50 000 лет назад Северной Америкой правила мегафауна. По тундре бродили неуклюжие мамонты, а в лесах обитали высокие мастодонты, свирепые саблезубые тигры и огромные волки. Зубры и необычайно высокие верблюды стадами перемещались по континенту, а гигантские бобры бороздили его озера и пруды. Огромные наземные ленивцы весом более 1000 кг были обнаружены во многих регионах к востоку от Скалистых гор.
А затем, где-то в конце Последнего ледникового периода, большая часть мегафауны Северной Америки исчезла. Как и почему остается предметом жарких споров. Некоторые исследователи полагают, что прибытие людей имело решающее значение. Возможно, на животных охотились и ели, а может быть, люди просто изменили среду обитания или конкурировали за жизненно важные источники пищи.
Но другие исследователи утверждают, что виновато изменение климата , поскольку Земля оттаяла после нескольких тысяч лет ледниковых температур, изменяя окружающую среду быстрее, чем мегафауна могла адаптироваться. Разногласия между этими двумя школами были ожесточенными, а дебаты — спорными.
Несмотря на десятилетия исследований, загадка ледникового периода остается неразгаданной. На данный момент у исследователей просто нет достаточных доказательств, чтобы исключить тот или иной сценарий – или даже другие предложенные объяснения (например, болезнь, столкновение с кометой, сочетание факторов). Одна из причин заключается в том, что многие кости, по которым отслеживают присутствие мегафауны, фрагментированы и их трудно идентифицировать.
В то время как в некоторых местах останки мегафауны сохраняются очень хорошо, в других условия были суровыми для костей животных , превращая их в более мелкие фрагменты, которые слишком изменены, чтобы их можно было идентифицировать. Эти процессы распада включают воздействие, истирание, разрушение и биомолекулярный распад.
Из-за таких проблем нам не хватает важной информации о том, где были распространены конкретные виды мегафауны, когда именно они исчезли и как они отреагировали на прибытие людей или климатические изменения окружающей среды в позднем плейстоцене.
Применение современных технологий к старым костям
Новая работа, опубликованная в журнале Frontiers in Mammal Science , призвана решить этот дефицит информации. Для этого они обратили свое внимание на исключительные коллекции Смитсоновского национального музея естественной истории в Вашингтоне, округ Колумбия. Музей, в котором собраны находки многочисленных археологических раскопок, проведенных за последние сто лет, представляет собой необычайный резервуар костей животных, которые имеют глубокое отношение к вопросу о том, как вымерла мегафауна Северной Америки.
Однако многие из этих останков сильно фрагментированы и не поддаются идентификации, а это означает, что их способность пролить свет на этот вопрос, по крайней мере до сих пор, была ограничена.
К счастью, в последние годы были разработаны новые биомолекулярные методы археологических исследований. Вместо того чтобы отправляться на раскопки новых мест, археологи все чаще обращают свое внимание на научную лабораторию, используя новые методы для исследования существующего материала.
Один из таких новых методов называется ZooMS — сокращение от «Зооархеология посредством масс-спектрометрии». Метод основан на том факте, что, хотя большинство белков быстро разлагаются после смерти животного, некоторые, например костный коллаген, могут сохраняться в течение длительного времени. Поскольку белки коллагена часто различаются небольшими, тонкими способами между различными таксономическими группами животных и даже отдельными видами, последовательности коллагена могут служить своего рода молекулярным штрих-кодом, помогающим идентифицировать фрагменты костей, которые иначе невозможно идентифицировать.
Таким образом, сегменты коллагенового белка, извлеченные из мельчайших количеств костей, можно разделить и проанализировать на масс-спектрометре, чтобы идентифицировать остатки костей, чего не могут сделать традиционные зооархеологи.
