Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Хелфанд Дэвид

Если вы не вегетарианец, все немного сложнее, но принципы остаются теми же. Мясо – это мышцы, и если вы едите каре ягненка, вскормленного на С3-растениях, то соотношение изотопов ¹³C/¹²C, потребляемых вами, составит всего лишь –1,95 % (из растения) + 0,36 % (от преобразования в мышцы ягненка) + 0,51 % (от превращения в кость внутри вас) = –1,08 % по сравнению с воздухом.

Эти небольшие различия в процентах могут показаться столь тривиальными, что их невозможно измерить, но помните, что атомы крохотны. Даже если взять 1 грамм (0,04 унции) кости, атомов ¹³C будет на миллион триллионов меньше⁸, чем ожидалось, – и это немаленькое

расхождение. И благодаря тому, что мы способны деконструировать образцы материалов и разделять их на атомные и изотопные составляющие, эти, казалось бы, небольшие отличия помогают нам успешно разгадывать тайны прошлого.

История кукурузы

Кукуруза появилась в высокогорьях южной Мексики – в те времена и в тех краях ее называли «маис». Ученые постепенно сходятся во мнении, что она произошла от теосинте, цветущей травы, произраставшей только в данной местности. На вид теосинте значительно отличается от современной кукурузы с горсткой семян (зерен), сгруппированных на толстом стебле, но имеет поразительное генетическое сходство с последней. Многие авторы предполагают, что селекция теосинте, начатая еще 9000 лет назад местными охотниками-собирателями, привела к тому, что кукурузу начали выращивать еще прежде 4000 г. до н. э.; более того, при помощи радиоуглеродного датирования удалось установить, что самые древние кукурузные початки, найденные в пещере Гила-Накиц в Оахаке, Мексика, оставались там с 4235 года до нашей эры, то есть появились 6250 лет назад⁹.

К тому времени, когда европейцы прибыли в Новый Свет, кукуруза была основным продуктом питания коренных народов Северной и Южной Америки и стран Карибского бассейна. Сегодня это, безусловно, ведущая зерновая культура в мире: в урожае 2018–2019 годов на нее пришлось 1100 миллионов метрических тонн, или примерно 43 % всего мирового производства зерновых культур¹⁰. Как получилось, что этот злак, выращиваемый в безвестной горной долине на юге Мексики, достиг всемирного признания? Ключевую роль в поисках ответа на этот вопрос сыграют изотопы Углерода.

Почти вся естественная растительность, покрывающая Северную и Южную Америку, – как деревья, так и травы, а также кусты черники, картофель, помидоры, кассава, маниока (подробнее о маниоке позже) и другие продовольственные культуры, произрастающие в Америке, – это C₃– растения. Кукуруза – C₄– растение, причем единственное съедобное растение такого рода, присутствующее в Новом Свете. Поэтому по костям коренных народов мы, в принципе, можем определить, когда эта новая культура вошла в их диету.

Именно это сделали ван дер Мерве и его помощник Дж. Фогель. Они изучили пятьдесят с лишним скелетов, обнаруженных в Иллинойсе, Огайо и Западной Виргинии, и при помощи радиоуглеродного датирования установили, что их возраст колеблется в пределах от 3000 года до нашей эры до 1300 года нашей эры. Для всех останков старше 500 года нашей эры соотношение изотопов ¹³C/¹²C сосредоточилось вокруг значений около –1,45 %. Этого можно было ожидать от диеты, состоящей исключительно из C3-растений, со средним соотношением –1,95 %, к которому добавился коэффициент фракционирования костного коллагена, составляющий +0,5 %.

Однако в случае, когда возраст скелетов датируется периодом от 600 до 1200 года нашей эры, соотношение ¹³C/¹²C в останках устойчиво растет, достигая к концу этого времени среднего значения –0,45 %; иными словами, оно возрастает на целый 1 % (см. рис. 10.2)¹¹. Оно не достигает нулевого значения, которого можно было бы ожидать от растительной диеты, состоящей только из C4-растений, поскольку даже если у вас есть восхитительный новый источник белка, крахмала и сахара,

это не означает, что вы должны непременно отказаться от употребления черники, помидоров и других овощей и перестать время от времени баловать себя жареной олениной. Измеренное соотношение позволяет нам рассчитать долю С4-растений в диете коренных жителей штата Огайо в период, который начался за 5000 лет до нашего времени, а закончился 800 лет назад. Примечательно, что всего за несколько столетий этот показатель увеличился с 0 % (эпоха до кукурузы) до более чем 70 %.

Рис. 10.2. Соотношение ¹³ C/ ¹²C в костях коренных американцев, обитавших на Среднем Западе США, отображенное как функция времени за период с 4000 г. до н. э. по 1500 г. н. э. Обратите внимание на быстрый рост количества скелетов, возраст которых датирован 1000 г. н. э. Шкала справа показывает долю диеты, поступающую из C4-растений. Эта доля практически равна нулю на протяжении первых 5000 лет, а затем, в течение нескольких столетий, возрастает до более чем 70 %, что указывает на выращивание кукурузы

В те годы, когда ван дер Мерве преподавал в Бингемтоне, штат Нью-Йорк, он смог повторить этот эксперимент на ряде человеческих ребер, найденных при раскопках в северной части штата Нью-Йорк и датированных 2500–100 годами до нашей эры, а также на еще одном комплекте, в котором кости были отнесены к периоду, длившемуся с 1000 по 1500 год уже нашей эры. Опять же, в более древних костях, как и ожидалось, наблюдалось соотношение –1,4 %, характерное для диеты, в основном состоящей из C3-растений с добавлением небольшого количества мяса. В то же время в последней группе было заметно постепенное увеличение от –0,95 до –0,65 %, что свидетельствовало о растущей зависимости от C4-кукурузы – впрочем, она проявлялась не так сильно, как в Огайо, и возможно, причиной тому был несколько более краткий вегетационный период в северной части штата Нью-Йорк. К настоящему времени подобные исследования проведены по всей Северной и Южной Америке, благодаря чему мы смогли нанести на карту весь процесс распространения кукурузы из горной долины в Оахаке и превращения ее в доминирующую сельскохозяйственную культуру в Новом Свете.

«Ты есть то, что ты ешь» – новые истории

Анна Рузвельт получила докторскую степень на факультете антропологии Колумбийского университета в 1977 году, когда я приехал в Колумбийский университет. Не прошло и нескольких лет, а раскопки, которые она вела в Венесуэле, в долине Ориноко, уже стали причиной жарких споров среди специалистов, изучающих археологию Амазонки. В то время ученые склонялись к мысли о том, что кукуруза не играла никакой роли в жизни цивилизаций тропических лесов Южной Америки в доисторические времена (1500–3000 лет тому назад). Напротив, утверждали, что местное население зависело от «системы тропических дождевых лесов», основанной на выращивании маниоки и кассавы, бывших источниками крахмала, и дополненной охотой и рыболовством для получения белка¹².

Однако раскопки, проведенные Анной Рузвельт, показали, что крупные вождества того периода с их высокой плотностью населения не могли поддерживаться одной только системой тропических лесов, потому что (1) животных было слишком мало, (2) в сезон дождей, когда реки были слишком бурными, ловить рыбу было невозможно, и (3) корнеплоды гнили во влажное время года. Вместо этого она предположила, что 2500 лет тому назад в эти места завезли кукурузу, которая и обеспечивала белок, необходимый в тех случаях, когда охоты и рыбалки было недостаточно. Такие взгляды встретили решительное сопротивление со стороны известных ученых в этой области.