Глава V. О чем могут рассказать ископаемые кости

Глава V. О чем могут рассказать ископаемые кости

В заключительной главе автору хочется поделиться своим опытом в части обсуждения особенностей ископаемых костей, их характерных признаков. Предположим, что вид животного определен по кусочку кости, по целому черепу или одиночному зубу, но что можно сказать дальше? Ведь один и тот же вид зверя мог существовать на протяжении всего четвертичного периода — антропогена, — почти не изменяясь или изменяясь настолько мало, что морфологические отличия трудно уловимы. Нам же необходимо уточнить эпоху, в которой жил слон, носорог или олень, остатки которых были обнаружены в слое. Для такой оценки существуют разные методы, относительные и абсолютные шкалы.

Относительная шкала может быть геологической (геоморфологической), если возраст костеносного слоя установлен по наименованию (нумерации) морских или речных террас, а также на основе петрографического состава породы. Она может быть и археологической, если возраст слоя с ископаемой костью определен по найденным там же кремневым орудиям. Эти шкалы имеют в основе то положение, что этапы, или уровни, образования террас и перестройки гидросети, так же как и этапы совершенствования техники изготовления орудий, как правило, были более или менее синхронны на больших пространствах материков.

Такая относительная шкала разработана и на палеонтологической основе. Так, каждому крупному временному этапу в пределах антропогена был свойствен свой комплекс видов и свой уровень морфологической эволюции каждого вида млекопитающего. Ископаемые растительные остатки — пыльца, споры и древесина — из костеносного слоя могут быть также приобщены для оценки относительного этапа и условий жизни зверя.

Естественно, что относительные шкалы дают только приблизительные представления об абсолютном времени — эпохе жизни погибшего животного.

Абсолютный и относительный возраст эпохи жизни погибшего зверя узнается и по самой кости, костному веществу, химическими, физическими и органолептическими методами. Все они могут давать реальные результаты только при знании условий захоронения кости и при теоретическом обосновании процесса фоссилизации.

Перекрытая минеральными и органическими осадками кость подвергается в течение времени различным воздействиям новой среды. В судьбах ископаемой кости бывают возможны четыре основных случая (рис. 38).

1. Костное вещество подверглось за тысячелетия минимальному воздействию различных факторов среды и дошло до исследователя в слабо измененном состоянии. Пример — захоронение в вечномерзлом грунте без размораживания и переотложения.

2. Костное вещество подверглось многим влияниям, например намоканию, истиранию и досталось ученому в средне измененном состоянии. Пример — захоронение в речных наносах.

3. Костное вещество подверглось наибольшему влиянию множества факторов и дошло до исследователя в сильно измененном состоянии. Пример — захоронение в делювии склона при последующем перемыве и переотложении в озерных осадках.

4. Костное вещество, подвергшееся воздействию множества факторов, нацело разрушилось, растворилось и исчезло из геологической летописи, не дойдя до исследователя.

Воздействие факторов захоронения на костное вещество называется процессом фоссилизации.

На первой стадии захоронения происходят разложение и потеря органического вещества кости — углеводов, жиров и белков. При этом костный белок — коллаген — оказывается обычно наиболее устойчивым к выщелачиванию и как бы консервируется в костном веществе. Так это бывает у костей, захороненных в аллювии, в озерных осадках и вообще при максимальной увлажненности горной породы.

На второй стадии фоссилизации либо происходит выщелачивание также и кальциевой основы кости, и тогда она нацело разрушается в породе, либо идет вторичное насыщение костного вещества минеральными солями — т. е. вторичная, или дополнительная, минерализация. Вторичная минерализация может быть механической — когда внутренние полости и гаверсовы каналы кости заполняются солями железа, марганца, кальцитом, или химической — когда сама известковая основа, растворяясь и взаимодействуя с поступающими солями, замещается, например кремнеземом.

Рис. 38. Отбирающая решетка факторов и судьбы ископаемой кости. Пояснения в тексте. Ориг.

Как правило, кости зверей антропогенового возраста подвергаются лишь обеднению органическими веществами, а также механической вторичной минерализации. Полное выщелачивание костного белка, коллагена, и химическая вторичная минерализация характерны для ископаемых костей млекопитающих третичного периода и более древних.

