Wyobraźmy sobie, że właśnie odkryliśmy grobowiec z czasów prehistorycznych lub wczesnej starożytności. Nie jest to jednak scena z Indiany Jonesa. Nie otwieramy kamiennych wrót, bo ich tu nie ma, ani nie stoimy z zapaloną latarką w środku komnaty, ponieważ dach i ściany zawaliły się tysiące lat temu. Zamiast tego, mozolnie, kamień po kamieniu, warstwa po warstwie, wkopujemy się głębiej. W miarę pracy odkrywamy i katalogujemy kolejne znaleziska: ociosane bloki skalne, resztki materiałów i narzędzi budowlanych oraz ślady dekoracji ściennych. Następnie natrafiamy na rozbite gliniane amfory, które kiedyś być może pełne były darów towarzyszących zmarłemu w podróży w zaświaty, ale które prawdopodobnie dawno wpadły w ręce rabusiów. Może mamy szczęście i znajdziemy kosztowności: figurki z gipsu, kamienia lub metalu, cenne kamienie, broń czy biżuterię. W końcu docieramy do sarkofagu, w którym znajduje się trumna, a w niej ciało zmarłego lub zmarłej.
Nie jest ważne, gdzie się ten grobowiec znajduje, ani o jaki dokładnie okres w dziejach chodzi. Biorąc pod uwagę moje zainteresowania i specyfikę tego kanału, będzie to coś pomiędzy królewskim grobowcem w Ur w południowej Mezopotamii sprzed około 4550 lat, gdzie odkryto całą komnatę pełną szczątków pomordowanych kobiet, a nekropolią w Warnie w Bułgarii, gdzie w 294 grobach, pochodzących sprzed 6600 do 6200 lat temu, znaleziono łącznie ponad 3000 złotych ozdób, w tym złotą nakładkę na penisa.
Do kamieni, ceramili i metalowych obiektów wrócimy później – dzisiaj natomiast skupimy się na kościach i zębach, które znajdujemy w grobie. W poprzednim filmie opowiadałem o dendrochronologii oraz o metodzie datowania przy użyciu izotopu węgla C14, które są dwiema najpopularniejszymi i bardzo dokładnymi metodami datowania w archeologii – oraz dodatkowo oraz dodatkowo o metodach bazujących na rozpadzie promieniotwórczym uranu. Tym razem chciałbym opowiedzieć o innych niż C14 metodach stosowanych do badania szczątków ludzkich. Dzięki nim możemy określić, z jakich czasów szczątki pochodzą, jakiego wieku był zmarły, a także dowiedzieć się coś więcej o jego lub jej życiu. Tak jak poprzednio, dla każdej metody datowania postaramy się odpowiedzieć na następujące pytania:
- Co jest mierzone i dlaczego?
- Jak jest mierzone?
- Dla jakich materiałów i zakresu dat jest użyteczne?
- Jakie są ograniczenia i możliwe błędy?
… oraz spróbujemy znaleźć przykładowe znalezisko datowane tą metodą.
Aha, jeszcze jedno. W materiale pojawiają się zdjęcia ludzkich szczątków. Potraktujcie to jako trigger warning. Albo jako reklamę.
Datowanie dzięki inskrypcjom
Chciałbym jednak zacząć od metody, która może wydawać się trochę oszustwem. Otóż, datę pochówku najłatwiej jest ustalić, jeśli bliscy zmarłego byli tak uczynni, że pozostawili nam napis z datą lub inną informacją, dzięki której możemy dowiedzieć się, kiedy zmarły… zmarł. Przy czym nie mam na myśli wyłącznie kamieni nagrobnych, gdzie napisane jest wyraźnie, że poniżej leży człowiek o takim a takim imieniu i nazwisku, który zmarł w roku jakimś tam. Tak byłoby oczywiście najłatwiej, ale wypisywanie dat na nagrobkach jest stosunkowo nowym wynalazkiem – o ile mi wiadomo, ta praktyka rozpowszechniła się dopiero w XVI wieku. Ale już dużo wcześniej, w różnych miejscach na świecie, ludzie wpadli na pomysł, by pozostawiać na kamieniach nagrobnych lub w ich okolicy napisy, które informowałyby o czymś szczególnie ważnym w życiu zmarłego. I zdarza się, że te informacje pozwalają nam bardzo dokładnie datować znalezione szczątki.
