http://s30662109275.mirtesen.ru/blog/43983582514/7---GENETIC...
Метод радиоуглеродного датирования
Одним из основных химических элементов круговорота веществ в биосфере Земли является углерод, который встречается в виде трех изотопов – 12С, 13С, 14С. В атмосфере углерод присутствует в основном в виде углекислого газа (есть и другие соединения, но их уровень незначителен). Львиная доля углерода приходится на изотоп 12С. На изотоп 13С приходится примерно 0,1%, а доля 14С – 1,18.10-12.
Интересующий нас далее изотоп 14С, как считается, образуется в верхних слоях атмосферы из азота воздуха под воздействием космических лучей по реакции:
14N + n → 14C + p+
Из атмосферного воздуха изотоп 14С в процессе обмена веществ попадает в биосферу Земли. При этом основным каналом поступления 14С в живые организмы является фотосинтез растений, а далее – по пищевой цепочке – он попадает в организм животных и человека. Через биосферу и непосредственно из атмосферы (хотя и менее интенсивно) 14С попадает в почву и воду океанов.
Если изотопы 12С и 13С являются устойчивыми, то 14С радиоактивен и с течением времени распадается по реакции:
14С → 14N + e– + n
Данная реакция (как и другие реакции радиоактивного распада) характеризуется следующей зависимостью:
А/А0 = 2 – t/T
где А0 – концентрация 14С в некотором образце в начальный момент времени; А – концентрация 14С в момент времени t; Т – период полураспада, равный для радиоуглерода величине 5730±40 лет.
Именно это свойство нестабильности и «склонности» к распаду и используется в радиоуглеродных методах датирования. Если известно начальное содержание 14С в образце, то, измерив его содержание в текущий момент времени, по вышеприведенной зависимости можно определить возраст образца.
Рис. 124. Кривая радиоактивного распада
Если известно…
Вот тут-то мы и сталкиваемся с первой серьезной проблемой. Дело в том, что вышеприведенная зависимость представляет собой уравнение, в котором помимо периода полураспада реально известна (точнее – ее можно измерить) только текущая концентрация радиоуглерода. То есть мы имеем одно уравнение с двумя неизвестными. А такое уравнение имеет бесконечное число решений…
И это – уже только в теории. На практике же для возможности корректного определения возраста образца, необходимо выполнить целый ряд дополнительных требований. Все же в целом можно свести к трем важным условиям.
Во-первых, должна быть сведена к минимуму ошибка в определении текущей концентрации 14С в исследуемом образце.
Во-вторых, необходимо знать начальную концентрацию 14С в образце.
И в-третьих, нужно быть уверенным, что за период, прошедший с начального момента времени, с образцом не происходило процессов, которые могли бы привести к изменению содержания 14С в образце, помимо процесса радиоактивного распада. Либо быть уверенным, что существующие методы учета влияния таких процессов в достаточной степени корректны.
Проще всего оказалось решить первую задачу. В настоящее время масс-спектрометрические методы позволяют определять содержание 14С в очень малых образцах (достаточно лишь 10 микрограмм углерода) с высокой степенью точности. Помимо этого успешно применяются методы очистки образцов и углеродного обогащения. Для минимизации ошибок в этих методах используются измерения на контрольных образцах, которые позволяют корректно учесть возможные изменения концентрации 14С в исследуемых образцах в процессе соответствующих лабораторных процедур.
Несколько сложнее дело обстоит с третьей задачей (чуть нарушим порядок), то есть с задачей учета предыстории образца. Дело в том, что метод радиоуглеродного датирования базируется на предположении, согласно которому смерть живого организма (растения, животного, человека) означает его выход из активного процесса обмена веществ, в процессе которого непрерывно пополняется его «запас» 14С. Но ведь на самом деле процесс обмена веществ со смертью организма не прекращается: бренные останки в той или иной степени подвержены влиянию со стороны внешней среды, – а следовательно, возможно и нарушение соотношения между содержанием разных изотопов углерода в этих бренных останках.
Здесь был найден «обходной вариант» – задействован метод выделения специфичного для образца соединения (белки, аминокислоты, целлюлоза, хитин и т.п.), минимально подверженного внешним воздействиям в процессе разложения бренных останков...
Рис. 125. Годичные кольца у сосны
Необходимость же знания начальной концентрации 14С послужила мощным стимулом к решению другой задачи радиоуглеродного метода – определение содержания 14С в атмосфере в прошлом. И здесь роль «палочки-выручалочки» выпала на дендрохронологию – метод, основанный на исследовании колец деревьев.
Исследователи пришли к выводу, что изотопное соотношение 14С/12С в растениях довольно точно соответствует этому отношению в атмосфере. В частности, внешнее кольцо деревьев как бы «фотографирует» содержание радиоуглерода в атмосфере в год образования этого кольца. А поскольку ранее уже были выстроены довольно длинные дендрошкалы (отражающие зависимость ширины колец от времени), радиоуглеродное исследование колец деревьев позволило создать картину изменений содержания 14С в атмосфере Земли в прошлом.
Рис. 126. Изменение содержания радиоуглерода в атмосфере
Честно говоря, в справедливости данного утверждения у меня остались серьезные сомнения... Дело в том, что трудно представить реальное живое дерево, ствол которого представляет собой набор абсолютно изолированных друг от друга цилиндрических годовых слоев без какого-либо обмена между слоями. Более того, ведь и внутренние слои продолжают жить, участвуя в процессе обмена веществ в дереве. В частности, по внутренним слоям ежегодно прокачиваются «соки» (жидкая фаза) растения. По всем логическим соображениям, это должно влиять на содержание радиоуглерода и в твердой составляющей древесины, поскольку снизу, из почвы, поступает раствор, обедненный 14С; а от листьев – обогащенный свежим 14С, поглощенным из атмосферы уже не в год образования кольца, а позже. И строго говоря, для корректного определения концентрации радиоуглерода именно в год формирования кольца необходимо знать баланс этих потоков.
