Радиоуглеродный анализ показывает, давно ли умер тот или иной организм. Эта технология опирается на то, что организмы в процессе роста поглощают из атмосферы углекислый газ и применяют его как строительный материал для создания костей, листьев и прочих своих частей. Точнее, они поглощают два разных изотопа углерода – стабильный углерод-12 и углерод-14, радиоактивный изотоп, который получается, когда космическое излучение бомбардирует верхние слои земной атмосферы. Углерод-14 нестабилен и распадается на углерод-12 с периодом полураспада 5730 лет. После смерти организм перестает поглощать углерод из атмосферы, однако углерод-14 в биологических остатках продолжает распадаться на углерод-12. А значит, отношение углерода-14 к углероду-12 будет с течением времени сокращаться с известной скоростью. Измерив это отношение, мы узнаем, сколько лет прошло с тех пор, как организм перестал поглощать новый углерод-14. Это скажет нам, когда организм умер, а следовательно, сколько лет ископаемой находке.
Хотя радиоуглеродный анализ и произвел революцию в палеонтологии, у этого метода есть свои ограничения. Главное из них – радиоуглеродный анализ можно применять только для изучения возраста относительно молодых древних остатков. Где-то через пятьдесят тысяч лет углерода-14 остается настолько мало, что точное измерение становится невозможным и метод лишь покажет, что находка старше этой величины.
Когда радиоуглеродный анализ применили для оценки возраста старейших бизоньих костей в Северной Америке, большинство их оказалось моложе пятидесяти тысяч лет, однако нашлись и настолько древние, что датировке они не поддавались. Следовательно, бизоны пришли в Северную Америку больше пятидесяти тысяч лет назад. Такое положение вещей сохранялось примерно полвека, пока ответ на загадку не дало секвенирование древней ДНК… а помог в этом вулкан.
В 2013 году Берто Рейес, геолог из Университета провинции Альберта, работая на дальнем севере канадской территории Юкон, нашел замерзшую бизонью ногу, торчавшую из такого же замерзшего утеса. Утес был частью Чьиджи-Блафф, геологического обнажения возле уединенного поселения Олд-Кроу. Кость находилась чуть выше толстого покрывала вулканического пепла – так называемой тефры Олд-Кроу – в отчетливо выделявшемся слое темно-коричневой почвы, который был набит ветками, корнями и другим органическим мусором: именно такие отложения образуются во времена потепления между ледниковыми периодами. Над толстым темным слоем, куда вклинилась кость, лежал мелкозернистый серый слой: подобные отложения накапливаются в ледниковые периоды. Поскольку на образование геологических слоев нужно много времени, Берто заключил, что кость принадлежала животному, жившему в теплый период, предшествовавший ледниковому. Это подсказало ему возраст бизоньей ноги. Однако на протяжении плейстоцена сменилось целых двадцать ледниковых периодов с потеплениями между ними – так как же узнать, к какому именно потеплению принадлежит находка Берто?
Вот тут-то и помог вулкан.
При извержении вулкана в верхние слои атмосферы выбрасываются в виде пепла мелкие осколки камней, стекла и кристаллов. Воздушные течения подхватывают этот пепел и уносят прочь от вулкана, иногда на тысячи километров. В конце концов пепел оседает на землю и покрывает ее, словно снег, слоем толщиной от микроскопических величин до нескольких метров. После этого пепел постепенно размывается дождями, разлетается по ветру, скрывается под слоями других отложений и подвергается воздействию прочих естественных процессов. Проходят тысячелетия, и накопившиеся слои почвы прорезает река, отчего обнажается стена ущелья, на которой между полосами обычного грунта виднеется словно бы случайно попавшее туда белое одеяло. Это белое одеяло и есть пепел – и метка времени: все, что ниже слоя пепла – вся почва, все кости, деревья и прочий органический материал, – попало туда до извержения вулкана, а все, что выше – наслоилось после.
