Лед, зубы и солнечный ветер: как масс-спектрометрия и секвенирование генов совершили революцию в археологии

В 2023 году группа ученых из Копенгагенского университета под руководством Луизы Эрстед Брандт изучила состав кожаных изделий, извлеченных из скифских гробниц на Украине, в том числе нескольких колчанов. Применив масс-спектрометрию, исследователи прочли «молекулярный штрихкод» биологических образцов и обнаружили, что скифы получали кожу в основном из шкур овец, коз, коров и лошадей, однако два колчана содержали и кусочки человеческой кожи.

«Историческую достоверность текстов Геродота иногда подвергают сомнению. Кое-что из написанного им выглядит неправдоподобным, но в этом случае мы могли бы доказать, что он был прав», — отметила Брандт.

Итак, 1:0 в пользу Геродота. Но среди прочего высокотехнологичная работа копенгагенских исследователей подсвечивает будущее истории как научной дисциплины. Основные методы изучения событий прошлого не сильно изменились с классических времен.

Историк может делать то же, что Геродот, — путешествовать, разговаривать с интересными людьми и собирать их воспоминания (хотя сейчас мы иногда называем это журналистикой). Или заниматься тем, чем занимались большинство историков последующих веков, а именно — компилировать документы, написанные в прошлом и о прошлом, а затем пытаться согласовать различные их версии и интерпретации.

Сегодня историки не только читают рукописи: они тестируют сами страницы, отслеживая гены коров и овец, из шкур которых был изготовлен пергамент. По мельчайшим следам белка, найденным при археологических раскопках, они идентифицируют остатки разложившегося органического вещества (например, бобровых шкур в могиле викингов) и определяют регион их происхождения. 

Изучение древних белков теперь представляет собой отдельную дисциплину, называемую палеопротеомикой. Другие методы, заимствованные из области судебной медицины, помогли восстановить многие утраченные страницы прошлого. Анализ стабильных изотопов, сохранившихся в костях человека и зубах животных, позволил ученым отследить перемещение одной девочки из Германии в Данию в бронзовом веке, привоз бабуинов с Африканского Рога в Древний Египет и пути ежегодных миграций по Среднему Западу шерстистого мамонта из Индианы 13 тысяч лет назад.

Секвенирование древней ДНК,  найденной в средневековых шахматных фигурах из слоновой кости, позволило проследить их происхождение вплоть до африканских саванн. Древние куриные кости использовали для составления карты расселения полинезийских народов по Тихоокеанскому региону.

Новые методы исторической науки сулят особенно много открытий, когда речь идет об эпохах, от которых осталось мало письменных свидетельств. Например, большая часть того, что мы знаем о периоде, который ученые называют ранним Средневековьем — или Темными веками, — позаимствована из монастырских хроник и житий святых. Эти источники изобилуют сведениями о религиозных обрядах, но гораздо меньше сообщают, скажем, о зарождении монархий или развитии торговли.

В минувшее десятилетие наука восполнила некоторые пробелы. После падения Западной Римской империи экономика Европы вошла в штопор. В то время не существовало ни биржевого, ни экономического индексов, которые позволили бы отследить развитие и продолжительность обрушения, но историкам удалось получить общее представление о том, что тогда происходило, после изучения данных, сохранившихся во льдах.

Керны, взятые в ледниках Швейцарии и Гренландии, содержат хронологические, год за годом, сведения о составе атмосферы в разные эпохи. Уровни свинца в них соотносятся с количеством серебра, которое добывали в мире в то или иное время.

Когда ученые измерили количество древнего свинцового загрязнения в участках ледяного керна, датируемых первым тысячелетием нашей эры, то обнаружили, что производство серебра упало в III веке — то есть раньше, чем ожидалось, и задолго до конца римского могущества, — а началось спустя только 400 лет, когда Меровинги вновь открыли серебряные рудники во Франции.

На микроэкономическом уровне археологические данные, проанализированные новыми способами, показали, как после упадка в VI и VII веках по всей Европе начали вновь возникать торговые сети. Исследуя ДНК, сотрудники одной из лабораторий установили, что черепа животных, обнаруженные в средневековом поселении под современным Киевом, принадлежали моржам, убитым в морях между Канадой и Гренландией, откуда их переправили за 2500 миль для изготовления ювелирных изделий и шахматных фигур.

Химический анализ бус, найденных в торговых поселениях викингов, показал, что стекло в них было соскоблено с римских мозаик, находившихся за сотни миль от места их обнаружения в Скандинавии.

