Какие технологии стоят за археологическими открытиями

В России отмечают неофициальный день археолога. 150 лет назад, когда бывший коммерсант Генрих Шлиман начал раскапывать древнюю Трою и фактически дал старт целой науке, его основными инструментами были штыковая лопата, кисточка и текст гомеровской «Илиады». Сегодня его последователи используют куда более изощренный арсенал. А результаты их работы уже трудно отличить от магии. Рассказываем о технологиях, которые определили лицо современной археологии, и о тех, которые меняют его прямо сейчас.

100 лет назад определить возраст вещи, найденной в земле, можно было только относительно. Например, если это кусочек керамического блюда, можно было отнести его к той или иной культуре по форме лепки, орнаменту, узорам. А если это могила воина, можно сравнить ее вид с описаниями древних историков. Но для такого метода всегда требуется «подсказка» от самой находки и то, с чем можно ее сопоставить. А что делать, когда нет ни того ни другого?

В 1950-х годах химик Уиллард Фрэнк Либби нашел способ преодолеть это ограничение. И презентовал его в довольно неожиданном месте — на Международной конференции по мирному использованию атомной энергии. Он появился на трибуне с большим чемоданом, извлек из него обломок деревянного весла и сказал, что оно было изготовлено в Древнем Египте 3 тысячи лет назад. За веслом последовали сандалии и другие предметы. Либби называл точную дату создания каждого, словно ее сообщил ему сам владелец. На самом деле эти сведения Либби почерпнул из самих предметов.

Созданный Либби метод анализа опирался на один элемент, который присущ и растениям, и животным, и людям — углерод. Он присутствует в нашем организме в трех формах (изотопах): 12С, 13С и 14С. После смерти обменные процессы в теле прекращаются. Мы перестаем накапливать углерод из атмосферы, и вот тут начинается самое интересное. Первые два изотопа остаются стабильными (сохраняют накопленное число атомов), а третий распадается. Причем с одинаковой для любого существа скоростью. Скорость распада и его сроки известны. Значит, если измерить соотношение атомов в разных изотопах углерода из «мертвого» предмета (будь то кусок дерева, череп или сандалии), можно определить его возраст вплоть до года.

https://youtu.be/kE0zTYWsr50

В 1960 году Либби получил за свое открытие Нобелевскую премию по химии. А археология наконец стала точной наукой. Конечно, у радиоуглеродного метода есть свои изъяны и ограничения. Например, он не позволяет заглянуть в прошлое дальше 60 тысяч лет — радиоактивный углерод просто не сохраняется. И концентрация изотопа 14С может меняться из-за извержений вулканов, падений метеоритов и комет. Сегодня ученые стремятся «отловить» важные события, которые влияют на калибровку метода, и тем самым сделать его еще точнее.

Мужчина, у вас ДНК видно

Следующим прорывным методом для изучения прошлого стала генетика. В молекуле ДНК содержится много очень точной информации о том, как выглядели наши предки, где жили, чем болели, с кем спали. А главное — ДНК может сохраняться в разных тканях организма (коже, костях, зубах, волосах, крови) очень долго. Например, самый древний на сегодняшний день образец выделен из зуба носорога. Ему 1,7 миллиона лет.

Но ДНК — молекула хрупкая и капризная. Чтобы дожить до наших дней, ей нужны особые условия. К примеру, вода способствует разложению, а вот сухость — наоборот, консервирует молекулу. В 1985 году шведский биолог Сванте Паабо впервые выделил генетический материал из египетской мумии (до этого он тренировался на высушенной в духовке печени). Паабо убедился, что размер целых остатков позволяет выделять и изучать отдельные гены. Это была большая победа.

А что дальше? Сравнивая геномы людей и животных в различных регионах, можно узнать о переселениях, которые часто сопровождали значительные события: войны, падение или объединение государств. Можно узнать о последствиях исторических событий. Например, как завоевания Александра Македонского повлияли на население Египта? А геномы растений могут рассказать о развитии земледелия и хозяйства в целом.