На эффекте постепенного обеднения ископаемой кости костным белком основан и простейший метод определения древности кости, разработанный у нас академиком И. Г. Пидопличко. Навеска размельченной кости в несколько граммов сжигается в муфельной печи при 800° С, и по зольному остатку определяется коэффициент остаточного органического вещества. Относительный или абсолютный возраст ископаемой кости узнается вслед затем по шкалам, разработанным эмпирическим путем для обособленных физикогеографических областей. Другой химический метод основан на постепенном убывании в ископаемой кости фтора. Чем древнее кость, тем меньше в ней фтора, который учитывается количественным анализом.

Существует также фотолюминесцентный способ, основанный на учете количества фосфора, убывающего в костном веществе по мере увеличения его древности. Наконец, применяется также фтор-хлор-аппаратный метод (авторы Трошкин и Высочански-Лисовский), позволяющий определять возраст кости с точностью до года.

В 50-х годах получил широкое признание и применение радиоуглеродный метод — по изотопу углерода C₁₄, содержащемуся в ископаемых костях. Этим методом учитывается количество уцелевшего от распада радиоактивного углерода, накопившегося в костях во время жизни зверя. Радиоуглеродный метод позволяет определять абсолютный возраст эпохи образования костного вещества с точностью плюс-минус до сотни лет. Однако его предельная разрешающая способность не превышает 55 тысяч лет, т. е. возраст более древней кости уже не может быть определен.

Все химические и физико-химические методы связаны с лабораторными анализами, нередко дорогостоящими и длительными. От всего этого свободен органолептический метод визуального определения относительной древности кости по комплексу признаков, доступных восприятию и оценке нашими органами чувств. На глаз учитывается удельный вес фрагмента, его гигроскопичность при легком смачивании, цвет с поверхности и в разломе, запах — при поскабливании ножом, звук — издаваемый острыми краями кости при перекладывании на столе, и т. д. Для такого определения возраста костей в пределах антропогена разработана даже простейшая относительная шкала — таблица, опубликованная в нашей брошюре (Верещагин, Громов, 1951).

Разберем значение названных признаков.

Удельный вес. Как правило, удельный вес древней ископаемой кости больше, нежели у свежей, благодаря вторичной минерализации. При частичном выщелачивании известкового скелета и органики — коллагена — возможны исключения, т. е. кости становятся заметно легче и более рыхлыми.

Цвет. Природный светло-соломенный цвет поверхности сырой кости, лежащей на грунте под солнцем и дождем, вскоре меняется на белесый, а через несколько лет — на известково-белый. В заморном водоеме и болоте поверхность кости становится угольно-черной за несколько лет. В болоте или источнике с обилием окиси железа она становится охристой. Охрой и гуминовыми кислотами прокрашиваются и стенки всех капилляров и отверстий.

Кость, лежащая в сухой пещере, может многие столетия сохранять палевый цвет и лишь перекрытая отложениями начинает приобретать «ископаемую» темную окраску с обилием дендритов. В сухом песке кость остается светлой, белой и, выветриваясь, трухлявеет через несколько лет. В сыром песчаном грунте речной поймы кость постепенно желтеет с поверхности, а со временем, за тысячелетия, приобретает оранжевый, коричневый или угольный цвет с поверхности и цвет спелого гороха в свежем разломе. При этом сохраняется значительная прочность диафизов. В лессе и лессовидных суглинках кости ледниковых эпох приобретают грязновато-серый цвет, а в разломе — цвет мела с серыми и черными крапинками.

Звук. Звук, издаваемый фрагментами костей при их перекладке, является хорошим показателем относительной древности. Края воздушно-сухих фрагментов, происходящих из слоев пещер или открытых стоянок среднечетвертичного возраста, обычно издают звенящий звук битой фаянсовой посуды. Кости из слоев послеледниковых эпох могут «звенеть» только в том случае, если они побывали близ костра — в зольном слое.

Гигроскопичность. Потеря органики в костном веществе в процессе фоссилизации ведет к тому, что кость становится рыхлее, с мельчайшими капиллярами, и в воздушно-сухом состоянии ее поверхность легко поглощает влагу — липнет к мокрым пальцам. Таковы кости плейстоценового возраста.

Некоторые поклонники технических и химических методов относятся к органолептическому методу иронически, но совершенно напрасно. Человеческие органы чувств в познании качеств вещей нередко превышают разрешающие способности инструментов, а главное они оценивают комплекс качеств, что недоступно никаким приборам. Ведь вряд ли когда-нибудь будут изобретены приборы, оценивающие красоту меха, вкусовые и веселящие качества вина, обаяние пейзажа, портретное сходство в картинах. Эксперты и мастера, пользуясь достигнутым опытом, определяют происхождение и качество различных тканей, древесины, пушнины, слоновой кости и металлов очень точно, не прибегая к помощи инструментов.