Так по отдельным бусинкам, по отдельным сохранившимся зубам это исследование выявляет картину связей, соединявших Север и Юг, Восток и Запад. Но действительно ли в этом есть что-то новое?

Археологи много сотен лет сопоставляют вещественные источники с историческими повествованиями. Однако две эти области всегда существовали как бы отдельно друг от друга. Артефакты, обнаруженные археологами, содержат богатые данные о жизни простых людей, но не имеют точной датировки. Письменные источники, используемые историками, наоборот, обычно точны в датах, но довольно расплывчаты в описании особенностей повседневного быта.

Новый метод изучения древнего климата позволяет восполнить этот пробел. Сегодня, чтобы определить природные условия в какой-либо точке земного шара в любом году, палеоклиматологи могут анализировать данные, которые содержатся в тысячах древних деревьев или в образцах, взятых из ледников. Теперь можно ставить конкретные вопросы о климатических изменениях, скрывающихся за важными историческими событиями. 

Например, какая была погода, когда гунны двинулись на Римскую империю? Очень сухая, особенно летом — именно это заставляет скотоводов отправляться на поиски новых пастбищ. Или какая стояла погода в Монголии, когда Чингисхан собирал свои армии? Ответ: теплая и влажная, идеальная для питания войска и десятков тысяч лошадей.

Помимо климата, величайшей движущей силой истории служат пандемии. В последние годы достигнуты огромные успехи в выявлении источников вспышек чумы в древности и путей их распространения. Это произошло во многом благодаря исследованиям древних микробных и вирусных генов, позволяющим идентифицировать инфекции прошлых времен. Секвенирование генома стало более быстрым и менее затратным.

Кроме того, теперь ученые гораздо лучше умеют находить ДНК в остатках скелетов, например, разбирая кости внутреннего уха, где содержится неожиданно большое число древних генов. Сегодня секвенировано более 10 000 древних геномов, еще тысячи находятся в работе.

Этот поток свежих данных позволил отслеживать миграции на протяжении тысячелетий. Антропологи могут составлять хронологию расселения первобытных людей из Африки, а специалисты по древней истории — наблюдать рост численности кочевников-коневодов в позднем каменном и раннем бронзовом веках.

Болезни перемещались вместе с людьми, но точные пути их распространения от материка к материку долгое время оставались неясны. Теперь палеогенетикам удается расшифровывать генетический код не только людей, но и возбудителей заболевания, от которого те умерли. Значит, ученые не только диагностируют древние болезни, но и наблюдают за тем, как они распространяются и мутируют с течением времени.

Вследствие этого палеогенетика помогла разгадать загадку одной из величайших катастроф в человеческой истории.

В 536 году в мире что-то пошло не так. Сначала потускнело солнце. В самый разгар лета оно даже в полдень оставалось бледным и холодным, словно луна. Пшеница на полях гнила, виноград портился прямо на лозе. Зима в тот год была очень морозной, в последующие — тоже.

Через пять лет стало еще хуже. В 541 году до средиземноморских берегов докатилась молва об ужасной болезни. Говорили, что она была занесена в Египет откуда-то издалека, возможно, из Эфиопии или Индии. Путешественники из Палестины рассказывали о пустых деревнях, где от болезни погибли все, кто не успел бежать.

К 542 году эпидемия добралась до Константинополя, столицы Восточной Римской империи (Византийская империя), одного из самых многонаселенных городов мира. По оценкам современников, в разгар чумы там ежедневно умирали до 10 тысяч человек. Все работы в городе прекратились, голод привел к бунту. Заболел сам Юстиниан — великий император, систематизировавший законы и построивший церковь Святой Софии.

Историкам не удалось выяснить, что именно произошло и почему. Немногие хроники времен чумы, получившей известность как Юстинианова, содержат лишь краткий обзор событий: отчет о положении дел в столице, рассказы путешественников из Палестины — вот, собственно, и все. Пережившие эпидемию не имели представления о бактериях и вирусах и не могли определить ее биологическую причину. Не менее загадочным казалось похолодание, предшествовавшее болезни. Было оно локальным или глобальным? И что вообще могло заставить солнце потускнеть?

Последствия столь странной «двойной катастрофы» тоже стали предметом дискуссий. Еще недавно многие эксперты не считали их критически важными. Сегодня 536-й иногда описывают как «худший год в истории человечества», а последовавшее за ним десятилетие бедствий — как один из ее поворотных моментов.