Najstarsza taka inskrypcja znajduje się w piramidzie Unasa, znajdującej się w Sakkarze, na południe od Gizy. Unas był faraonem z V dynastii. Rządził w latach 2375–2345 p.n.e. Był pierwszym faraonem, który zdecydował się udekorować wewnętrzne ściany komnaty grobowej w swojej piramidzie hieroglifami. Są to głównie zaklęcia magiczne, mające chronić i pomagać władcy w jego drodze przez zaświaty, zawierają więc często jego imię. Z drugiej strony, mamy listę królów Egiptu, skompilowaną na podstawie wielu odnalezionych zapisków i na tyle dokładną, abyśmy byli w stanie określić czas rządów Unasa z dokładnością do 20–30 lat. Piramida Unasa została obrabowana jeszcze przed otwarciem przez archeologów, jednak w komnacie grobowej odnaleziono czaszkę i kilka kości, które wydają się należeć właśnie do niego. Przy okazji, „faraon” to dużo późniejszy termin. Wszedł w użycie dopiero w czasach XVIII dynastii, czyli w okolicach 1500–1300 p.n.e. Współcześnie jednak używamy słowa „faraon” na określenie każdego władcy starożytnego Egiptu, więc ja również go tak stosuję.
Czasem wręcz inskrypcje, na podstawie których możemy datować grób lub szczątki, pozostawiane są bez wiedzy i zgody rodziny zmarłego. Tak ma się sprawa z inskrypcjami w piramidzie Khufu, czyli Cheopsa, w Wielkiej Piramidzie w Gizie. W czasach Cheopsa, 200 lat przed Unasem, wewnętrzne ściany piramid nie były jeszcze dekorowane zaklęciami. Najwyraźniej jednak robotnicy, pracujący we wnętrzu piramidy pod koniec jej budowy, byli tak dumni ze swojego dzieła, że postanowili się podpisać jako, parafrazując, „drużyna króla Khufu”. W sumie odkryto ponad 10 takich napisów. Podobnie jak w przypadku Unasa, imię faraona można było połączyć z datami jego panowania z listy królów Egiptu. Zresztą, o datowaniu piramid zrobię w przyszłości cały film, bo to fascynujący temat.
A więc Ur-Nammu, król Sumeru i Akkadu. Panował w latach 2112–2094 p.n.e. i w czasach swoich rządów ufundował budowę, odbudowę lub rozbudowę wielu budynków, murów, kanałów nawadniających i tak dalej. To był całkiem dobry król, nie jeden z tych, co potrafią tylko „huzia na wroga”. Przyczynił się znacząco do rozwoju państwa, a do tego lubił się tym chwalić. Na nowych i odnowionych budynkach kazał ryć inskrypcje wotywne, to znaczy poświęcające dane dzieło jednemu z bogów. Taką inskrypcję znaleźliśmy na przykład na Wielkim Zigurracie miasta Ur, który Ur-Nammu poświęcił bogowi księżyca, Nannie. Co więcej, wiedząc z inskrypcji, że to Ur-Nammu ufundował tę świątynię, możemy datować ją nie tylko na lata jego rządów, ale nawet dokładniej. Sumeryjscy i akadyjscy władcy nadawali nazwy kolejnym latom swoich rządów. Mamy listę nazw kolejnych lat rządów Ur-Nammu, i siódmy z nich nazywa się „rokiem, w którym Ur-Nammu wybudował świątynię Nanny”. Tak więc, o ile nie pomyliliśmy się w obliczeniach przy konstrukcji listy królów, co niestety jest możliwe, możemy stwierdzić, że budowę Wielkiego Ziguratu Ur zakończono w roku 2105 p.n.e. O językach sumeryjskim i akadyjskim też pewnie zrobię film.