Наряду с явочной оценкой степени древности кости необходимо учитывать и ее побочные особенности и признаки, нередко весьма важные для палеонтологической, археологической и геологической практики. Следы воздействия различных факторов на поверхностные структуры ископаемых костей заслуживают особого рассмотрения. Они могут многое рассказать о судьбе кости и даже погибшего животного, а также о тех условиях, в которых происходили захоронение и процесс фоссилизации.

Разломы. Палеонтолог чаще встречается с фрагментами, чем с целыми костями. От ударов тупыми каменными или металлическими орудиями кости раскалываются довольно однотипно — по своим силовым участкам. Степень древности разлома легко узнается по образовавшемуся консервирующему налету — патине — или его отсутствию (рис. 39). Труднее отличать древние искусственные разломы костей от разломов под давлением грунтового льда.

Минированная поверхность. На поверхности некоторых ископаемых костей, особенно третичного и раннечетвертичного возраста, встречаются продолговатые углубления длиною 8—10 мм, шириною 2—3 м. Они бывают расположены так густо, что иногда налегают друг на друга. Встречаются также глубокие отверстия диаметром 2—3 мм и значительно большего. Это следы минирующих водных беспозвоночных — личинок ручейников, личинок поденок, сверлящих брюхоногих моллюсков и полихет. Такие черточки и отверстия обычны на костях южных слонов и страусов из песков северного берега Азовского моря (рис. 40). Размокшая и насыщенная пресной или соленой водой фоссилизованная кость относительно рыхла и поэтому доступна сверлению или рытью личинками пресноводных и морских обитателей, она является отличным субстратом для жилья. Аналогичные следы воздействия на кости пресноводных беспозвоночных, например личинок поденок, ручейников на дне наших рек или озер, встречаются реже.

Истертость и следы шлифовки. Они появляются на поверхности костей в результате попадания их в поток ручья и перемыва в гравии и гальке. Еще энергичнее истирание кости, иногда до степени обмылка или костяной гальки, происходит в волно-прибойном участке — в гравии и гальке берега реки, озера, моря. Для такого истирания и окатки костей вовсе не требуется их «дальнего переноса» потоками (как это нередко пишут палеонтологи): эти процессы происходят на месте — на протяжении нескольких метров.

В ряде случаев вода растворяет поверхность кости, образуя оспины — «микрокаровую» поверхность.

Рис. 39. Обломок большой берцовой кости современного лося, разбитой топором. Ориг.

Извилистые черточки и углубления. Такие следы появляются на поверхности ископаемых костей в результате растворения известкового вещества кости корнями растений. Этот процесс может происходить как с совсем недавно захороненными — голоценовыми костями, так и с очень древними — третичного возраста, если корни растений проникают в древний костеносный слой. На костях из пещерных захоронений такие следы корней, как правило, отсутствуют или бывают лишь у фрагментов, захороненных вблизи устьевых осветленных участков.

Болезненные изменения. Кости ископаемых животных иногда несут следы болезненных процессов — остеомиелитов, периоститов, разращений костных мозолей, сросшихся переломов, прободений — свищей. Чаще всего следы воспалительных процессов встречаются на костях кисти и стопы пещерных медведей, страдавших от ревматизмов в сырых пещерах, особенно в конце существования этого вида.

Очень своеобразные бородавчатые разращения зубной ткани встречались на бивнях мамонтов, водившихся на северо-востоке Сибири (рис. 41). Свищи лобных пазух наблюдаются на черепах первобытных бизонов. Правильные, словно пробитые отверстия на лбу вымерших гигантов иногда вызывают у журналистов соблазн приписывать их происхождение действию электрических пуль космических пришельцев. На самом-то деле свищи вызываются либо паразитическими червями — нематодами, либо личинками оводов (рис. 42). Описаны такие свищи лобных пазух у волков из бинагадинского асфальта и у пещерных львов (Верещагин, 1971).

Рис. 40. Нижняя челюсть южного слона, источенная морскими беспозвоночными. 1/3 нат. вел. Азовское побережье. Ориг.

Последствия случайных ударов и драк в виде сломанных зубов, сросшихся переломов костей, костных мозолей встречаются нечасто. У пещерных медведей и львов попадаются сломанные и затертые при жизни клыки. При обнажении канала пульпы происходило иногда воспаление корня клыка и участка челюсти. Случались прижизненные переломы бивней и у мамонтов — как следствие драк, энергичной работы и падений. Такие переломы хорошо распознаются по заполированности рабочего конца бивня и отличаются от посмертных переломов при сжатиях мерзлого грунта.