Слои вулканического пепла (тефра) часто встречаются в отложениях ледникового периода на Аляске и в Юконе. Извержения, производящие тефру, происходят на двух ближайших вулканических полях – это Алеутская дуга вместе с регионом полуострова Аляска и вулканическое поле Врангеля на юго-востоке Аляски. Поскольку у каждого вулкана своя сигнатура (характерный химический состав пепла), оседающая при их извержениях тефра имеет особенности, позволяющие связать пепел, обнаруженный на большой территории, с одним и тем же извержением. Для наших целей важно, что частички стекла в пепле позволяют датировать извержение – благодаря методу, похожему на радиоуглеродный анализ и измеряющему радиоактивный распад урана-238. Поскольку период полураспада у урана-238 больше, этот метод позволяет определить даты извержений, произошедших за последние два миллиона лет.
Тефра Олд-Кроу (тефра под тем слоем, где Берто нашел бизонью ногу), по оценкам геологов, возникла примерно 135 000 лет назад. По составу слоев почвы над ней мы знаем, что бизон жил во время потепления перед недавним ледниковым периодом. И еще из геологических данных нам известно, что на протяжении последних 135 000 лет и до наступления последнего ледникового периода существовал лишь один временной промежуток, когда на севере Юкона было достаточно тепло, чтобы могли выжить древесные растения: это было примерно 119 000–125 000 лет назад. Должно быть, именно тогда там и обитал бизон Берто.
Кость из ноги бизона, найденная Берто, – похоже, самые древние датированные ископаемые остатки бизона в Северной Америке. Мы с коллегами искали бизонов в самых разных более древних слоях, богатых ископаемыми, в том числе в тех, которые расположены ниже тефры Олд-Кроу и, следовательно, старше ее. В таких местах часто встречаются кости лошадей, мамонтов и других животных ледникового периода, но бизоньи не попадались никогда. Когда мы секвенировали древнюю ДНК из бизоньей кости, которую нашел Берто, то оказалось, что она вполне соответствует диапазону генетического разнообразия североамериканских бизонов, как вымерших, так и современных, то есть все эти бизоны – потомки той породы, которая пришла по Берингову перешейку. Бизон Берто был одним из первых бизонов, живших в Северной Америке.
Бизоны, вероятно, пересекли Берингов перешеек около 160 000 лет назад, когда он обнажился во время ледникового периода, после которого жил бизон Берто. По мере потепления климата и увеличения площадей травянистых равнин эти животные распространились на восток и на юг по всему континенту, о чем свидетельствуют десятки тысяч ископаемых остатков всевозможных форм и размеров, обнаруженные от Аляски до самого юга (нынешней Северной Мексики) и с запада на восток поперек практически всего континента. Удивительнейшие из них получили подобающее название Bison latifrons – гигантский длиннорогий бизон, размах рогов у которого превышал 210 см от кончика до кончика. Длиннорогие бизоны были более чем вдвое крупнее своих северных современников и – судя по тому, что жили они одновременно с другими видами, которые прекрасно себя чувствовали в теплый межледниковый период, – появились не меньше 125 000 лет назад. Мало того: они так сильно отличаются от остальных бизонов, что некоторые палеонтологи считали их отдельным видом, который пришел по перешейку независимо. Однако, как ни странно, в северной половине континента не нашлось никаких остатков длиннорогого бизона, хотя в этой части мира ископаемых окаменелостей необычайно много. Получается, что если длиннорогие бизоны и впрямь пришли по Берингову перешейку обособленно, то по северной части континента они промчались так быстро, что не оставили по себе даже костей.
Аспиранткой я была уверена, что смогу разрешить эту загадку, если получу ДНК гигантского длиннорогого бизона. Увы, длиннорогие бизоны жили, во-первых, очень давно, а во-вторых, в теплый период – оба эти обстоятельства весьма скверно влияют на сохранность ДНК. Годами я пыталась выделить древнюю ДНК из остатков длиннорогого бизона и отказалась от этой идеи, лишь когда окончила аспирантуру и занялась другими проектами. Но после того как 14 октября 2010 года Джесс Стил случайно перепахал бульдозером тушу мамонта, передо мной вновь замаячили перспективы.