К сожалению, в многочисленных доступных источниках (а мне пришлось в поисках различных данных «прочесать» более тысячи сайтов на различных языках) данный вопрос, если и затрагивается, то обсуждается лишь «на пальцах» без подкрепления какими-либо эмпирическими данными. А ведь общий вид приведенной на Рис. 126 кривой, с возрастанием концентрации радиоуглерода при удалении вглубь времени, вполне может иметь и иное объяснение, нежели изменение содержания 14С в самой атмосфере – если в результате баланса упомянутых потоков внутренние слои все-таки получают свежий радиоуглерод, то он, естественно, будет повышать общую концентрацию 14С в них, «омолаживая» их и создавая иллюзию более высокого содержания радиоуглерода в прошлом.
Но, увы, я здесь вынужден тоже лишь «рассуждать на пальцах»... Поэтому в данном случае остается только принять утверждение об абсолютной изолированности внутренних слоев от атмосферного радиоуглерода в качестве рабочей гипотезы и двинуться далее...
На основании данных об изменении во времени содержания 14С в атмосфере для практических целей сформированы так называемые калибровочные (поправочные) кривые, позволяющие переводить возраст образцов, определенный радиоуглеродным методом (радиоуглеродный возраст), в действительный возраст.
Рис. 127. Калибровочная кривая
Таким образом, в нынешней практике исследователь: тщательно очищает образец; выделяет из него специфическую (наиболее устойчивую по 14С) фракцию; измеряет содержание в ней 14С (в сравнении с 12С); корректирует данное значение 14С на поправочный коэффициент, учитывающий (по контрольным образцам) возможные искажения, возникающие в ходе лабораторных процедур; вычисляет радиоуглеродный возраст образца; и, наконец, с помощью калибровочной кривой переводит радиоуглеродный возраст в «истинный».
Я опускаю здесь еще одну процедуру – поправку на изотопное фракционирование, о котором речь пойдет дальше. И на этом закончу краткое описание современного состояния метода радиоуглеродного датирования, составленное по многочисленной литературе, имеющейся сейчас в печатном и электронном виде.
Перейдем к тому, что предпочитают не афишировать сторонники радиоуглеродного датирования, а именно – к «подводным камням» метода и его реальным погрешностям.
Реальные погрешности метода радиоуглеродного датирования
Сторонники метода радиоуглеродного датирования, споря со скептиками и оппонентами, детально описывают всевозможные процедуры очистки образцов и способы измерений концентрации 14С в этих образцах, а также результаты длительных исследований по изменению концентрации 14С в атмосфере Земли, лежащих в основе калибровочной кривой. В качестве дополнительного аргумента часто упоминается широкое международное сотрудничество лабораторий в последние десятилетия, мировая стандартизация процедур радиоуглеродных исследований и периодическая согласованная корректировка калибровочных кривых.
При всем этом однако «почему-то» скромно обходится молчанием вопрос – а какова же все-таки общая погрешность метода радиоуглеродного датирования?..
Международная стандартизация и межлабораторное сотрудничество может помочь избежать преднамеренных фальсификаций и непредумышленных ошибок. Но они абсолютно бессильны против погрешностей метода, сидящих в самой его основе.
Точность измерения текущего содержания 14С в исследуемом образце, конечно же, чрезвычайно важна. Но ведь погрешностью этих измерений общая погрешность методики не исчерпывается.
Достоверность кривой содержания 14С в атмосфере планеты также важна. Но нас интересует здесь прежде всего решение обратной (!) задачи – задачи датировки образцов.
Гораздо более важным на самом деле оказывается то, на что ученые не могут никак повлиять ни усовершенствованием лабораторного оборудования и методик, ни повышением собственного знания. Я имею в виду естественные флуктуации (отклонения от усредненного значения) содержания радиоуглерода в живых организмах. Ведь даже два дерева одного и того же вида, растущие рядом на одном бугорке (а соответственно, находящиеся в одинаковых условиях), могут иметь отличающееся друг от друга количество 14С. И размах таких флуктуаций может достигать, по разным источникам, 6-10 процентов!..
Рис. 128. Два соседних дерева могут по-разному накапливать радиоуглерод
Столь большой разброс исследователи ныне пытаются компенсировать измерениями содержания еще одного изотопа углерода 13С.
В ходе эмпирических исследований было обнаружено, что при переходе углерода из одного места в другое (например, из воздуха в растение при фотосинтезе) пропорции между содержанием различных изотопов могут изменяться. В результате: отношение, скажем, 13С/12С в атмосфере одно; в растениях – другое; в раковинах моллюсков – третье и т.д. (даже несмотря на то, что оба изотопа стабильны). Этот эффект назвали изотопным фракционированием.
В настоящее время в качестве причины изотопного фракционирования называют влияние массы изотопа на скорость протекания (био)химических реакций. И исследования как особенностей, так и самой природы эффекта активно ведутся сразу по массе направлений...
Поскольку изотопное фракционирование нарушает не только соотношение 13С/12С, но и 14С/12С, постольку возникает необходимость его учета. Делается это по специальным формулам. И считается, что таким образом все флуктуации исходного радиоуглерода нивелируются, то есть сводятся на нет.
Однако анализ этих формул показывает, что максимально возможная поправка на изотопное фракционирование достигает всего 2,6 процента, что существенно меньше флуктуаций по содержанию радиоуглерода в живых организмах и растениях.