Для Миши Мейера, профессора истории из Тюбингенского университета (Германия), специалиста по истории Византии, это стало «цезурой между эпохами», которая «сыграла фундаментальную роль в переходе от поздней Античности к раннему Средневековью».

Чума не привела к падению Византийской империи, но она ее изменила. Сделала более опасливой, склонной полагаться более на религию, чем на мудрость древних. Вместо Афродиты и Цицерона жители стали почитать Деву Марию. На смену гонкам на колесницах пришли религиозные процессии. Императоры правили уже не как кесари, а как пламенные проповедники, обещая подданным спасение перед лицом грозящего апокалипсиса. В некотором смысле это был конец Древнего мира — и закончился он не осадой, а чихом.

Историки давно подозревали, что Юстинианова чума была вызвана Yersinia pestis — бактерией, ответственной за бубонную чуму. Но генетических доказательств этому не находили.

В 2014 году палеогенетики, наконец, выявили первые очевидные признаки бубонной чумы, датируемые VI веком. Их обнаружили в неожиданном месте — на юге Германии, удаленном от шумных средиземноморских городов, которые считались природным очагом этой болезни. С тех пор ее следы находили в останках VI века во Франции, Испании и Великобритании. Анализ тел, проведенный на средневековом кладбище в графстве Кембриджшир, показал, что 40% захороненных там людей умерли от бубонной чумы.

В совокупности эти открытия позволяют предположить, что Юстинианова чума была распространена на гораздо большей территории, чем указывали письменные источники: она выходила за пределы остававшихся границ Римской империи и поразила такие варварские захолустья, как Бавария и Кембридж.

Судя по малой вариативности образцов VI века, болезнь распространилась по всей Европе с молниеносной скоростью.

Чтобы найти виновника второй части катастрофы — странной погоды, установившейся в 536 году, — потребовались другие исследовательские инструменты. Годичные кольца стали первым кусочком пазла.

Используя информацию, полученную при изучении деревьев в Австрийских Альпах и на Алтае, эксперт по анализу экологических систем, профессор Кембриджского университета Ульф Бюнтген, и его коллеги смогли показать, что 536 год действительно был исключительным, с «самым холодным летом в Северном полушарии за последние 2000 лет». Десятилетие после 536 года тоже оказалось самым холодным за последние два тысячелетия.

Но чем было вызвано это внезапное похолодание? Чтобы ответить на вопрос, ученым пришлось заглянуть внутрь арктических ледников. Когда палеоклиматологи исследовали ледяные керны, датируемые VI веком, они заметили необычно высокую концентрацию сульфатов, приходящуюся на первые годы позднеантичного малого ледникового периода.

Главным источником серы в земной атмосфере в доиндустриальную эпоху были вулканы. При сильных извержениях в верхние слои атмосферы выбрасывается огромное количество газов, которые могут спровоцировать глобальное похолодание, поскольку отражают солнечную энергию в космос. Данные из ледяных кернов подсказали климатологам, что где-то в середине VI века серия вулканических извержений могла привести к понижению глобальной температуры.

Но возникла проблема: даты не совпали. Ледяные керны указывали на то, что первое извержение произошло в 529 году. Почему же глобальное похолодание началось только через семь лет? Разгадка пришла из неожиданного источника.

В 2012 году японский астрофизик Фуса Мияке изучала, как с течением времени менялась активность Солнца. Для этого она измеряла концентрацию углерода-14 в отдельных кольцах древних кедров из обильных лесов острова Якусима. Мияке обнаружила, что количество углерода в них резко возрастало в определенные годы — вероятно, вследствие сильных солнечных бурь.

Любой органический материал, переживший солнечную бурю, несет в себе характерный химический след. Эти всплески уровня углерода-14, получившие название «события Мияке», позволяют привязывать археологические находки к конкретным годам. Среди прочего события Мияке помогли установить, что викинги прибыли на Ньюфаундленд в 1021 году, на два десятилетия позже, чем ранее полагали историки.

По химическому следу событий Мияке в кернах, взятых из ледников Гренландии и Антарктиды, ученые смогли разгадать тайну семилетнего разрыва. Стало ясно, что в предыдущих данных по ледяным кернам были допущены неточности, нарушившие хронологию. По новым данным от Мияке ошибку удалось исправить, и семилетний разрыв исчез: в 536 году действительно произошло вулканическое извержение, породившее необычное облако, которое закрыло солнце. Два следующих извержения, в 540 и 547 годах, еще больше способствовали похолоданию, которое продолжалось целое десятилетие.

