Текст книги "Невероятная одиссея человека. История о том, как мы заселили планету"

Культуры каменного века

Археологи по сравнению с геологами классифицируют периоды по-другому, в зависимости от того, что люди изготавливали в это время. В каменном веке люди (включая Homo sapiens и их предков) изготавливали каменные орудия. Еще до открытия и использования металлов – меди, олова и железа. На самом деле, по большому счету, обработка металлов – не столь давнее изобретение. Каменный век традиционно делят на палеолит (древний каменный век, примерно соответствующий плейстоцену), мезолит (средний каменный век) и неолит (новый каменный век). В разных местах эти периоды начинались и заканчивались в разные моменты времени, поэтому может возникать некоторая путаница. Классификация также основана на европейском доисторическом периоде, который изучался во множестве ранних археологических работ. Но с точки зрения общей археологии, Западная Европа является чем-то вроде болота и даже тупика [9], поэтому предложенная там терминология часто бесполезна при попытках понять, что происходило в остальных частях света. Однако классификация, по крайней мере, предоставляет нам словарь и создает некоторую структуру, помогая разобраться в глубоком прошлом.

Взаимосвязь между геологическими периодами, периодами по изотопно-кислородной шкале и тем, чем в это время занимались люди

Для каждого периода характерны определенные стили и способы изготовления каменных орудий, а также различный образ жизни людей. Проще говоря (действительно очень просто, как мы увидим позже), образ жизни периода палеолита – это жизнь кочевого охотника-собирателя. В мезолите уже возникает тенденция к оседлости, а эпоха неолита положила начало обустройству деревень, основанию городов, развитию сельского хозяйства, изготовлению глиняной посуды и появлению религии.

На всем протяжении палеолита и мезолита наши предки вели кочевой образ жизни. Следов их перемещений, каких-либо пристанищ или малейших признаков ведения хозяйства практически нет. Все, что у них было, часто изготавливалось, как мы сейчас думаем, из природных, недолговечных материалов. Найденные каменные орудия часто выглядят как часть более сложного элемента какого-то изделия. Иногда гладкие, отполированные участки каменных орудий намекают на то, что, возможно, они были с чем-то соединены. В естественных условиях природные материалы, например куски дерева или шкуры животных, сохраняются очень редко. Поэтому, если в вашем распоряжении оказываются лишь скудные фрагменты, удивительно, что все-таки можно найти случайные следы и благодаря этому восстановить часть нашей общей предыстории.

На протяжении палеолита типы каменных орудий менялись. В зависимости от этого период делится на нижний, средний и верхний (или в Африке – на ранний, средний и поздний каменный век). Каменные орудия, изготовленные древними представителями рода Homo, начинают появляться в земле, именуемой хранилищем «археологических летописей», примерно 2,5 млн л. н. Необработанные камни, галечные орудия или «технология» их изготовления называются олдувайской культурой, по названию ущелья Олдувай, где проводила раскопки Мэри Лики. Такие примитивные орудия продолжали делать в течение сотен тысяч лет. Наши древние предки не были великими новаторами! Но все же следует отдать должное их умению. В естественных условиях шимпанзе делают орудия из материалов, легко поддающихся воздействию, – палок или стеблей травы, используют камни, чтобы расколоть орех; в неволе шимпанзе можно научить изготавливать каменные орудия, но они не настолько хороши, как олдувайские [10].

Каменные орудия следующего периода называются ашельскими и обнаружены не только в Африке. В XIX в. в городе Сен-Ашель во Франции было впервые найдено характерное рубило. Возраст таких орудий из Африки составляет примерно 1,7 млн лет, возраст европейских орудий – всего 600 тыс. лет. Находки из Сен-Ашеля на самом деле довольно поздние, они датированы периодом 300–400 тыс. л. н. Примерно 250 тыс. л. н. эта технология исчезла. Немного странно, что способ изготовления рубила не достиг Восточной Азии. Исследования каменных орудий позволили предположить, что люди, вероятно Homo erectus, впервые вышли из Африки примерно миллион лет назад, поэтому вряд ли восточноазиатские производители галечных орудий были прямыми потомками представителей африканской олдувайской индустрии; с точки зрения культуры они скорее относились к «ашельцам», которые прекратили делать рубила, двинувшись на восток [10].