Но это означает, что мы можем заявлять об известном исходном количестве радиоуглерода в древних объектах только с определенной погрешностью, которая находится на уровне 5-7 процентов!.. И эту погрешность нельзя уменьшить никоим образом – никакими улучшениями в измерениях или методиках, то есть погрешность является неустранимой!..
Это достаточно ярко иллюстрируют попытки «датирования» современных образцов. Так в одном из исследований для страусиных яиц был получен «возраст» 200 лет, а в другом – мох в одном из районов Германии был датирован возрастом аж в полторы тысячи лет!.. И эти результаты были представлены не где-нибудь, а на вполне официальных международных конференциях по проблемам радиоуглеродного метода. Конечно, исследователи дали объяснение причин столь низкого содержания радиоуглерода в исследуемых образцах, но нам важно здесь не объяснение результата, а сам факт наличия столь существенной погрешности.
К неустранимой погрешности из-за естественных флуктуаций содержания радиоуглерода при определении общей погрешности добавляется погрешность калибровочных кривых, лабораторных измерений, учета изменений при очистке образца и т.д. и т.п. Погрешности только суммируются, увеличивая итоговую ошибку.
По моим оценкам, неизбежная (!) на современном этапе погрешность датировки составляет 10-15% от возраста образца, а реальная и того выше. И перспективы уменьшения величины данной погрешности весьма невелики. Более детально с этими оценками можно ознакомиться в моей статье «Чего изволите-с?.. Меню радиоуглеродного датирования и дендрохронологии» (опубликована в интернете, а также в качестве Приложения в книге «Цивилизация богов Древнего Египта»).
Данное значение на порядок превышает ту погрешность, которую всего на уровне одного процента декларируют лаборатории радиоуглеродных исследований. И довольно показательно, на мой взгляд, «ненавязчивое желание» таких лабораторий заранее получить от историков и археологов «ориентировочный возраст образца», которое порождено тщательным сокрытием информации о реальной погрешности самого метода и носит характер «от лукавого». Если кто-то сомневается в такой «наглости» лабораторий, загляните на сайт практически любой лаборатории и легко обнаружите в списке данных, вносимых в формуляр заявки на радиоуглеродное исследование, пункт «Возраст по предварительной оценке». Это называется: «Хотите получить какую-то датировку своей находки?.. Вы ее получите с нашей помощью!.. Такое блюдо в меню нашей лаборатории имеется!.. Только платите деньги»...
Рис. 129. Время по желанию заказчика
Следует остановиться еще на таком важном моменте. По всем правилам эмпирических исследований, измерение величины, которая меньше значения погрешности измерений, является некорректным. Ошибка не может превышать саму измеряемую величину. Поэтому значительная величина реальной погрешности радиоуглеродного метода, которая указана выше, серьезно сужает диапазон его применимости при большом возрасте образца (когда мало содержание не распавшегося радиоуглерода), где разброс возможных значений настолько велик, что превышает само значение и вести речь о какой-либо «датировке» вообще бессмысленно. И если уже в районе дат 10-15 тысяч лет назад можно говорить лишь о самой приблизительной оценке возраста образца, то для еще больших сроков метод просто нельзя считать корректным. Посему остается только грустно улыбаться, читая, что возраст находок, полученный с помощью данного метода, составил 30, 50, а то и все 70 тысяч лет (увы, встречается и такое)…
И последнее. Столь малый диапазон применимости радиоуглеродного метода делает его вообще практически бесполезным для решения задач, связанных с вопросом происхождения человека. Так что если уж вести речь об определении возраста палеоантропологических находок с помощью изотопных методов, то следует ориентироваться на другие радиоактивные изотопы с заведомо более продолжительным периодом полураспада. Соответствующие методы используются прежде всего в геологии.
Изотопные методы датирования в геологии
Изотопные методы датирования геологических пород, также как и радиоуглеродный метод, основаны на способности некоторых изотопов разных элементов (которые в данном случае называют материнскими изотопами) с течением времени постепенно распадаться с образованием стабильных изотопов других элементов (дочерних изотопов). В датировании геологических пород используются различные пары материнских и дочерних изотопов. При датировке же палеоантропологических находок чаще всего упоминаются калий-аргоновый и уран-торий-свинцовые методы со следующими парами изотопов: 40K – 40Ar, 238U – 206Pb, 235U – 207Pb, 232Th – 208Pb.
Базовые соотношения, связывающие количество материнских и дочерних изотопов с возрастом геологической породы, аналогичны упомянутой ранее зависимости, связывающей начальное и текущее содержание радиоуглерода. Геологи лишь немного модифицировали внешний вид этих соотношений с учетом собственной специфики, но суть их остается прежней – в их основе одно уравнение с двумя неизвестными.
Аналогичны и условия, которые должны соблюдаться, для того, чтобы можно было корректно определить возраст породы. Во-первых, в течение всей своей истории система должна быть замкнутой – в минерале не должно происходить ни выноса, ни привноса как дочерних, так и материнских изотопов. А во-вторых, в момент своего образования минерал не должен содержать атомов дочернего изотопа. Это очень жесткие условия, которые в реальности, мягко говоря, далеко не всегда соблюдаются.
Рис. 130. Обеспечить замкнутость реальной системы очень непросто
Попытки минимизировать возможные ошибки, связанные с нарушением первого условия, сводятся главным образом к использованию для определения абсолютного возраста лишь ограниченной группы минералов – тех, которые, по современным представлениям, считаются в достаточной мере «консервативными» (если так можно выразиться), то есть минералов, которые сохраняют свой состав неизменным, несмотря на потенциально возможные в прошлом внешние воздействия.