Уникальный случай сросшегося перелома плечевой кости кряковой утки, найденной в бинагадинском асфальте, указывал, что птица, лишенная возможности летать, жила в районе Апшеронского полуострова в эпоху образования асфальтированных пластов круглый год, и, следовательно, водоемы той эпохи не всегда замерзали зимой.

Много примеров болезненных изменений костей приводится в особой палеопатологической монографии венгра Таснади-Кубакски.

Следы ударов орудий. Для археологов особый интерес представляет правильная интерпретация следов воздействий на ископаемые кости первобытных охотников. К ним относятся обжиги на костре, удары метательными и рубящими орудиями, обработка костей каменными орудиями и т. п.

Обожженная кость имеет обычно пепельно-серую окраску, легка, пориста, гигроскопична и издает при перекладывании особый шелестящий звук, напоминающий шум, издаваемый пластинками пенопласта или пемзы. Такие кости попадаются в пределах очагов на палеолитических и неолитических стоянках, например в Костенковско-Боршевском участке долины Дона.

Рис. 41. Болезненные разращения мамонтовых бивней бывали причудливы. Экземпляр с Новосибирских островов. Краеведческий музей Якутска. Ориг.

Особый интерес представляют следы ударов дротиков и копий. У нас известны позвонок пещерного медведя с застрявшим кремневым наконечником и лопатка первобытного бизона, пробитая по толстому краю наконечником из рога северного оленя. Следы древних ударов и нарезок на кости, бивне можно отличить от современных по наличию в них патины, дендритов, налету вивианита и т. п. Перед изготовлением орудий из кости, бивней слонов и рогов оленей материал, по-видимому, длительно размачивался древними мастерами. Следы резки каменными резцами и ножами по кости и рогу узнаются по наличию характерных бороздок от зазубренных кремневых лезвий. Для добычи мозга все трубчатые кости раскалывались очень тщательно. С этой целью пробивались даже задние стенки первых и вторых фаланг, что иногда расценивалось как стремление сделать свистульку.

Особое место занимают древние образцы изобразительного искусства — скульптуры и рисунки по кости, рогу и бивню. Им посвящены большие монографии (Абрамова, 1970). Для художественных упражнений использовались преимущественно бивни мамонтов, рога оленей и плотная ткань диафизов крупных трубчатых костей.

Рис. 42. Свищи лобных пазух на черепе первобытного бизона сделаны паразитами, а не пулями инопланетян. Краеведческий музей Саратова. Ориг.

Дендриты. Поверхности ископаемых костей бывают иногда покрыты черными или бурыми отложениями солей марганца и железа в виде прочных пленок, напоминающими миниатюрные деревца или кусты (рис. 43). Дендриты появляются на костях как в пещерных захоронениях, так и в аллювии и делювии, но не ранее чем через пять-шесть тысяч лет, и не встречаются на костях века металлов. Иногда соли марганца окрашивают кость полностью в черно-фиолетовый цвет. Голубая окраска поверхности костей создается вивианитом — отложением сернокислого железа, образующимся в анаэробных и болотных условиях.

Отложения извести. В пещерных отложениях кости иногда покрываются более или менее толстым чехликом извести. В известковых источниках кости консервируются в натеках кальцита, который заполняет их внутренние полости. Бывает и наоборот. Из травертинов горы Машук в Пятигорье известен полый слепок рога первобытного бизона. Роговой футляр и стержень разрушились, и в глыбе кальцита образовалась их точная форма. Такой же эффект произошел со свернувшейся змеей.

Погрызы. Костную ткань, особенно свежую, грызут и грызли хищные звери, грызуны и копытные, а из приматов — люди и собакоголовые обезьяны. Крупные и средние хищники оставляют на свежей поверхности диафизов костей царапины клыками и предкоренными зубами. Режущие лезвия хищнических зубов кошачьих и псовых оставляют на поверхности кости тонкие искривленные прорезки, которые можно спутать и со следами резки кремневыми остриями. Характерные следы резцов и клыков в виде бороздок бывают заметны на эпифизах крупных трубчатых костей, в которые вгрызались хищники, выедая мозговую мякоть. Края таких костей бывают неровно обломаны и имеют местами вмятинки от зубов (рис. 44).

Рис. 43. Дендриты на скуловой кости черепа мамонта. Ориг.