Рубило – заостренное орудие каплевидной формы, сколотое с обеих сторон. Похоже, никто не знает, как именно использовалось рубило. Держали его в руке или прикрепляли к чему-то наподобие рукоятки? Многие археологи предпочитают называть рубила «бифасами» (бифасы – общее название орудий, оббитых с двух сторон). По сравнению с олдувайскими орудиями ашельские бифасы более совершенны (хотя все еще крупные и грубо обработанные). Некоторые из них почти симметричны, поэтому многие археологи предполагают, что их форма была продиктована и функцией, и эстетическими взглядами. Конечно, это очень привлекательное, но всего лишь гипотетическое предположение, поскольку никаких других доказательств существования в это время какого-либо искусства нет. И еще раз, способ изготовления орудий оставался чрезвычайно консервативным: новшеств было крайне мало. За огромный отрезок времени ашельского периода, от 1,7 млн до 250 тыс. л. н., культура едва изменилась [10].

Но затем появилась новая индустрия. В Африке, к югу от экватора, она называется средним каменным веком (СКВ), в Северной Африке, Европе и Западной Азии – эпохой среднего палеолита, или эпохой мустье. Мустьерская культура названа по стоянке Ле-Мустье на юго-западе Франции, где были найдены останки неандертальцев. Разные названия сопровождаются большим объемом исторических сведений, и, если проводить различия между Африкой и Евразией, это не особенно помогает. Но можно сказать, что эти орудия были изготовлены древним видом Homo heidelbergensis, а также его (вероятно) потомками: Homo sapiens и неандертальцами.

Культура среднего палеолита отличается от ашельской тем, что из наборов орудий исчезают бифасы, а сами орудия часто изготавливаются из так называемой каменной «заготовки», или нуклеуса (ядра). Хотя на самом деле это различие не настолько заметно, поскольку такую технику использовали и представители ашельской культуры. Согласно исследованиям износа орудий СКВ / среднего палеолита, люди, похоже, периодически «насаживали» каменные наконечники на древко (хотя, как я говорила, возможно, но не доказано, что так называемые ашельские бифасы крепились на рукоятке). Новое поколение орудий и способы их изготовления отличались намного больше, чем предшествующие технологии. В течение этого периода произошли и другие изменения: люди начали собирать красноватую железосодержащую породу, возможно используя ее в качестве красителей, появились первые очаги, люди научились управляться с огнем и стали хоронить умерших. Из анализа состава костей видно, что в этот период люди ели больше мяса. Хотя наши предки охотились и раньше, но, судя по артефактам, например, копьям возрастом 400 тыс. лет со стоянки Шёнинген в Германии, предполагается, что именно в эпоху СКВ / среднего палеолита охота, а не только питание падалью, стала обычным делом [10].

Примерно 40 тыс. л. н. наступил период, называемый в Африке поздним каменным веком (ПКВ), а в Евразии – эпохой верхнего палеолита. Появилось большое количество разнообразных каменных орудий, люди стали делать предметы из кости, использовали «настоящее» метательное оружие – копья, дротики, лук и стрелы (а не просто бросали копье рукой) [11], строили убежища, ловили рыбу и хоронили умерших с теми или иными ритуалами, не встречающимися раньше, а также создавали поразительные произведения искусства, особенно в Европе. Хотя наскальные рисунки в пещерах Испании и Франции, скорее всего, не являются первыми примерами раннего творчества (поскольку есть намного более ранние доказательства использования красителей в Африке), они довольно примечательны. Судя по окаменелым останкам, обнаруженным вместе с археологическими находками, обычно считается, что в позднем каменном веке и верхнем палеолите жил всего один вид: Homo sapiens, современные люди. Мы. Некоторые палеоантропологи полагают, что этот новый период ознаменован относительно внезапным появлением поведения действительно «современного» человека [10]. Другие же считают, что признаки полностью современного поведения можно увидеть намного раньше, до 100 тыс. л. н., а также предполагают, что такое поведение развивалось постепенно, отражая физический, биологический переход к современному состоянию [9, 12].