Поскольку второе условие соблюдается крайне редко, для минимизации ошибок, связанных с его нарушением, часто применяют специальные методы, в детали которых мы здесь вдаваться не будем, чтобы не отвлекать читателя ненужными деталями. Желающих я могу лишь переадресовать к своей книге «Сенсационная история Земли», где и методы изотопного датирования в геологии, и их реальные погрешности проанализированы более детально. Здесь же перейдем к конкретным методам, упоминаемым в связи с палеоантропологическими находками…
У калий-аргонового метода очень большие проблемы с соблюдением как раз первого условия, ведь аргон – это газ. А обеспечить удержание газа внутри минерала – да еще и на протяжении длительной истории – чрезвычайно сложно. И ни один честный геолог не даст гарантии того, что какой-то конкретный минерал удержал в себе весь радиогенный аргон (то есть аргон, образовавшийся в результате распада радиоактивного изотопа 40K). Наоборот, тут как с пресловутыми «законами Мэрфи» – если есть возможность утечки, она обязательно будет. А раз аргон мог покинуть минерал, то и результаты датирования калий-аргоновым методом «в лоб» заведомо будут ошибочными – потеря аргона минералом в ходе своей истории приводит к «омоложению» образца, то есть занижению возраста минерала при датировании.
Но это – применительно к геологии. Для палеоантропологических находок ситуация оказывается вообще катастрофической. Дело в том, что костные останки (которые были найдены не на поверхности, а в каких-то геологических пластах) обнаруживаются лишь в осадочных отложениях, то есть в слоях, достаточно пористых и проницаемых для газов. О какой тогда сохранности радиогенного аргона тут вообще можно говорить?..
Меня вообще, мягко говоря, удивляет упоминание калий-аргонового метода для определения возраста палеоантропологических находок. Если данный метод использовался, то что именно им датировали?.. Датировать им осадочные слои абсолютно некорректно, а в магматических породах (где еще хоть в какой-то степени выполняется условие изолированности системы) никаких находок костных останков не числится – они просто сгорели бы в расплавленной магме.
Рис. 131. В магматических породах нет костных останков
Если же калий-аргоновый метод использовался для определения возраста, допустим, какой-то песчинки, лежавшей рядом с костными останками, то к чему будет относиться этот возраст?.. Очевидно, что ко времени образования самой песчинки, а вовсе не к тому моменту, когда она оказалась рядом с чьими-то останками. А если пытаться применять этот метод к каменным орудиям труда, то он покажет не время их изготовления, а возраст самого камня.
Единственный более-менее корректный вариант – если калий-аргоновый метод применялся для датирования момента образования каких-то магматических пород, имеющих тот же возраст, что и слои, в которых найдены костные останки или орудия труда. Например, осадочные слои образовались примерно в то же время, что и происходило извержение вулкана неподалеку. Но такие случаи уникальны, да и тогда требуется еще доказать, что образование соответствующих геологических слоев было одновременным, чего без датирования каким-то иным методом непосредственно слоев, в которых обнаружены находки, просто невозможно…
Гораздо шире для датирования геологических пород используются уран-торий-свинцовые методы.
Первичные (материнские) изотопы урана и тория (238U, 235U и 232Th) в процессе радиоактивных превращений образуют длинные цепочки переходящих друг в друга изотопов – радиоактивные ряды распада. Конечными продуктами распада всех трех рядов являются изотопы свинца. Так как геология работает с довольно продолжительными интервалами времени, сравнительно короткоживущими промежуточными членами рядов пренебрегают и рассматривают упрощенные системы со следующими парами материнских и дочерних изотопов: 238U – 206Pb, 235U – 207Pb и 232Th – 208Pb.
Рис. 132. Цепочка распада 235U
Поскольку начальное содержание материнских изотопов в датируемых породах не известно, геологам приходится использовать различные специальные методы. В частности, при уран-свинцовом и торий-свинцовом датировании используется метод изохрон, а при свинцово-свинцовом датировании (только по изотопам свинца) – специальные соотношения и таблицы. Их мы тут тоже не будем рассматривать – нам здесь важно будет лишь то, что при определении возраста пород в этом случае используется несколько дополнительных предположений, одно из которых касается изотопов свинца.
Дело в том, что помимо радиогенных изотопов 206Рb, 207Рb и 208Рb в природе существует еще один стабильный изотоп свинца – 204Рb. Концентрация 204Рb не меняется во времени, и его считают нерадиогенным – то есть не образующимся в результате реакций радиоактивного распада в случае урана и тория.
Посмотрим, к каким последствиям приводит это предположение в применении к реальным условиям. Для этого возьмем, скажем, данные (Sun,1980), которые приводятся по соотношениям изотопов свинца для вулканических пород океанических островов в целом ряде учебников по геологии (Рис. 133).
Рис. 133. Соотношения изотопов свинца для вулканических пород океанических островов
Из диаграмм легко увидеть, что для одних и тех же полей вулканических пород (образованных примерно одновременно) разброс отношений изотопов свинца 207Pb/204Pb составляет порядка процента, для 208Pb/204Pb достигает уже трех процентов, а по 206Pb/204Pb – всех пяти процентов. Это – реальный естественный разброс отношений изотопов, наблюдаемый в природе. Но это означает и наличие естественного разброса в содержании радиогенных изотопов свинца в породах, имеющих один и тот же возраст. И это то, что задает неустранимую погрешность измерений!.. Причем самую нижнюю ее границу, поскольку любые манипуляции с образцами, любые измерения будут только увеличивать эту погрешность, но никак не уменьшать ее. Вдобавок, если при определении возраста используется формула, где задействованы сразу несколько радиогенных изотопов (как, например, в свинцово-свинцовом методе), то неустранимые погрешности по каждому из них будут только суммироваться, увеличивая общую погрешность (опять же неустранимую!).