Podobne inskrypcje znajdujemy w praktycznie każdej kulturze, która stosowała pismo. Dla przykładu, w 1976 roku w mieście Anyang w Chinach odkryto grób królowej Fu Hao z czasów dynastii Shang, z okolic roku 1200pne. Jej imię zapisane było na naczyniach z brązu znalezionych w grobie. W starożytnym Rzymie na nagrobkach można znaleźć informację o tym, jacy konsulowie sprawowali urząd w roku śmierci. W Grecji poematy umieszczane na nagrobkach czasem zdradzały informacje pomagające w datowaniu, takie jak uczestnictwo zmarłego w ważnej bitwie lub wydarzeniu politycznym. W środkowej Ameryce, w czasach rozkwitu kultury Majów, dokładny pomiar czasu był tak ważny, że w przypadku wielu majańskich władców możemy określić nawet dzień ich śmierci. Król Palenque, K’inich Janaab Pakal, urodził się 24 marca 603 roku n.e., a zmarł 29 sierpnia 683 roku. O Majach też pewnie zrobię film.
Ta precyzja, jaką dają nam rozszyfrowane inskrypcje nagrobkowe, jest ważna nie tylko bezpośrednio dla datowania szczątków ludzkich, grobowców lub budowli, ale także – podobnie jak dendrochronologia – dla kalibracji innych metod datowania archeologicznego. Skoro z tego źródła znamy już dokładną datę śmierci lub budowy, możemy dzięki temu przetestować, jak dobrze radzą sobie mniej precyzyjne sposoby. Możemy w ten sposób znaleźć i naprawić błędy w procedurze poboru lub testowania próbek. Możemy przetestować nowe urządzenia, a następnie, wzbogaceni o nową wiedzę, zaaplikować te nowe, ulepszone metody datowania do znalezisk, których wieku jeszcze nie znamy.
Datowanie metodą badania racemizacji aminokwasów (w skrócie AAR, od amino-acid racemization)
Zacznijmy od kości. A bardziej precyzyjnie, zacznijmy od aminokwasów, które można znaleźć wewnątrz kości. A jeszcze precyzyjniej, zacznijmy od izoleucyny, waliny, kwasu glutaminowego oraz kwasu askorbinowego. Zwłaszcza ten ostatni mógł się obić o uszy pod nazwą „witamina C”. Wszystkie te cztery związki występują w przyrodzie w dwóch wersjach, tak jakby swoich lustrzanych odbiciach. Mają tę samą strukturę atomową, ale atomy te ułożone są inaczej w przestrzeni. Te różne wersje nazywamy izomerami i oznaczamy literkami L (od levorotacji) oraz D (od dextrorotacji), czyli rotacji molekuły w lewo lub prawo. W gruncie rzeczy kierunkowość jest tu dobrana arbitralnie – wszystko jedno, który izomer nazwiemy jak, ważne, aby być konsekwentnym.
W przyrodzie molekuły tych aminokwasów zmieniają się losowo z jednego izomeru w drugi pod wpływem warunków środowiskowych, takich jak ciepło, wilgoć i skład chemiczny gleby. Oznacza to, że ich atomy mogą zamienić się miejscami, raz z L na D, raz z D na L. W konsekwencji, w próbce takiego pobranego z gleby lub wody aminokwasu będzie blisko 50% jednego i 50% drugiego izomeru. Jednakże, każdy izomer ma trochę inne właściwości chemiczne, i tak się składa, że żywe organizmy zwierzęce – w tym ludzkie – mocno preferują izomery L aminokwasów. Analogicznie do procesu krążenia izotopu węgla C14 w ekosystemie, związki organiczne, jakie przyjmujemy wraz z pożywieniem, mają więc bardzo dużą nadreprezentację izomerów L. W trakcie trawienia i korzystania z tych aminokwasów w organizmie, jeśli dojdzie do zmiany izomeru L na izomer D, zostanie on wydalony. W momencie śmierci mamy więc zwłoki, w których niemal 100% aminokwasów to izomery L. I znowu, analogicznie do krążenia węgla C14 w ekosystemie, w momencie śmierci ten proces odfiltrowywania izomerów D przestaje działać. Od tej pory, powoli, stopniowo, zależnie od warunków środowiskowych, zwłaszcza temperatury i wilgotności, pozostałe w szczątkach aminokwasy będą losowo zmieniać się z L do D, i z D do L, aż po jakimś czasie wrócą do stanu równowagi, w którym będzie po 50% każdego z izomerów. Ten proces nazywany jest racemizacją i możemy wykorzystać go do datowania ludzkich i zwierzęcych szczątków.
