Сотрудники Института археологии и этнографии СО РАН с помощью изотопного анализа кислорода в зубной эмали научились определять сезонность рождения древних овец и коз. Это нужно для того, чтобы выявить стратегии скотоводства древних людей. Дикие животные в природе рождаются только весной. Если у рогатых два пика рождения в год (весна и осень) — это признак одомашнивания, то есть люди контролировали размножение. 

В зубной эмали сохраняется информация о том, что животное употребляло в пищу и в каком климате жило. К тому же вода в источниках на различной высоте имеет разное соотношение изотопов кислорода, поэтому с помощью такого метода можно отследить информацию о перемещениях стада при отгонном скотоводстве. Сезонные колебания кислорода-18, более тяжёлого изотопа, показывают изменения температуры, а значит, можно понять, в какое время года родилось животное.

Исследование проводилось на молярах М2 и М3 — это коренные зубы, которые не меняются в течение жизни. Резцы, в свою очередь, стираются и выпадают, поэтому для этого метода не подходят. Также важно учитывать размер зуба.

«У баранов зубы очень крупные, поэтому мы можем отобрать достаточно проб, построить циклические вариации. Человеческий зуб, наоборот, небольшого размера, максимум можно сделать три напила. То есть требования к зубу, — чтобы он был достаточной длины. Поэтому метод точно подходит для зубов рогатого скота, лошадей и коров», — рассказала научный сотрудник лаборатории изотопных исследований Alsotopes ИАЭТ СО РАН кандидат химических наук Ксения Бабина.

В ходе археологических работ для анализа отобрали зубы древних овец и коз, полученные в ходе новых раскопок в Истыкской пещере: один зуб из первого слоя (1 920—1 520 лет назад) и два зуба возрастом 14—10 тысяч лет. Исследователи также проанализировали зубы, найденные в ходе раскопок 1990-х годов на неолитическом поселении Джейтун (6 тысяч лет до н. э). Это старинный памятник эпохи неолита, находящийся в южной части Туркмении, в 25 км к северо-западу от Ашхабада. Для сравнения учёные использовали литературные данные по современным зубам домашних овец и коз.

Для подготовки зубов к анализу исследователи напилили эмаль вдоль линии роста зуба. Химическая обработка зуба проходит в несколько этапов. Хорошо сохранившимся зубам (1,5—2 тыс. лет) достаточно механической зачистки, чтобы снять верхний загрязненный слой. Далее происходит отбор проб: всё тем же гравером напиливают по 1 мм вдоль линии роста зубов. Чтобы убрать остатки растений или бактерий, которые накопились в процессе залегания в почве, учёные обрабатывают напиленную эмаль пероксидом водорода. Далее используется уксусная кислота — это соединение удаляет экзогенные карбонаты. Труднее всего обработать древние зубы (10—14 тыс. лет). Для этого учёные растворяли очищенную эмаль в кислоте НF, потом выделяли фосфат серебра (Ag₃PO₄), который необходим для более точного анализа.

Традиционный метод изотопного анализа зубной эмали заключался в изучении карбонатов, но из-за их низкого содержания такой метод не подходит для зубов с низкой сохранностью эмали. С 2010-х годов учёные начали использовать новый метод — анализ фосфатов. Фосфат серебра, выделенный из зубной эмали, насыпают в серебряные капсулы и загружают реактор пиролиза. Там его нагревают до 1 300 °C в потоке гелия. Кислород из фосфатов превращается в угарный газ (CO), который и анализируют на изотопном масс-спектрометре.

«Зубная эмаль — это гидроксиапатит, минерал, устойчивый к разрушениям, фосфат кальция и встроенные в его решетку карбонат-ионы. Традиционная методика заключается в выделении этих карбонатов. Причем фосфатов в эмали 90 %, а карбонатов около четырех, их мало. То есть, если зуб сильно испорченный, это не самая точная методика, более надежная — по фосфатам, и как раз наша основана на выделении фосфатов», — поделилась Ксения Бабина.

Изотопный состав кислорода в фосфатах зубной эмали (PO₄³⁻) — это климатическая метка, которая помогает реконструировать условия жизни древних животных и стратегии древнего скотоводства. Используют соотношение тяжёлого изотопа ¹⁸O к наиболее распространенному ¹⁶O, которое измеряется с помощью изотопного масс-спектрометра. С помощью соотношения ¹⁸O/¹⁶O можно отследить сезонные изменения. Если в эмали минимум ¹⁸O/¹⁶O, значит, участок эмали формировался зимой, если максимум — то летом. Всё дело в том, что в теплое время года животные пьют воду, обогащенную ¹⁸O: летом «тяжёлая» вода легче испаряется и выпадает в виде осадков. Эти факторы создают сезонные колебания δ¹⁸O, которые «записываются» в зубах по мере их роста: кислород воды в осадках включается в кристаллическую решетку гидроксиапатита. 

На анализе исследование не закончилось — начались математические расчёты. Учёные построили графики зависимости δ¹⁸O (время года) от расстояния от корня зуба (возраст животного). Таким образом, выяснилось, что древние овцы и козы рожали дважды в год, а значит, люди из поселения Джейтун контролировали размножение скота. Учёные сравнили данные с современными животными из разных регионов, результаты совпали, а значит, метод работает. 

В рамках проекта № 24-78-10127 «Неолитизация в горной части Центральной Азии (от Копетдага до высокогорий Памира)» при поддержке Российского научного фонда учёные продолжают исследования изотопного состава кислорода и углерода в зубной эмали мелкого рогатого скота. 

Текст: Алиса Новохатская, Ольга Кириленко.
Источник: «Наука в Сибири».