А что означает разброс всего в один процент хотя бы для 207Pb, который образуется в результате радиоактивного распада «самого недолговечного») из свинец-образующих материнских изотопов – урана-235, имеющего период полураспада около 700 миллионов лет?.. Этот разброс соответствует погрешности в полтора десятка миллиона лет!.. Соответственно, по другим изотопам – с еще большим исходным разбросом и большим периодом полураспада (238U и 232Th) – погрешность будет существенно больше.
Игнорирование этой «маленькой детали» в виде столь большой абсолютной погрешности приводит порой к весьма курьезным случаям. Так, скажем, один из излюбленных «аргументов» креационистов в споре против оппонентов – так называемое радиоизотопное «датирование» молодых пород, время формирования которых известно.
«Геологи-креационисты опробовали породы, возраст образования которых доподлинно известен. В результате этого по данным радиоизотопного датирования возраст дацитов лавового купола вулкана Сан-Хелен (извержение 1986 года) [гора Святой Елены, США] получился равным 0,34–2,8 млн. лет… а современных лав Новой Зеландии в 1–3,5 млн. лет» (А.Лаломов, «Геологический возраст Земли в свете современного катастрофизма: реальна ли макроэволюция с точки зрения современной геологии?»).
Рис. 134. Исследование лавового купола Святой Елены (США)
Буквально смакуя детали подобных примеров, креационисты «торжествуют свою победу», предъявляя, как они считают, «доказательства несостоятельности» методов радиоизотопного датирования в принципе…
Каким бы парадоксальным это не казалось, но виноваты в подобном «торжестве креационистов» прежде всего сами сторонники радиоизотопных методов, которые, преследуя те или иные цели, искусственно и совершенно неправомерно завышают декларируемую точность этих методов.
Если же учитывать указанную выше реальную погрешность, то ничего удивительного в получении «возраста» в миллионы лет для современных лав нет. Как нет в этом и каких-либо «доказательств» заведомой непригодности метода радиоизотопного датирования. Есть лишь абсолютно некорректная трактовка креационистами эмпирических данных.
Дело в том, что имеется нерушимое правило экспериментальных исследований, о котором уже упоминалось ранее, – измеряемые величины должны превышать значения погрешности измерений. Только тогда их можно считать хоть сколь-нибудь «достоверными» и вообще измеренными.
Отсюда автоматически вытекает, что датирование геологических пород может быть допустимо в принципе только при условии их возраста в десятки миллионов лет и более. Все остальное – это не датирование, а фикция!.. Это могут быть лишь измерения естественных вариаций изотопов, но не более того!.. Получение же каких-либо «датировок» на основе таких измерений – лишь демонстрация полной безграмотности в самой сути эмпирических исследований.
Но…
Вся эволюция человека, по оценкам современных исследователей, укладывается всего лишь в 6-7 миллионов лет. То есть заведомо меньше, чем это требуется для соблюдения вышеуказанного правила эмпирических исследований. Отсюда автоматически следует, что уран-торий-свинцовые методы для датирования палеоантропологических находок просто не годятся – точно так же, как и для датирования современных лав!..
Непостоянство постоянной
Все изотопные методы датирования, вне зависимости от сферы их применения, исходят из базового положения, что распад радиоактивных изотопов происходит с постоянной и неизменной скоростью. Соответственно, постоянными являются периоды полураспада и связанные с ними величины, используемые в соотношениях для расчета возраста в ходе этих методов. Вывод о неизменности скорости распада был сделан еще в первой трети ХХ века в результате многочисленных экспериментальных исследований, доступных на тот период времени, и долго считался незыблемым. Однако ныне этот вывод подвергается серьезному сомнению.
Так еще в начале 50-х годов ХХ века группа ученых (под руководством Симона Шноля) из города Пущино Московской области обнаружила странный и неожиданный эффект, названный ими феноменом макроскопической флуктуации. Первоначально эффект наблюдался при измерении скорости некоторых сложных химических реакций, а затем был обнаружен и в целом ряде других химических, биологических и физических процессов. Суть его в самых общих чертах сейчас можно сформулировать следующим образом.
Целый ряд случайных процессов, ранее считавшихся абсолютно бесструктурным хаотическим шумом, на самом деле обладает вполне определенными закономерностями, которые отчетливо проявляются при построении гистограмм (своего рода «огибающих графиков») по целой серии измерений. Форма таких гистограмм оказывалась либо схожей, либо сильно отличалась друг от друга в зависимости, например, от времени суток и от расположения в пространстве измерительной аппаратуры. В частности, были выявлены циклы, связанные с солнечными и звездными сутками – форма гистограмм оказывалась схожей через интервалы времени, равные периодам обращения Земли как относительно Солнца, так и относительное неподвижных звезд.
(Я не буду вдаваться в детали этих исследований, поскольку они не имеет прямого отношения к теме данной книги. А желающие подробнее ознакомиться с методикой исследований и их результатами могут найти их в интернете, например, тут:http://lah.ru/expedition/egypt2009/otchet_rp2006.pdf )
Рис. 135. Симон Шноль
Многочисленные исследования показали универсальность феномена макроскопической флуктуации, в результате чего основная часть экспериментов была переведена на работу с плутониевыми источниками альфа-распада (239Pu). Обнаруженные эффекты и циклы были зафиксированы и на них. В результате был сделан вывод о том, что на случайные процессы (в том числе и на процессы распада!) вполне определенное влияние оказывают особенности самого пространства-времени, в котором производятся измерения (отсюда и появлялись циклы, связанные со звездными и солнечными сутками).