Aha, przy okazji. Jeśli kiedykolwiek spotkaliście się z hasłem „lewoskrętna witamina C”, to znaczy, że ktoś próbował Wam wcisnąć kit. „Lewoskrętność” lub „prawoskrętność” dotyczy nie molekuł, lecz tego, jak zmienia się polaryzacja światła przepuszczonego przez molekułę. Ten sposób odróżniania izomerów odkrył Ludwik Pasteur w 1843 roku. Witamina C, mimo iż jej druga nazwa to kwas L-askorbinowy, jest zawsze prawoskrętna, to znaczy polaryzacja światła, którym oświetlono molekułę, zmienia się w prawo. Natomiast kwas D-askorbinowy powoduje skręcenie polaryzacji światła w lewo… tyle że kwas D-askorbinowy nie jest witaminą C.
A więc, do datowania najczęściej używa się izoleucyny, ponieważ jej powrót do równowagi izomerycznej przebiega najwolniej. Z drugiej strony, kwas askorbinowy wraca do równowagi najszybciej, co pomaga w przypadku młodszych szczątków, gdzie datowanie oparte o izoleucynę dałoby większy margines błędu. Próbkę wydobywa się z wnętrza kości, oczyszcza, a następnie poddaje jednej z kilku technik chemicznego oddzielania izomerów od siebie, takich jak na przykład chromatografia.
Poważnym ograniczeniem dla tej metody jest jednak fakt, że prędkość, z jaką aminokwasy wracają do stanu równowagi izomerycznej, jest mocno zależna od warunków środowiskowych. W idealnych warunkach niskiej temperatury i wilgotności izoleucyna może służyć do datowania znalezisk, które mają nawet kilka milionów lat, a kwas askorbinowy do 200 tysięcy lat. Takie idealne warunki zdarzają się jednak bardzo rzadko. Co więcej, musimy mieć dobre podstawy, by zakładać, że taki mikroklimat utrzymywał się w danym miejscu przez cały ten czas. Fluktuacje temperatury, wilgotności oraz pH gleby mogą zaburzyć datowanie. W związku z tym datowanie metodą badania racemizacji aminokwasów jest najczęściej stosowane dodatkowo, jako metoda potwierdzająca datowania inną metodą. Druga możliwość to sytuacja, gdy w tym samym miejscu znajdziemy wiele szczątków i podejrzewamy, że pochodzą z różnych lat. Wtedy możemy użyć AAR, aby odróżnić starsze szczątki od młodszych. AAR używa się również w kryminalistyce dla estymacji wieku znalezionych szczątków ludzkich. Tu już mamy do czynienia z próbkami, które mają zaledwie kilkadziesiąt lat, więc możemy założyć, że czynniki środowiskowe nie zmieniły się za bardzo w tym czasie, co czyni datowanie całkiem dokładnym.
Aby ograniczyć problem zależności od środowiska, naukowcy starają się pobierać próbki z substancji, które wyjątkowo dobrze chronią zatrzymane w nich aminokwasy, takie jak skorupki jajek lub muszle. Szukając przykładów użycia tej metody trafiłem na artykuły o naszyjnikach wyrabianych ze skorupek strusich jaj w południowej Afryce. Resztki takich ozdób odnaleziono w wielu jaskiniach i dawnych osadach ludzkich. Co ciekawe, technika ich wyrobu wydaje się podobna do tej, jakiej do dziś używają plemiona Khoisan. Niektóre z nich datowane są nawet na ponad 40 tysięcy lat temu, chociaż w przypadku tych najstarszych nie możemy być pewni, czy na pewno były to naszyjniki.
- https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5039028/ – artykuł o szczegółach używania AAR
- https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3117143/ – o znaleziskach datowanych C14 i AAR
W podobny sposób na półwyspie Cape Range w zachodniej Australii, w okolicach małej zatoki zwanej Mandu Mandu, za pomocą AAR wydatowano znalezione tam resztki naszyjnika z muszelek na 30 tysięcy lat temu. Tym razem jesteśmy w zasadzie pewni, że jest to naszyjnik – najstarszy naszyjnik na świecie.