Грызуны: дикобразы, сурки, хомяки, полевки, мыши — режут свежую или размокшую в воде кость нижними резцами, которые действуют подобно двум узким стамескам. Прорези делаются поперек кости, так как зверьки захватывают верхними резцами край кости для упора и затем подтягивают режущие нижние. Гладкую поверхность кости, за которую нельзя уцепиться, грызуны порезать не могут. Мыши и полевки иногда прогрызают правильные дыры в теменных костях черепов людей, медведей, оленей, пользуясь для упора краями пробитого ранее копьем или пулей отверстия (рис. 45).

Рис. 44. Плечевые кости мамонтов Берелехского «кладбища», погрызенные росомахами. Ориг.

Еще в западноевропейской археологической литературе прошлого столетия восторженно описывались случаи «трепанации» человеческих черепов в эпоху неолита как образцы удачных хирургических операций. Такой «трепанированный» череп изображен в книге Г. Обермайера «Доисторический человек» (1913, с. 595). Сходный череп долгое время экспонировался в отделе Государственного Эрмитажа, посвященном первобытному обществу, а третий только что опубликован в солидной монографии Айдана и Евы Кокборн (Cockborn, 1980, с. 166), посвященной древним мумиям. На самом же деле отверстия были прогрызены резцами мышевидных грызунов, которые отлично выполняют такие операции, правда не на живом объекте, а после его погребения. Грызуны — полевки, сурки, дикобразы — иногда так расправляются с костями животных в пещерах, что огрызки, полые костные трубки, приобретают весьма причудливые формы, напоминающие «идолов», «амулеты», «флейты» и пр. У некоторых археологов и археологических технологов появляется ощутимый соблазн признать такие огрызки изделиями человеческих рук. Дикобразы уничтожают даже бивни слонов, а короткие кости, например фаланги лошадей, быков, могут состругивать и вдоль, так как размах их челюстей и резцов позволяет им это. Ширина прорезок колеблется от 1—1.5 мм у мышевидных до 2.5—3.5 мм у сурков и дикобразов (рис. 46).

Рис. 45. Мозговая коробка молодого медведя, погрызенная полевками. Канинская пещера на Северном Урале. Ориг.

Рис. 46. Рог оленя (1) и бивень мамонта (2), погрызенные полевками и мышами. Ориг.

Копытные и приматы не могут разгрызать крупных костей, а мелкие скорее давят, раздавливают, чем грызут. У северных и благородных оленей, антилоп, быков потребность в поедании костей бывает следствием минерального голодания и широко известна. Англичанин Энтони Сатклифф по этому поводу собрал много фактов в дикой природе.

Погрызы свидетельствуют о том, что до перекрытия осадками кость лежала на поверхности грунта или в пещере и была доступна потребителям органического и минерального вещества.

Трещиноватость и шелушение поверхности кости. Эти дефекты — результат попеременного воздействия солнечного нагрева, намокания, высыхания и мороза, а также появления пленки лишайников у открыто лежащих костей. Цвет таких костей обычно серый, а при длительном лежании и постепенном разрушении — совершенно белый. Эти признаки до известной степени сохраняются и при последующем перекрывании кости осадками. Для геолога — геоморфолога и стратиграфа — факт длительного нахождения кости на поверхности почвы или незащищенного грунта служит убедительным доказательством перерыва в образовании осадков, осадконакоплении. Характер поверхности ископаемой кости до известной степени отражает и палеоклиматические особенности данного района: сухость, влажность, холод, жару.

Искусственные отверстия. В слоях палеолитических и позднейших стоянок археологи находят вместе с костями створки пластинчато-жаберных моллюсков, употреблявшиеся в качестве украшений. Такие отверстия сверлились не только в перламутре, но и в дентине зубов зверей при помощи кремневых сверл и несложных механических приспособлений. Следует учитывать, что правильные отверстия, встречающиеся в створках, сверлились не только людьми, но и хищными брюхоногими моллюсками родов Natiopsis и Natica, которые добирались до съедобной мякоти жертв уже в палеозое, т. е. сотни миллионов лет тому назад.

Итак, давайте займемся пристальным и объективным исследованием признаков доставшегося нам обломка ископаемой косточки или большой серии фрагментов костей скелета давно живших существ. При небольшой практике и хорошей зрительной памяти успех будет обеспечен. Мы сможем узнать много интересного и важного для геологии, палеогеографии, археологии: возраст слоя, палеоландшафт и условия погребения, существование или отсутствие в районе первобытного человека, его кормовой рацион и многое другое.