Итак, в «постоянном» процессе изотопного распада обнаружились некие не очень пока еще понятные, но явные зависимости от внешних факторов!.. Пусть в данном случае мы и сталкиваемся с эффектами, может быть, третьего или четвертого порядка (поскольку в данном случае усредненная скорость распада вроде бы остается неизменной), но все-таки!..
А раз есть факты влияния внешнего воздействия на альфа-распад хотя бы в виде суточных циклов, то почему бы не оказаться возможным такому воздействию, при котором могла бы изменяться и средняя скорость распада?!.
И это оказалось не только возможным, но и буквально в последние годы было зафиксировано уже достаточно надежно!..
25 августа 2008 года в США целой группой авторов опубликована весьма интересная статья: Jere H. Jenkins, Ephraim Fischbach, John B. Buncher, John T. Gruenwald, Dennis E. Krause and Joshua J. Mattes, «Evidence for Correlations Between Nuclear Decay Rates and Earth-Sun Distance» (arXiv:0808.3283v1 [astro-ph]).
В статье приводятся результаты исследований периода полураспада изотопа кремния 32Si путем прямых измерений скорости распада как функции времени. Эти исследования проводились в Брукхевенской национальной лаборатории (BNL) в период с 1982 по 1986 год и выявили не только отчетливую годовую цикличность процесса распада, но и его явную корреляцию с величиной 1/R2, где R – расстояние от Земли до Солнца.
Рис. 136. Результаты BNL-измерений
В статье также представлены результаты измерений периода полураспада для изотопа европия 152Eu, которые практически параллельно проводились в течение 15 лет коллективом ученых из Physicalisch-Technische Bundesandstalt (PTB) в Германии. При этом РТВ-измерения в течение приблизительно двух лет перекрывались с BNL-экспериментами (то есть в течение двух лет проводились одновременно). Германские ученые также получили явную корреляцию своих данных с параметром 1/R2.
Рис. 137. Результаты РТВ-измерений
Итак. Скорость изотопного распада оказалась величиной вовсе не постоянной!.. И пусть обнаруженные в экспериментах вариации не превышают всего нескольких десятых долей процента, но они есть!..
Самое главное – это означает, что вполне возможны и условия, когда изменения скорости распада могут оказаться весьма существенными. Что это за условия – напрямую зависит от природы эффекта, которая пока еще не очень понятна. Ясно лишь, что она носит вполне объективный характер.
Авторы указанной статьи полагают, что виной всему нейтринное излучение Солнца, что и обеспечивает, по их мнению, согласованность вариаций скорости распада с величиной 1/R2 (поскольку плотность нейтринного излучения от центрального источника, согласно всем физическим канонам, меняется именно обратно пропорционально квадрату расстояния до этого источника). Однако такая версия не очень согласуется с результатами исследований группы Шноля.
Дело в том, что Земля практически «прозрачна» для солнечного нейтринного излучения. А раз так, то никаких суточных солнечных циклов в рядах гистограмм альфа-распада это излучение порождать не должно. И уж тем более оно не должно иметь никакого отношения к появлению звездного суточного цикла (который если и соотносить с каким-то «излучением», то связанным в таком случае уже с центром Галактики).
На мой взгляд, есть смысл вернуться к гипотезе связи феномена макроскопической флуктуации со свойствами и особенностями самого пространства-времени, в котором производятся измерения. И вспомнить о том, что в рамках общей теории относительности (которая весьма неплохо себя зарекомендовала как раз на масштабах Солнечной системы) свойства пространства-времени тесно связаны с гравитацией. А в гравитации задействован все тот же параметр 1/R2 – сила притяжения между телами обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними!!!
Тогда можно выдвинуть предположение, что зафиксированные американскими и германскими учеными вариации скорости распада обусловлены изменением вовсе не нейтринного излучения, а силы притяжения со стороны Солнца. При таком предположении оказываются вполне объяснимы и суточные (не только солнечный, но и звездный) циклы в феномене макроскопических флуктуаций.
Может ли такое быть?..
А почему бы и нет?.. Ведь в списке факторов, влияние которых на скорость распада пытались искать и не нашли в начале ХХ века, гравитация не значится!..
Рис. 138. Скорость распада зависит от положения Земли относительно Солнца
Если высказанная гипотеза влияния (прямого или опосредованного – через геометрию пространства-времени или еще как) гравитации на период полураспада верна, то для геохронологической шкалы и абсолютного датирования пород и минералов возникают очередные серьезные проблемы, поскольку появляется зависимость скорости изотопного распада от местных условий по гравитации. И это становится особенно значимо при переходе к модели растущей Земли, на которой ранее гравитация была существенно выше современной. Подробней об этих последствиях смотри книгу «Сенсационная история Земли»…
Здесь же для нас будет важным то, что в базовом уравнении, которое используется в изотопных методах датировки, вместо постоянной появляется еще одна переменная величина, значения которой в прошлом мы пока не знаем. Мы приходим к одному уравнению с тремя неизвестными. А также к необходимости в общей погрешности методов учитывать и погрешность, связанную с непостоянством «постоянной» периода полураспада.