Wyciek azotu przy rozpadzie aminokwasów
Inną metodą datowania kości jest datowanie azotowe. Polega ono na porównaniu nadwyżki zawartości azotu w kości w stosunku do azotu w glebie dookoła. Metoda zakłada, że około 4-5% kości stanowi azot, głównie w postaci kolagenu. Gdy kolagen w kościach się rozkłada, stopniowo uwalnia azot w dość równomiernym tempie. Im stężenie azotu w próbce jest większe od stężenia w glebie, tym próbka młodsza. Z czasem stężenie azotu w próbce spada.
Maksymalny wiek szczątków datowanych metodą wycieku azotu to 250–300 tysięcy lat. Jednakże, podobnie jak racemizacja, proces wycieku azotu do gleby jest zależny od warunków środowiskowych. Z tego powodu używa się tej metody datowania jako drugiej, dodatkowej, w celu potwierdzenia lub zaprzeczenia wynikom datowania inną metodą, lub też jako metody datowania względnego, tzn. w celu określenia, czy próbki pobrane ze szczątków różnych osób, znalezionych w tym samym miejscu, pochodzą z dokładnie tego samego czasu, czy też może różnią się wiekiem. Może to wskazywać, że dane miejsce było wykorzystywane w charakterze cmentarza przez wiele lat. Tą drugą metodą datowania bardzo często jest datowanie węglem C14, ale istnieje też tzw. metoda „FUN”, polegająca na równoczesnym datowaniu fluorem, uranem i azotem i ustalaniu wieku kości jako wypadkowej wyników otrzymanych tymi trzema metodami. Przy czym uwaga: datowanie uranem to nie jest to datowanie, o którym mówiliśmy w poprzednim filmie, ale metoda podobna do datowania fluorem, wykorzystująca fakt, iż te dwa pierwiastki stopniowo wchłaniają się z gleby do kości. O fluorze będziemy mówić więcej już zaraz, w następnym rozdziale.
W roku 1997, podczas prac konstrukcyjnych w pobliżu meczetu w Tabriz w północno-zachodnim Iranie, odkryto cmentarz z epoki żelaza. W sumie naliczono 38 grobów, w których pochowanych zostało być może trochę ponad 100 osób. Do datowania szczątków użyto metody FUN i uzyskano wyniki od 1200 do 800 lat p.n.e. Artykuł opisujący te badania zawiera również ciekawe wprowadzenie do szczegółów datowania tą metodą, jeśli bylibyście zainteresowani. Link do niego powinien właśnie pojawić się na ekranie. Umieszczę go też w opisie filmu.
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352409X18304036
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0305440318300554 — i jeszcze jeden art o datowaniu azotem
Absorbcja fluoru z gleby
Podczas gdy ludzkie kości w chwili śmierci zawierają dużo więcej azotu, w postaci kolagenu, niż ziemia, w której szczątki zmarłego zostaną złożone, sytuacja z fluorem jest dokładnie odwrotna. Zależnie od rodzaju gleby, możemy znaleźć w niej od 0.1 do 1 grama fluoru na kilogram gleby, zazwyczaj w postaci jonów fluorytu, natomiast ludzkie ciało będzie zawierać jedynie śladowe ilości fluoru w kościach i zębach, ponieważ każda większa jego ilość jest dla nas zabójcza. I tak jak w ciągu tysięcy lat po pochówku azot stopniowo wycieka z kości do gleby, tak fluor podróżuje w drugą stronę. I również, podobnie jak wyciek azotu, absorbcja fluoru zależy bardzo od warunków środowiskowych, a także początkowej zawartości fluoru w glebie.