Благодаря новой датировке стало возможным объединить данные, полученные при исследовании генов, годичных колец и ледяных кернов, и составить связное повествование о том, что происходило после 536 года. Это была кошмарная картина: череда сумеречных лет и морозных зим, завершившаяся вспышкой болезни, возможно, самой смертоносной в истории человечества. Такое представление о мире, находящемся на грани краха, подтвердили археологические данные.

Раскопки по всей Скандинавии показали, что середина VI века стала периодом крайней нищеты и разгула насилия. По словам датского археолога Франдса Хершенда, это было время, когда весь регион «провалился в ад». Неудивительно, что византийцы думали о наступлении конца света.

Но, опять же, его не произошло. Византийская империя в 541 году не пала. Она выдержала испытание беспрецедентной смертоносной эпидемией и одновременно экстремальными вулканическими явлениями. Это заставило некоторых историков усомниться в том, что описанные события ознаменовали нечто вроде «конца Древнего мира».

Для Ли Мордехая и Мерла Айзенберга, историков из Еврейского и Оклахомского университетов, Юстинианова чума была не более чем «несущественной пандемией». Как они утверждают, существует слишком мало доказательств того, что чума приводила когда-либо к закату империй или распаду государств.

Критики отмечают, что в те периоды, о которых у нас есть более подробные сведения, экологические катаклизмы довольно редко вызывали внезапный коллапс. Никола Ди Космо, эксперт по Китаю и Центральной Азии из Института перспективных исследований в Принстоне, заявил, что «не существует единой модели или парадигмы» того, как общества реагируют на климатические катастрофы. Кочевые империи, которые исследователь изучает, были особенно восприимчивы к сезонным изменениям погоды, поскольку зависели от поголовья животных, которые могли быть уничтожены «затяжными засухами и суровыми зимами».

Но, даже столкнувшись с серьезными экологическими бедствиями, государства могли оказаться устойчивыми перед их лицом. Вскоре после того, как в конце 620-х годов на Восточно-Тюркскую империю обрушилась череда чрезвычайно холодных зим, она потерпела ряд военных поражений и в итоге была уничтожена южным соседом — Танским Китаем.

Полтора столетия спустя Уйгурская империя, занимавшая примерно ту же территорию, что и восточные тюрки, столкнулась с разрушительной засухой, продолжавшейся несколько десятилетий. Но эта империя не распалась, а процветала, во многом благодаря созданию военного союза и поддержанию ценных торговых связей с той же династией Тан.

В каждом из этих случаев условия выживания или краха определялись политическими и экономическими решениями, а не строго климатическими факторами. Между тем перемены во внешней политике и приоритетах международной торговли не находят отражения в годичных кольцах. Исторические изыскания, основанные на изучении древних генов, сталкиваются с параллельной проблемой. Они генерируют огромные объемы информации, но недостает того богатого контекста, который могут предоставить более традиционные методы исследования.

При отсутствии письменных источников любые артефакты или органические останки могут предоставить ученым лишь ограниченный набор сведений. Тем не менее эти ограничения постоянно расширяются.

Новые методы изотопного анализа, основанные на тщательном изучении химических элементов внутри человеческих зубов и фрагментов костей, позволяют отслеживать перемещение людей не только в масштабе поколений, но и в течение одной жизни. В сочетании с анализом ДНК они породили поток частных историй из далекого прошлого: африканский мальчик, выросший на берегу Красного моря и умерший молодым в римской Сербии; девушка бронзового века, родившаяся на юге Германии и отправленная на север (чтобы выйти замуж?), в Данию; молодой сармат, один из наследников скифов Геродота, выросший в тени Кавказских гор, еще ребенком во времена императора Марка Аврелия отправился на запад, умер в Британии и похоронен в безымянной могиле на краю фермы на территории современного Кембриджшира.

Он попал туда как воин или как раб? Проведя в империи приблизительно 10 лет, принял он римский образ жизни или остался верен обычаям предков-кочевников? Этого мы не знаем.

Но тот факт, что мы уже можем задавать подобные вопросы, показывает, как сильно изменилось изучение истории всего за несколько лет. История сейчас вступает в фазу пуантилизма, в которой большие события складываются из тысяч отдельных поступков отдельных людей.

Здесь можно видеть два плана истории. На общем — войны, торговля и столкновения, охватывающие значительную часть континента. На ближнем — молодой человек, покоящийся в чужой стране и о судьбе которого можно только догадываться.

Автор: Джейкоб Микановски, The Guardian.