УМС-радиоуглеродного датирования заключается в том, что для проведения анализа достаточно минимального фрагмента драгоценного археологического объекта. УМС-радиоуглеродное датирование — наилучший метод определения возраста органических объектов, но при условии, что они не старше 45 тыс. лет [14]. Если образцы старше и если нас интересуют ранние современные люди и их выход из Африки, произошедший более чем 50 тыс. л. н., мы должны обратиться к другим методам.
Для определения возраста горных пород применяют метод урановых серий и калий-аргоновый метод. В методе урановых серий исследуют радиоактивные изотопы урана и тория, которые распадаются до стабильных изотопов. Дело в том, что растворимые изотопы осаждаются, а затем трансформируются в нерастворимые формы. Поэтому такой метод может применяться для определения возраста спелеотем и кораллов. Калий-аргоновое (и аргон-аргоновое) датирование применяется при определении возраста вулканических пород. Аргон улетучивается из расплавленной породы, но фиксируется в застывшей лаве. Поэтому, если археологические материалы или окаменелости обнаружены между слоями спелеотем (в известковых пещерах) или вулканического туфа, то с помощью этих методов можно определить их возраст или, по крайней мере, временной диапазон.
Относительно новый и невероятно полезный для палеолитической археологии метод — люминесцентное датирование. Он используется для определения момента времени, когда кристаллы кварца или полевого шпата в последний раз подвергались действию тепла или света. С его помощью датируют слои осадочных пород, в которых скрыт археологический объект, а иногда даже время, когда объект нагревался (например, часть глиняной посуды или камень из очага). Люминесцентное датирование — очень мощный инструмент, позволяющий определять возраст объектов от нескольких лет вплоть до нескольких миллионов лет [15].
Принцип работы метода люминесцентного датирования поражает мое воображение. Когда гранулы (песчинки) кристаллов кварца подвергаются ионизирующему излучению таких естественных радиоактивных элементов, как уран, а также космических лучей, в их кристаллической структуре образуются мельчайшие дефекты, которые захватывают свободные электроны. Под действием света или тепла кристалл испускает захваченные электроны. Но как только кварц оказывается в темноте (в земле), он снова начинает накапливать электроны… до тех пор, пока его кто-то не откопает. После обнаружения образцы, предназначенные для люминесцентного датирования, должны храниться в полной темноте.
В лаборатории гранулы кварца сортируют при очень тусклом красном свете. Затем их нагревают (при термолюминесцентном датировании, ТЛД) или облучают (при оптически стимулируемом люминесцентном датировании, ОСЛ-датировании). При этом кристаллы освобождают «пойманные» электроны и испускают сияние — люминесценцию. Измеряя интенсивность люминесценции и учитывая уровень естественной радиации в месте расположения кварца (от других осадочных образцов и космической радиации), можно определить, в течение какого времени кристалл находился в темноте [15].
Другой метод, основанный на измерении уровней «пойманных» электронов в ответ на бомбардировку с учетом уровня естественной радиации в осадочных породах, — электронный спиновый резонанс (ЭСР). Поскольку зубная эмаль также имеет кристаллическую структуру, то этот метод с успехом применяется при определении возраста древних образцов зубов, что помогает датировать окаменелые останки гоминид [16].
Генетические исследования
Совсем недавно важные сведения о нашем происхождении, о том, каким образом мы связаны друг с другом, и даже о способе расселения по планете начали получать с помощью другой научной дисциплины. Но на этот раз доказательства скрываются не в горных породах, а в нас самих, поскольку ДНК, присутствующая в каждой клетке человеческого организма, содержит всю информацию о нашей родословной. Взятие образцов ДНК — процедура на удивление простая и безболезненная: специальной щеточкой делается соскоб с внутренней поверхности щеки или ватным тампоном собирается слюна. В полученных образцах содержатся клетки, а в них — драгоценная ДНК.
Хотя в основном ДНК у всех людей одинаковая, имеются и некоторые различия. Это естественно, ведь иначе мы были бы похожи друг на друга, как клоны. Одни гены отвечают за внешность, другие — управляют механизмом жизни. Отличия есть и между генами. Конечно, просто посмотрев на какого-то человека, вы этого не заметите, но вполне возможно, что у вас разные группы крови и немного отличаются ферменты, например пищеварительные. Различия активных генов и белков, которые они кодируют, ограничены естественным отбором. Если в каком-либо гене произойдет мутация, она может заставить соответствующий белок «работать» лучше или хуже, а может быть, не окажет никакого действия.
Если результат генной мутации неблагоприятен, вероятно, что его носитель вообще не выживет или проживет недостаточно долго и не успеет передать свои гены потомству. Таким образом мутантный ген исчезнет из совокупности генов популяции, или «генофонда». Если же мутация окажется полезной, носитель гена получит лучшие шансы на выживание, а его потомкам достанется новая версия гена. Так, постепенно, через многие поколения, действительно удачный ген может распространиться в популяции. При нейтральной мутации все решает чистая случайность — закрепится она или исчезнет из генофонда.
Существуют длинные отрезки ДНК, не несущие необходимую для клетки информацию и никогда не «считывающиеся» при синтезе белков. Иногда в таких фрагментах ДНК содержатся части древних, неактивных генов или генетического материала вирусов, когда-то встроенного в хромосомы. Эти «ненужные» участки не подвергаются естественному отбору подобно рабочим генам. Изменения, появляющиеся в этих регионах вследствие случайных мутаций, не исчезают так же случайно. А значит, их можно использовать для отслеживания генетической родословной.
Бо́льшая часть нашей ДНК спирально закручена в хромосомах и содержится в ядрах клеток; небольшое количество ДНК есть также в своего рода «капсулах», органеллах клетки, называемых митохондриями. Митохондрии — настоящие «энергетические станции», которые используют сахар в качестве топлива для выработки энергии. Перед генами митохондриальной ДНК (мтДНК) поставлена только одна, но невероятно важная задача — управление преобразованием энергии в клетке. Во многом благодаря «скрытому» местоположению эти гены защищены от исчезновения в процессе естественного отбора. Мутации в мтДНК накапливаются гораздо быстрее, чем в ядерной ДНК [17]. А значит, именно мтДНК особенно подходит для восстановления генетического происхождения. Предполагается, что существует стандартная частота мутаций в мтДНК и, кроме тех случаев, когда возникшее изменение нарушает функции митохондрий, такие мутации сохраняются.
Другое важное обстоятельство, связанное с мтДНК, состоит в том, что ее гены не смешиваются в каждом поколении подобно ядерным генам. По сравнению с обычными клетками организма человека гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды) содержат только половинный набор хромосом. Образование гамет — это не просто расхождение пар хромосом. Перед этим хромосомы в каждой паре обмениваются ДНК в процессе, называемом рекомбинацией [2]. А значит, двадцать три хромосомы, оставшиеся в гамете, содержат новые сочетания ДНК, которых не было у отца или матери.
Клетка
Половое размножение с такой перетасовкой генов в каждом поколении обеспечивает постоянное создание генетически «новых» и разнообразных индивидуумов.