Отбор археологического материала для изучения
Исследователи решили использовать этот метод, чтобы вновь просмотреть архивные материалы Смитсоновского музея. Их исследование было пилотным и задавало ключевой вопрос: сохранят ли кости, хранящиеся в Смитсоновском музее, достаточное количество коллагена, чтобы мы могли узнать больше о фрагментированном костном материале в его запасниках?
Ответ не был очевиден, поскольку многие раскопки проводились десятилетия назад. Хотя материал хранился в течение последнего десятилетия или около того в современном помещении с климат-контролем, ранняя дата раскопок означала, что современные стандарты не обязательно применялись к их обращению, обработке и хранению в все этапы.
Команда исследовала костный материал из пяти археологических памятников. Все стоянки датируются поздним плейстоценом/самым ранним голоценом (около 13 000–10 000 календарных лет до настоящего времени) или ранее и были расположены в Колорадо, на западе Соединенных Штатов. Самый ранний из них был раскопан в 1934 году, последний — в 1981 году.
Хотя некоторый материал из памятников можно было идентифицировать, большая его часть была сильно фрагментирована и не сохраняла диагностических признаков, которые могли бы позволить зооархеологическую идентификацию вида, рода или даже семейства. Некоторые фрагменты костей выглядели весьма бесперспективно: они были обесцвечены и выветрены или имели закругленные края, что позволяет предположить, что они были перенесены водой или отложениями до захоронения на этом месте.
Открытие превосходной сохранности биомолекул
То, что они обнаружили, удивило их. Несмотря на древность многих коллекций, бесперспективный внешний вид большей части материала и древнее происхождение самих костей, они дали отличные результаты ZooMS. Фактически, 80% отобранных костей содержали достаточное количество коллагена для идентификации ZooMS. 73% можно было идентифицировать на уровне рода.
Таксоны, которые они идентифицировали с помощью ZooMS, включали Bison, Mammuthus (род, к которому принадлежат мамонты), Camelidae (семейство верблюдов) и, возможно, Mammut (род, к которому принадлежат мастодонты). В некоторых случаях они могли отнести образцы только к широким таксономическим группам, поскольку у многих североамериканских животных до сих пор нет справочных библиотек ZooMS. Эти базы данных, которые сравнительно хорошо развиты для Евразии, но не для других регионов, необходимы для идентификации спектров, которые дает образец при анализе его на масс-спектрометре.
Их выводы имеют большое значение для музейных коллекций. Материал, который изучали исследователи, во всех отношениях является бедным родственником гламурного материала, выставленного в музеях естествознания.
На первый взгляд эти крайне фрагментированные, маленькие и не поддающиеся диагностике кости животных скучны и на первый взгляд неинформативны. Но, как и другие биомолекулярные инструменты, ZooMS раскрывает богатую информацию, хранящуюся в забытых образцах, которые десятилетиями не привлекали ни внимания исследователей, ни посетителей.
Результаты также подчеркивают потенциал таких коллекций для решения продолжающихся дебатов о том, когда, где и как вымерла мегафауна. Открывая для анализа фрагментированный костный материал, составляющий большую часть данных о мегафауне, ZooMS может помочь предоставить множество новых исследовательских данных для решения давних вопросов о вымирании мегафауны. ZooMS предлагает относительно простой, быстрый и дешевый способ извлечь новую информацию из давно раскопанных мест.
Их исследования также подчеркивают важность сохранения археологических коллекций. Когда исследователи и учреждения испытывают нехватку финансирования, археологические артефакты и кости, которые не являются гламурными или не приносят очевидной непосредственной пользы, могут игнорироваться или даже выбрасываться. Крайне важно, чтобы музеи получали адекватное финансирование для ухода за археологическими находками и их размещения в долгосрочной перспективе.
Как показывает их анализ, такой старый материал может обрести новую жизнь неожиданным образом – в данном случае, что позволяет нам использовать крошечные фрагменты костей, чтобы приблизиться к разгадке загадки того, почему некоторые из крупнейших когда-либо животных Земли исчезли из ландшафтов Земли. древняя Северная Америка.
