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 большие 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, пишет Phys.org.
В конце последнего ледникового периода большая часть мегафауны Северной Америки исчезла. Как и почему это произошло, остается предметом жарких споров. Некоторые исследователи полагают, что прибытие людей имело решающее значение. Возможно, на животных охотились, их ели, а может быть, люди просто изменили среду обитания или конкурировали за жизненно важные источники пищи.
Другие исследователи утверждают, что виновато изменение климата. Земля оттаяла после нескольких тысяч лет ледниковых температур. Окружающая среда изменилась быстрее, чем мегафауна смогла адаптироваться.
Несмотря на десятилетия исследований, загадка ледникового периода остается неразгаданной. На данный момент у исследователей просто нет достаточных доказательств, чтобы исключить два основных сценария и несколько других, включающих болезнь, столкновение с кометой или сочетание этих факторов. Одна из причин заключается в том, что многие кости, по которым отслеживают присутствие мегафауны, фрагментированы — их трудно идентифицировать.
Из-за проблем с измельчением и распадом костей ученым 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 исследователей призвана решить проблему с дефицитом информации. Для этого ученые 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.
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». Этот 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 незначительно различаются между таксономическими группами животных и даже отдельными видами, последовательности коллагена могут служить своего рода молекулярным штрих-кодом, помогающим идентифицировать фрагменты кости, которые в противном случае невозможно было бы изучить.
Таким образом, сегменты коллагенового белка, извлеченные из фрагментированного материала, можно разделить и проанализировать на масс-спектрометре, чтобы идентифицировать остатки костей. Традиционные методы зооархеологов для такой работы не годятся.
Отбор археологического материала для изучения
Ученые решили использовать новый метод, чтобы вновь просмотреть архивные материалы Смитсоновского музея. Их исследование было пилотным и содержало ключевой вопрос: сохранят ли кости, расположенные в Смитсоновском музее, достаточное количество коллагена, чтобы мы могли узнать больше о фрагментированном костном материале?
Ответ был неочевиден, поскольку многие раскопки проводились десятилетия назад. Хотя материалы хранились в течение последнего десятилетия или около того в ультрасовременном помещении с климат-контролем, ранняя дата начала раскопок означала, что современные стандарты не обязательно применялись к их обработке и хранению на всех этапах.
Ученые исследовали костный материал из пяти археологических памятников. Стоянки датируются поздним плейстоценом или самым ранним голоценом (около 13 000–10 000 календарных лет до настоящего времени). Все они были расположены в Колорадо, на западе Соединенных Штатов. Самый ранний археологический памятник 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
Финал работы удивил исследователей. 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. 73% можно было идентифицировать на уровне рода.
Таксоны, которые ученые идентифицировали с помощью ZooMS, включали 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.
Выводы специалистов имеют большое значение для музейных коллекций. На первый взгляд эти крайне фрагментированные, маленькие и не поддающиеся диагностике кости животных скучны и неинформативны. Но, как и другие биомолекулярные инструменты, ZooMS раскрывает богатую информацию, хранящуюся в забытых образцах, которые десятилетиями не привлекали внимания ни исследователей, ни посетителей.
Результаты подчеркивают потенциал музейных коллекций для решения продолжающихся дебатов о том, когда, где и как вымерла мегафауна. Открыв для анализа фрагментированный костный материал, составляющий большую часть данных о мегафауне, ZooMS сможет 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.
Когда исследователи и учреждения испытывают нехватку финансирования, археологические артефакты и кости, которые выглядят не очень презентабельно и не приносят очевидной пользы, могут игнорироваться или даже выбрасываться. Крайне важно, чтобы музеи получали адекватное финансирование для ухода за археологическими находками и их размещения в долгосрочной перспективе, пишет источник.
Как показывает проведенный анализ, старый материал может обрести новую жизнь неожиданным образом — в данном случае это позволяет нам использовать крошечные фрагменты костей, чтобы немного приблизиться к разгадке тайны того, почему некоторые из самых крупных животных на Земле исчезли с ландшафтов древней Северной Америки.
Ранее стало известно о планах воскресить вымершего гиганта из ледникового периода. Специалисты в сфере генетической инженерии уже достигли определенного прогресса.