Северная Америка когда-то была царством, в котором доминировала мегафауна, колоссальные существа, которые бродили по земле во время последнего ледникового периода, примерно 50 000 лет назад. По тундре ходили неуклюжие мамонты, а в лесах обитали высокие мастодонты, свирепые саблезубые тигры и огромные волки.
Огромные стада бизонов и необычайно высоких верблюдов мигрировали по континенту, а в его озерах и прудах процветали гигантские бобры. Огромные наземные ленивцы весом более 1000 кг были обнаружены во многих регионах к востоку от Скалистых гор.
Однако большая часть мегафауны Северной Америки загадочным образом исчезла к концу Последнего ледникового периода. Точные причины и механизмы этого вымирания остаются предметом интенсивных споров среди исследователей. Одна из теорий предполагает, что прибытие людей сыграло решающую роль либо посредством охоты и потребления этих животных, либо путем изменения их среды обитания и конкуренции за жизненно важные источники пищи.
Другие исследователи утверждают, что изменение климата стало причиной исчезновения мегафауны. Они утверждают, что, когда Земля оттаяла после нескольких тысяч лет ледниковых температур, быстрые изменения окружающей среды опередили способность этих крупных животных адаптироваться. Эта контрастирующая точка зрения привела к серьёзным разногласиям и жарким дебатам между двумя школами мысли.
Несмотря на десятилетия исследований, загадка вымирания мегафауны во время ледникового периода остается неразгаданной. В настоящее время исследователям не хватает достаточных доказательств, чтобы окончательно исключить тот или иной сценарий или даже другие предлагаемые объяснения, такие как болезнь, событие столкновения с кометой или комбинация факторов. Одна из проблем заключается во фрагментированном и изношенном состоянии многих костей мегафауны, используемых для отслеживания их присутствия.
В то время как в некоторых местах останки мегафауны сохранились на удивление хорошо, в других кости животных подверглись суровым условиям, в результате чего они распались на более мелкие фрагменты, которые слишком изменены для идентификации. Эти процессы распада включают воздействие элементов, истирание, разрушение и биомолекулярную деградацию.
В таких проблемах отсутствует важная информация 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.
Новое исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Mammal Science, может пролить свет на тайну ледникового периода.
Ученые сосредоточили свое внимание на исключительных коллекциях Смитсоновского национального музея естественной истории в Вашингтоне, округ Колумбия. В этом музее хранятся находки многочисленных археологических раскопок, проведенных за последнее столетие, что делает его исключительным хранилищем костей животных, которые имеют большое значение для понимания исчезновения мегафауны Северной Америки.
Однако многие из этих останков сильно фрагментированы и не поддаются идентификации, что до сих пор ограничивало их возможности пролить свет на этот вопрос. К счастью, в последние годы стали развиваться новые биомолекулярные методы археологических исследований. Вместо того, чтобы приступать к новым раскопкам, археологи все чаще обращаются к научным лабораториям, используя новые методы для исследования существующего материала.
Одним из таких новых методов является ZooMS — сокращение от «Зооархеология посредством масс-спектрометрии». Метод основан на том факте, что, хотя большинство белков быстро разрушаются после смерти животного, некоторые, например, костный коллаген, могут сохраняться в течение длительного периода времени.
Поскольку белки коллагена часто различаются небольшими, тонкими способами между различными таксономическими группами животных и даже отдельными видами, последовательности коллагена могут служить своего рода молекулярным штрих-кодом, помогающим идентифицировать фрагменты костей, которые иначе невозможно идентифицировать.
Таким образом, сегменты коллагенового белка, извлеченные из небольших количеств костей, можно разделить и проанализировать на масс-спектрометре, чтобы идентифицировать остатки костей, чего традиционные зооархеологи не могут.
Используя инновационный метод, исследователи приступили к новаторскому исследованию по изучению костного материала из архива Смитсоновского музея. Это пилотное исследование затронуло важнейший вопрос: сохранят ли кости, хранящиеся в коллекции музея, достаточное количество коллагена, чтобы можно было глубже понять фрагментированный костный материал, хранящийся в его запасниках?
Ответ не был очевиден сразу, поскольку многие раскопки проводились десятилетия назад. Хотя материал хранился в современном помещении с климат-контролем в течение последнего десятилетия, первые даты раскопок вызвали обеспокоенность по поводу того, последовательно ли применялись современные стандарты во время обработки, обработки и хранения на всех этапах.
Исследовательская группа тщательно изучила костный материал из пяти археологических памятников, все из которых относятся к периоду позднего плейстоцена/самого раннего голоцена (примерно 13 000–10 000 календарных лет до настоящего времени) или раньше. Эти места были расположены в Колорадо, на западе США, причем самые ранние раскопки проводились в 1934 году, а последние — в 1981 году.
Материал со стоянок часто был фрагментирован и не имел признаков, позволяющих зооархеологическую идентификацию. Некоторые фрагменты костей были обесцвечены, выветрены или имеют закругленные края, что позволяет предположить, что они были перенесены водой или отложениями перед захоронением на этом месте.
Недавние научные открытия, касающиеся анализа коллекций древних костей, предоставили ценную информацию. Несмотря на проблемы, связанные с возрастом, внешним видом и происхождением материалов, метод ZooMS (зооархеология с помощью масс-спектрометрии) дал замечательные результаты. Примерно 80% отобранных костей содержали достаточное количество коллагена для идентификации, причем 73% были идентифицированы на уровне рода.
Таксоны, идентифицированные с помощью ZooMS, включали Bison, Mammuthus (род мамонтов), Camelidae (семейство верблюдов) и, возможно, Mammut (род мастодонтов). В некоторых случаях образцы можно было отнести только к более широким таксономическим группам из-за отсутствия полных справочных библиотек ZooMS для животных Северной Америки. Эти базы данных, относительно хорошо развитые для Евразии, но не для других регионов, необходимы для точной идентификации спектров, полученных с помощью масс-спектрометрического анализа.
Результаты имеют важное значение для музейных коллекций. Материалы, изучаемые исследователями, часто игнорируются в пользу более привлекательных экземпляров, обычно выставленных в музеях естествознания. Однако это исследование демонстрирует ценную информацию, которую можно почерпнуть из этих, казалось бы, не впечатляющих коллекций с помощью передовых аналитических методов, таких как ZooMS.
ZooMS, или зооархеология с помощью масс-спектрометрии, — это новаторский метод, который потенциально может предоставить бесценные исследовательские данные для решения давних вопросов, связанных с исчезновением мегафауны. Это исследование подчеркивает важность сохранения археологических коллекций, поскольку даже, казалось бы, незначительные артефакты или кости могут оказаться бесценными источниками информации в будущем. Столкнувшись с ограниченным финансированием, учреждения могут пренебречь или отказаться от материалов, которые не приносят немедленной пользы, что является критической проблемой. Музеи и исследовательские учреждения должны иметь адекватное финансирование, чтобы обеспечить надлежащий уход и долгосрочную сохранность археологических находок.
Этот анализ показывает, что старые материалы могут неожиданно обрести новую жизнь, что позволяет исследователям использовать крошечные фрагменты костей для разгадки загадок, таких как исчезновение некоторых из крупнейших животных, которые когда-то бродили по древней Северной Америке.