Продолжающиеся споры хорошо иллюстрируют, насколько на самом деле трудно определить, как и когда произошел этот переход к поведению, которое действительно можно назвать присущим современному человеку. Что касается каменных орудий, то сложно выявить однозначные приметы орудий, принадлежавших самому древнему современному человеку. Прежде всего, ранние современные люди изготавливали те же орудия, что и их предковые и сестринские виды, человек гейдельбергский и неандертальцы, то есть заурядные орудия среднего каменного века. Но существует особый набор инструментов СКВ из Северной Сахары, предположительно созданных современными людьми. Во многом похожие на другие орудия СКВ, орудия атерийской культуры включают обработанные наконечники, или «наконечники с хвостовиком» (возможно, для копий или стрел). Кроме атерийских орудий, на стоянке в Марокко были обнаружены новые доказательства «современного поведения» в виде бус из ракушек [13]. Тем не менее трудно только на основе каменных орудий установить, что современные люди существовали еще до позднего каменного века и эпохи верхнего палеолита. Поэтому пределом мечтаний для тех, кто ищет доказательства присутствия самых ранних современных людей, становится обнаружение окаменелых скелетов.

Основные каменные орудия

Датирование окаменелых останков и археологических материалов

Очень важно разбираться в методах, с помощью которых археологи получают различную информацию из обнаруженных материалов. Основная тема самых крупных разногласий и самых запутанных проблем палеоантропологии – датирование.

При относительной датировке возраст чего-либо часто зависит от его расположения в земле. Например, можно отнести находку к железному веку, если она лежит под римской мозаикой, но поверх захоронения бронзового века. При более научном подходе, иногда называемом «абсолютной датировкой», используются методы определения возраста самого объекта или, по крайней мере, слоя, в котором он находился. Абсолютные методы датировки артефактов, принадлежащих к рассматриваемому нами периоду, включают радиометрическое и люминесцентное датирование.

Радиометрические (радиоизотопные) методы основаны на измерении количества различных радиоактивных изотопов, содержащихся в найденном образце. При распаде радиоактивного изотопа меняется его состав или строение. Если определить, какая доля изотопа распалась, то, зная период его полураспада, можно вычислить возраст интересующего образца.

Самый известный радиометрический метод датирования – радиоуглеродный. Со временем радиоактивно нестабильный изотоп ¹⁴C распадается, стремясь к стабильной форме. В реальных условиях ¹⁴C присутствует в атмосфере, его поглощают растения в процессе фотосинтеза и получают животные, питающиеся растениями. Это значит, что растение или животное содержат ¹⁴C и ¹²C в том же соотношении, в котором они находятся в атмосфере. Но когда растение или животное погибает, поступление ¹⁴C прекращается, а оставшееся количество изотопа постепенно распадается до ¹²C. Зная период полураспада и определив соотношение изотопов углерода в органическом материале, будь то дерево, древесный уголь или кость, можно определить время жизни органического объекта.