Обобщая все вышесказанное, можно констатировать, что имеющиеся в нашем распоряжении методы датирования палеоантропологических находок могут дать нам их возраст вовсе не с точностью до одного процента, как это декларируется, а с гораздо большей погрешностью. По сути, мы имеем даже не столько точный возраст, сколько просто некие ориентиры, достаточно сильно «размытые» по времени. А раз так, то не исключен вариант, что в некоторых случаях мы сталкиваемся даже с ошибочной оценкой последовательности во времени существования подвидов (или даже видов) предшественников человека…
Успехи генетики
В последнее время много говорится о значительных достижениях в восстановлении древней истории Homo sapiens и его ближайших «родственников» такой науки, как генетика. Эти достижения стали возможны в результате выявления еще в середине ХХ века ведущей роли ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) в передаче наследственной информации. Эту информацию, как выяснилось, передают определенные участки ДНК – гены, которые (вместе с другими функциональными молекулами) определяют развитие, рост и функционирование организма. Расшифровка структуры (секвенирование) ДНК стала одним из поворотных моментов в истории биологии и других смежных наук – в том числе и палеоантропологии.
С помощью своеобразных «меток», которые оставляют мутации на различных участках так называемой мтДНК (митохондриальной ДНК) и Y-хромосомы (представляющей собой тоже большую ДНК), стало возможным восстанавливать родословную современного человека вплоть до весьма древних времен. Такие исследования начали проводиться еще в 1980-х годах, но настоящий прорыв произошел ближе к концу ХХ века благодаря развитию компьютерной техники, позволяющей проводить быстрый анализ огромного количества информации, что требуется в данных исследованиях.
А в 2005 году Национальным географическим обществом США при поддержке компании IBM был начат грандиозный исследовательский проект, задачей которого являлось собрать не менее ста тысяч образцов ДНК типичных представителей народов или племен, история которых считается известной по данным этнографии, истории и археологии. Главная цель этого проекта – уточнить пути миграций человечества по Земле, сравнивая структуру ДНК разных людей. И ныне средства массовой информации с завидной регулярностью снабжают нас новыми открытиями в области сравнительной генетики.
Рис. 139. ДНК – носитель наследственной информации
Что же удалось выяснить генетикам?..
В совокупности с палеоантропологическими находками результаты генетических исследований дают следующую картину.
Сравнительный анализ мтДНК и Y-хромосом современных людей показал, что человечество происходит от небольшой популяции, жившей в восточной Африке 160-200 тысяч лет назад. На основе генетических и археологических данных удалось восстановить пути расселения Homo sapiens и примерную хронологию событий.
Предковая популяция нашего вида, судя по результатам анализа мтДНК, жила в Восточной Африке более 160 тысяч лет назад. Самые древние ископаемые остатки анатомически современных людей обнаружены именно в этом районе и имеют как раз примерно такой возраст. Они были открыты в 1967 году на юге Эфиопии близ селения Кибиш у реки Омо Ричардом Лики и ныне датируются возрастом 195 тысяч лет.
(Заметим в скобках, что результат первых радиоуглеродных датировок находок был «старше 40 тысяч лет». Это означало просто-напросто, что кости слишком древние для радиоуглеродного анализа. По соотношению изотопов Th230/U234 в раковинах нильских устриц, которые были найдены чуть выше человеческих костей, был определен возраст 130 тысяч лет, но эта датировка признавалась очень ненадежной даже ее авторами. Позднее было проведено датирование двух слоев вулканического пепла, один из которых расположен непосредственно под слоем с находками, а другой – значительно выше. Возраст нижнего слоя, определенный по соотношению изотопов аргона, оказался равным 196±2 тысячи лет, верхнего – 104±1 тысяча лет. Принятое же ныне значение основано на сравнительной стратиграфии с осадочными накоплениями в устье Нила – более чем за тысячу километров от места находок. Впрочем, на реальных погрешностях методов датировок мы уже останавливались.)
Скрупулезное изучение костных останков подтвердило, что их обладатели были «анатомически современными» людьми, то есть бесспорными представителями вида Homo sapiens, но с отдельными «архаичными» чертами, которые сближают их с неандертальцами. Эти древнейшие Homo sapiens в культурном отношении ничем не превосходили современных им ранних неандертальцев из Европы. У тех и других была примерно одинаковая каменная индустрия. Никаких характерных признаков «подлинно человеческой», сколь-нибудь «духовной» культуры у людей из Омо обнаружено не было.
Рис. 140. Ричард Лики и Пол Абелл разглядывают череп Омо II
Первую попытку выхода из Африки Homo sapiens предпринял около 115-135 тысяч лет назад (это – по археологическим данным, генетики по этому поводу ничего не говорят). Однако дальше региона Передней Азии он так и не продвинулся, и следы его тут вскоре исчезают.
Вторая попытка сапиенсов выдвинуться за пределы африканского континента состоялась примерно 85-90 тысяч лет назад через Аравийский полуостров. Попытка оказалась более успешной – от этой небольшой группы «эмигрантов» впоследствии произошло все внеафриканское человечество. И прежде всего сапиенсы двинулись на восток – вдоль южного побережья Азии.
Около 74 тысяч лет назад произошло грандиозное извержение вулкана Тоба на Суматре – территория современной Индии и Пакистана покрылась слоем пепла в несколько метров. Извержение привело к резкому похолоданию, продлившемуся почти тысячу лет. Популяция людей резко сократилась.
Примерно этим же временем датируются и первые находки, указывающие на зарождение «подлинно человеческой» духовной культуры. Эти находки относятся к ранее упоминавшейся стилбейской культуре в Южной Африке, датируемой возрастом 71-72 тысячи лет назад. Здесь обнаружены остатки украшений из продырявленных раковин и мастерская по изготовлению красок.
Местные обитатели использовали твердые камни для растирания желтой и красной охры. В полученный порошок добавляли уголь и толченое губчатое вещество костей, готовую смесь складывали в раковины морских моллюсков и размешивали костяными палочками. Такая сложная деятельность свидетельствует о развитой способности к планированию и высоком уровне культуры. Однако, как уже говорилось ранее, эта культура не получила дальнейшего развития.