Сейчас выделение генома из останков уже стало рутинной процедурой, а анализ становится все более точным. Последние открытия и вовсе кажутся фантастикой. Например, в 2019 году по ДНК, найденной в кусочке жеваной смолы, ученым удалось восстановить облик женщины, жившей 6 тысяч лет назад, ее обед (дикая утка и орехи) и возможные болезни, которыми она страдала (благодаря примесям бактериальных генов).

Вино пили? А если найду?

Еще один метод, который позволяет буквально раскладывать на части любой предмет, — хроматография. Ее изобрел еще в начале XX века наш соотечественник — ботаник Михаил Цвет (фамилия оказалась очень подходящей к сути открытия). Он обнаружил, что химические вещества в растворе, пропущенные через порошок-адсорбент, отливают разными цветами. Позднее на основе его идей ученые нашли способ выделять и распознавать компоненты любой смеси. Современные хроматографы могут идентифицировать несколько сотен соединений за один анализ.

Например, следы на поверхностях древних сосудов могут дать представление о том, что там хранилось. В 2016 году археологи обнаружили на стенках кувшина, найденного в Сицилии, самое древнее в мире вино. Они определили в глиняном порошке химические маркеры виноградного сока и брожения — молекулы янтарной и пировиноградной кислоты. При этом ни один кувшин не имел видимых пятен вина или других остатков.

В другом исследовании ученые изучили состав кусочка древней окаменевшей фекалии (копролита), которую они нашли на стоянке неандертальцев в 2014 году. Анализ показал содержание в окаменелости сложных эфиров, которые образуются в результате переваривания только растительной пищи. В результате они предположили, что неандертальцы питались не только мясом — хотя именно этот взгляд в науке был преобладающим.

Сверху видно все

Разведка потенциальных мест раскопок — занятие хлопотное. Как понять, что именно в этом месте когда-то жили люди? Особенно если никаких явных следов их деятельности нет? Сегодня на помощь приходят беспилотники, оснащенные мощными тепловыми камерами. Они позволяют узнавать о структуре почвы, о содержании в ней влаги и о растительности. По сути, выявлять долговременный след, оставленный человеком на земле.

Еще десять лет назад многие камеры были недостаточно мощны и точны, чтобы выжимать максимум информации из каждого пикселя изображения. Большой проблемой была также ограниченная скорость людей, которые могли получать данные только с одного гектара за день. Но современные легкие и быстрые дроны, оснащенные тепловыми аэрофотокамерами, автоматически выравнивают и корректируют изображения, а результат мгновенно передают на компьютер.

Недавно с помощью дроновой археологии ученые из Дартмутского колледжа смогли детально рассмотреть остатки древнего поселения индейцев в Северной Америке и нанести на карту дюжины исчезнувших домов, а также найти следы остатков исторических зданий в деревне шейкеров (сообщество верующих во второе пришествие).

Соберу все за тебя

Один из самых свежих и перспективных инструментов на службе археолога — нейросети. Программа, обученная на тысячах примеров (это могут быть предметы, рисунки, узоры, останки), может выявлять закономерности даже лучше, чем человек. Сегодня на этом принципе основаны приложения, которые восстанавливают изъяны на фотографиях, превращают детский рисунок в картину или «заставляют» человека улыбаться.

А как это поможет археологам? Например, нейросеть пригодится, если нужно распознать затертые изображения на стене или дощечке, отличить камень от примитивного орудия или украшения, прочесть малоразборчивые древние тексты. Работу, которая прежде требовала от специалиста многих часов работы, компьютер выполняет за несколько минут. Он «понимает», как правильно приложить один кусочек к другому, чтобы получить изначальный узор, картину или сосуд.

В прошлом году команда специалистов из Хайфского университета разработала технологию, которая позволяет собирать в автоматическом режиме фрагменты находок — как пазл. Первая программа такого рода появилась в 1964 году. Она умела собирать картинку всего из девяти элементов. На современном этапе технологии уже справляются с тысячами. Они находят похожие по цвету или фактуре поверхности участки и сразу предлагают готовое решение. Человеку остается только проверить результат. Может, у нас не получится создать машину времени и узнать точно, как все было на самом деле. Но те невероятные вещи, на которые способна археология, — неплохое утешение.