В последнее время благодаря использованию ускорительной масс-спектрометрии (УМС) точность радиоуглеродного датирования повысилась. При этом граница радиоуглеродного датирования сдвинулась в прошлое до 45 тыс. л. н. На точность метода влияет и предварительная обработка образцов – удаление углеродных загрязнений более позднего происхождения – и калибровка с учетом того, что содержание ¹⁴C в атмосфере со временем все-таки меняется (в этой книге приведены календарные даты, а не «радиоуглеродные годы»). К радиоуглеродным датам, опубликованным до 2004 г., то есть до усовершенствования метода, нужно относиться с осторожностью. При повторной датировке с применением новых методов археологические находки оказывались на 2–7 тыс. лет старше по сравнению с предыдущими оценками. Дополнительное преимущество 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]2
  Автор имеет в виду кроссинговер – процесс обмена участками гомологичных хромосом в профазе I мейоза. – Прим. ред.


[Закрыть]. 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. Что, в свою очередь, приводит к невероятно важным изменениям генофонда: если меняются обстоятельства и окружающая среда, появляются люди, которые лучше, чем другие, приспосабливаются к новым условиям. Биология не может предсказать, какие изменения потребуются в отдаленном будущем, но особи, которые в ходе полового размножения приобрели способность «соответствовать требованиям завтрашнего дня», были более жизнестойкими. Поэтому сегодня мы все делаем это. Однако для генетиков попытки проследить за генами на протяжении поколений – сущий кошмар, поскольку гены очень подвижны и никогда «не сидят на месте».

И в то же время мтДНК не подвергается рекомбинации и в неизменном виде сохраняется в митохондриях, которые передаются нам по наследству от матери. Сперматозоиды отца при оплодотворении привносят только ядро с двадцатью тремя хромосомами. Яйцеклетка также содержит 23 хромосомы и, кроме того, другие клеточные органеллы, включая митохондрии. То есть все митохондрии и ДНК, которые они содержат, вы получили от матери, она – от своей матери и т. д. Поэтому, используя мтДНК, генетики могут проследить материнскую родословную. Что касается ядерной ДНК, то в наших хромосомах существует один фрагмент, не способный к рекомбинации. Это – основная часть Y-хромосомы, имеющейся только у мужчин, то есть с ее помощью можно отследить предков по отцовской линии.

На самом деле можно отследить во времени и другие гены ядерной ДНК, хотя «история их жизни» более запутанная и сделать это намного сложнее, чем в случае мтДНК или фрагмента Y-хромосомы. Методы анализа ДНК и чтения стандартных последовательностей нуклеотидов совершенствуются практически ежедневно. Сегодня многие лаборатории не занимаются отдельными генами мтДНК или ядерной ДНК, а ставят задачу расшифровать всю ДНК, то есть создать карты всех митохондриальных и даже ядерных геномов. Удивительное время!

Для исследования нашего происхождения важны именно едва уловимые различия в ядерной или мтДНК. Традиционно наследственной изменчивостью занималась популяционная генетика, изучающая и сравнивающая частоту встречаемости различных типов генов в разных популяциях. Однако недостаток этого подхода состоит в значительном искажении результата, поскольку люди мигрируют и популяции смешиваются. Намного более четкая картина нашей родословной и нашей взаимосвязанности получается при создании генеалогического древа с помощью мтДНК, Y-хромосомы и ядерной ДНК. Точки разветвления на таком родословном древе отражают возникновение специфических мутаций [18].

Конечно, существуют этические проблемы, связанные с взятием образца ДНК: процедура должна быть сделана только с согласия заинтересованного человека, а полученный образец должен использоваться только с единственной заявленной целью и не передаваться третьим лицам. Для высказываемых опасений, что генетические исследования отличий между людьми могут быть использованы в расистских целях, нет причин, поскольку наука генетика несет мощную антирасистскую идею. Как сказал выдающийся ученый Луиджи Лука Кавалли-Сфорца: «Исследования популяционной генетики и эволюции человека предоставили самое неопровержимое доказательство отсутствия какого-либо научного обоснования расизма и продемонстрировали, что генетическое разнообразие между популяциями невелико и, возможно, полностью является результатом климатической адаптации и случайного [генетического] дрейфа» [18].