Tell Halula to stanowisko archeologiczne w Syrii. Znaleziono na jego terenie pozostałości osady neolitycznej z okresu od 7750 do 6780 lat p.n.e., w okresie zwanym „neolitem preceramicznym B”. Słowo „tell” pochodzi od arabskiego „tall”, czyli wzgórze, ale w archeologii Bliskiego Wschodu używa się tej nazwy przede wszystkim do wzgórz powstałych w wyniku zamieszkiwania danego terenu przez bardzo długi czas. Tell składa się z gliny, która spłynęła z suszonych cegieł, z jakich budowano domy, z ziemi naniesionej przez mieszkających tam ludzi, kamieni używanych do budowy fundamentów, z odpadków organicznych i tak dalej. Osada na Tell Halula istniała przez tysiąc lat. Archeologowie zidentyfikowali aż 40 warstw, które można interpretować jako efekty uboczne działalności kolejnych pokoleń mieszkańców. Znaleziska z wcześniejszych warstw wskazują na polowania na gazele, te ze środkowych warstw sugerują stopniowe udomawienie zwierząt, zwłaszcza bydła. Ostatnie warstwy zgadzają się ze znaleziskami kultury Halaf, o której mówiłem trochę w filmie o życiu w neolicie. Datowanie fluorem pomogło w odróżnieniu warstw od siebie.
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0305440311000525
- https://architexturez.net/doc/10-1016/j-jaa-2011-07-001 — illustration by E. Carlson
Datowanie fluorem daje najlepsze wyniki dla znalezisk stosunkowo młodych, dzięki czemu pozwala na wykluczenie, że dane znalezisko jest bardzo stare. Ta cecha przydaje się na przykład do zidentyfikowania podróbek. Najsłynniejszym prawdopodobnie szwindlem, jaki został odkryty właśnie przy użyciu metody absorpcji fluoru, był tzw. Człowiek z Piltdown. W 1912 archeolog-amator, Charles Dawson, „odkrył” – w cudzysłowiu – w kopalni w Piltdown, w Anglii, czaszkę o części twarzowej wykazującej cechy małpie, ale o wysokim czole i okrągłej puszce mózgowej. To odkrycie na wiele lat stało się argumentem za tym, że homo sapiens pochodzi z Europy. Dopiero w latach 50. za pomocą datowania fluorem udało się wykazać, że fragmenty kości, z których zrekonstruowano czaszkę, pochodzą z różnych szczątków, w tym orangutana, a żaden z nich nie ma więcej niż 500 lat.
Datowanie za pomocą DNA
W próbkach pobranych z kości można znaleźć nie tylko pierwiastki i aminokwasy, ale również całe łańcuchy DNA. Użycie DNA do datowania można rozumieć na dwa sposoby. Po pierwsze, DNA w naszych komórkach zmienia się w trakcie naszego życia, więc DNA pobrane ze szczątków ludzkich może służyć do określenia wieku zmarłego, jednak nie tego, jak dawno temu zmarł. Po drugie, mutacje, jakim podlega kod genetyczny z pokolenia na pokolenia, mogą posłużyć do określenia, jak dawno temu rozdzieliły się dwie populacje. Możemy w ten sposób śledzić historię ewolucji gatunków, ale również w pewnym stopniu historię ludzkich migracji. Jest to jednak skomplikowany temat, który zasługuje na osobny film. Tutaj skupię się więc tylko na pierwszym zastosowaniu DNA do określenia wieku zmarłego człowieka.
Jedną z najłatwiejszych do zaobserwowania zmian DNA, skorelowanych z wiekiem danej osoby, jest metylacja, czyli proces przyłączania się grup metylowych do nukleotydów, zwłaszcza do cytozyny. Proszę nie krzyczeć, już wyjaśniam prostymi słowami. DNA to długie łańcuchy zbudowane z czterech związków chemicznych: adeniny, cytozyny, guaniny i tyminy. A, C, G, T. Być może oglądaliście kiedyś film science-fiction „Gattaca” o inżynierii genetycznej. Jego tytuł, „Gattaca”, wziął się właśnie od pierwszych liter tych czterech związków. Natomiast grupa metylowa to nazwa na atom węgla połączony z trzema atomami wodoru. Atom węgla może tworzyć cztery połączenia z innymi atomami, a więc taka konstrukcja pozostawia mu jeszcze jedno połączenie. Bardzo upraszczając, cytozyna w naszym DNA łączy się z takimi grupami – w miejscu, gdzie normalna cytozyna miałaby atom wodoru, w zmetylowanej cytozynie znajduje się cała grupa metylowa. W chwili narodzin w niektórych miejscach w DNA możemy mieć nawet 75% zmetylowanej cytozyny, a tylko 25% niezmetylowanej. Następnie, w ciągu życia, ten procent spada.