Рис. 141. Наборы инструментов для производства красок из пещеры Бломбос
Между тем расселение сапиенсов продолжалось. Из Юго-Восточной Азии одна группа продвигалась на север вдоль побережья Тихого океана, другая проникла в Австралию, а третья почему-то повернула назад и – через опустошенные при извержении вулкана Тоба Индию и Пакистан – двинулась в сторону Передней Азии.
Следующим важным моментом стал приход сапиенсов в Европу, занятую неандертальцами, и постепенное ее заселение, хронология которого определялась учеными на основе радиоуглеродного датирования (см. ранее о применимости этого метода). Это заселение шло двумя путями – вдоль Средиземноморского побережья и по долине Дуная. Колонизация Центральной и Западной Европы происходила в период с 46 до 41 тысячи лет назад со средней скоростью продвижения 400 метров в год. Какое-то время сапиенсы проживали здесь совместно с неандертальцами – в большинстве районов не более 6 тысяч лет. Конец заселения Европы примерно совпадает с началом эпохи Ориньяк, когда появляется пещерная живопись – 41 тысячу лет назад.
В самую последнюю очередь Homo sapiens освоил американские континенты. По разным оценкам, самые первые люди проникли на северо-восток Северной Америки примерно 16-22 тысячи лет назад и двинулись на юг, постепенно заселяя все новые местности…
Рис. 142. Расселение сапиенсов по планете, по результатам исследований мтДНК
«В 1997 году группа генетиков, возглавляемая М.Крингсом, осуществила весьма интересный эксперимент, практически открывший новую эпоху исследований в области антропогенеза. Ученым удалось выделить митохондриальную ДНК (мтДНК) из древних минерализованных фрагментов скелетов ископаемых гомининов. В первую очередь всех интересовал вопрос генетических взаимосвязей неандертальского и современного человека. Для его решения дюссельдорфского неандертальца решили сравнить по параметрам мтДНК с современным человеком. Это был шаг в неведомое, и от него можно было ожидать чего угодно, но тем не менее результат поразил исследователей. Оказалось, что разница между неандертальцем и средней выборкой современного человечества просто огромна: она более чем в 3 раза превышает генетическое расстояние между любыми двумя расовыми группами современного человечества» (А.Зубов, «Колумбы каменного века. Как заселялась наша планета»).
До этих исследований антропологические исследования склонялись к так называемой «гипотезе трансформации» (то есть превращению) неандертальца в современного человека. В 1965 году Б.Кэмпбелл даже предложил включить неандертальца в вид Гомо сапиенс в качестве подвида Homo sapiens neanderthalensis. А работы конца ХХ века подводили к заключению о близости родства неандертальцев с сапиенсами, хотя среди ученых были и скептики по отношению к подобным выводам. Однако результаты генетического анализа низвергли неандертальца с положения непосредственного предка современного человека. Так что ныне практически все антропологи считают неандертальца отдельным видом и полагают, что он был нашим далеким родственником, но не был предком.
В упомянутом эксперименте М.Крингса с митохондриальной ДНК стало возможным определить время расхождения ветвей неандертальского и современного человека. Результат поразил воображение исследователей – оказалось, что неандертальская ветвь отделилась от общего с Гомо сапиенс корня в период 555-690 тысяч лет назад…
Рис. 143. Неандертальца лишили звания предка современного человека
Немало информации дал сравнительный анализ генома человека и других приматов (шимпанзе и макаки резуса). Он в частности показал, что в ходе антропогенеза белок-кодирующие гены изменились довольно мало. Среди же тех генов, которые менялись под действием отбора, повышена доля генов, имеющих отношение к иммунитету, межклеточным взаимодействиям и передаче сигналов.
Из числа белок-кодирующих генов, которые заметно изменились в ходе эволюции, особый интерес представляет ген FOXP2, связанный с речью. Человеческий белок, кодируемый этим геном, отличается от своего аналога у шимпанзе двумя аминокислотами, что немало. При этом известно, что мутации в гене FOXP2 могут приводить к серьезным нарушениям речи. Это позволило предположить, что замена двух аминокислот как-то связана с развитием способности к произнесению членораздельных звуков.
Любопытно, что у неандертальца ген FOXP2, как недавно выяснилось, был точно такой же, как у современного человека. Это можно рассматривать как аргумент в пользу того, что неандертальцы владели речью хотя бы в каком-то виде.
Для генов ASPM и microcephalin обнаружены следы действия позитивного отбора, а эти гены связаны с развитием мозга. Например, белок ASPM замедляет превращение эмбриональных стволовых нейроэпителиальных клеток в нейроны. Иными словами, клетки – предшественники нейронов в присутствии ASPM успевают поделиться большее число раз, прежде чем превратятся в нейроны. Таким образом, закрепление мутаций в этих генах могло быть связано с увеличением размеров мозга.
Сравнение уровня активности 907 генов в клетках печени у людей, шимпанзе, орангутанов и макаков-резусов позволило выявить ряд генов, активность которых у человека резко повышена по сравнению с другими приматами. Среди этих генов 30% составляют так называемые транскрипционные факторы – белки, которые контролируют процесс синтеза мРНК (матричной рибонуклеиновой кислоты) на матрице ДНК. Для сравнения – среди генов, активность которых повышена у шимпанзе, транскрипционных факторов менее 5%. Вероятно, изменение активности генов-регуляторов сыграло большую роль в эволюции именно человеческой линии…
Продолжение
http://s30662109275.mirtesen.ru/blog/43688243569/9--GENETICH...
Смутные сомнения
Свежие комментарии