасенная энергия, пошедшие во благо вашему организму. Другие встроены в структуры, которые служат дольше жизненного срока, – к таким, например, относится зубная эмаль. Третьи всасываются в органы или циркулирующие жидкости, время оборота которых варьируется от дней до десятилетий.

Эпителиальные клетки (кожи, кровеносных сосудов, слизистой оболочки кишечника и т. д., каждая из которых состоит примерно из 300 триллионов атомов) отслаиваются всего за пять дней, тогда как стромальные клетки (обнаруженные, например, в костном мозге, лимфатических узлах и яичниках) заменяются в среднем только раз в шестнадцать лет¹. В любой момент ваше тело состоит примерно из 3 000 000 000 000 000 000 000 000 000, или 3000 триллионов триллионов, атомов (представьте мировой склад, полный маковых семян), но они находятся в постоянном состоянии потока, а то, что вы едите, пьете и вдыхаете, определяет их относительные показатели².

Какие именно это атомы? Пять наиболее распространенных – Кислород (61,4 % вашей массы), Углерод (22,9 %), Водород (10 %), Азот (2,6 %) и Кальций (1,4 %) – составляют более 98 % вашего общего веса. Следующие десять по распространенности (Фосфор, Сера, Калий, Натрий, Хлор, Магний, Железо, Фтор, Цинк и Кремний) дают нам более 99,99 % – у вас есть около 1 г Кремния (0,0014 %), а все остальные элементы присутствуют в еще меньших следовых количествах. Однако не забывайте, что 0,0014 % от 3000 триллионов триллионов – это по-прежнему огромная цифра (40 миллиардов триллионов, если быть точным); даже шестидесятый по распространенности элемент, Вольфрам, насчитывает около 850 миллионов триллионов атомов, так что их достаточно много. И не забывайте, что у большинства элементов могут присутствовать несколько изотопов. Кстати, благодаря соотношению последних можно получить подробный отчет о ваших пищевых привычках. Так они позволяют нам пронаблюдать эволюцию сельского хозяйства и питания людей.