O zależności metylacji DNA od wieku wiemy już od lat 60. XX wieku, ale ponieważ stopień metylacji zależy również od czynników środowiskowych, historii choroby i innych rzeczy, dopiero niedawno pojawiły się sposoby na wykorzystanie tego mechanizmu dla datowania wieku ludzkich szczątków w archeologii. Krótko mówiąc, aby precyzyjnie określić wiek zmarłego, porównuje się metylację cytozyny w różnych miejscach w łańcuchu DNA, w komórkach pochodzących z różnych części ciała, i nie tylko z metylacji cytozyny, ale też innych zmian DNA, o jakich wiemy, że postępują wraz z wiekiem. Takie zbiorcze określenie wieku na podstawie wielu zmiennych nazywamy wielotkankowym zegarem epigenetycznym. Pierwszy z nich został opracowany w 2013 roku przez Steve’a Horvatha, profesora genetyki człowieka i biostatystyki na University of California, Los Angeles.
Mediana błędu oszacowanego wieku wynosi zaledwie 3,6 roku, choć bywa wyższa u osób starszych. Poza archeologią, w medycynie, zegary epigenetyczne przydają się do wykazania różnic w starzeniu się różnych tkanek, co może pomagać w zapobieganiu chorobom lub ich wczesnym wykrywaniu – jeśli jakaś część ciała starzeje się szybciej niż inne, może to oznaczać jakąś nietypową sytuację i należy się temu lepiej przyjrzeć. W archeologii odwrotnie, przede wszystkim interesują nas sposoby na określenie wieku zmarłego, które możliwie nie zależą od jego historii chorobowej, stylu życia i tym podobnych.
- https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10501909/ — „Universal DNA methylation age across mammalian tissues”
- https://www.nature.com/articles/s41598-021-95021-7 — „DNA methylation profiling in mummified human remains from the eighteenth-century”
- https://www.youtube.com/watch?v=YdCHBqcehHI — EpigeneticClocks: What’s New & What’s Missing? | Steve Horvath, UCLA
Ponieważ określanie wieku zmarłych za pomocą DNA jest nową techniką, nie znalazłem przykładów jej zastosowania jako głównej metody datowania szczątków. Znalazłem jednak pracę naukową dotyczącą potwierdzenia wieku dwóch osób zmarłych w XVIII wieku: 68-letniej Anny Katarzyny Bischoff, pochowanej w Bazylei w Szwajcarii w roku 1787, oraz 28-letniej Terezji Hausmann, pochowanej w Vac na Węgrzech w 1797. W obu przypadkach niezależne badania DNA dały wyniki zbliżone do znanego z innych źródeł wieku zmarłych. Zdecydowałem się jednak opisać tę metodę już teraz, zamiast czekać kolejne 10 lub 20 lat na lepsze przykłady, ponieważ znajdujemy się obecnie w samym środku niezwykle dynamicznego rozwoju badań nad DNA pobranym ze szczątków dawno zmarłych osób. W bliskiej przyszłości zegary epigenetyczne z pewnością będą dostarczać archeologom coraz dokładniejszych danych co do wieku, ale też historii przebytych chorób, diety i wielu innych szczegółów życia ludzi, których szczątki badamy.
Kamień nazębny
A skoro już jesteśmy przy diecie, przyjrzyjmy się trochę zębom. Nie naszym, chociaż te też są ważne, lecz zębom osób martwych od tysięcy lat. Zęby stanowią najtwardszą i najbardziej odporną na procesy gnilne część ciała. Zdarza się, że są jedynym co pozostaje po człowieku. Archeolog znajduje taki ząb, rozgląda się, przekopuje okolice, ale to tyle. Nie ma nic więcej. Mamy tylko tego jednego zęba i jeśli chcemy się czegokolwiek dowiedzieć o jego właścicielu, trzeba się mu bardzo dokładnie przyjrzeć.
Kamień nazębny, znany również jako tartar, to zmineralizowany osad przylegający do szkliwa zębów. Składa się głównie z fosforanu wapnia pochodzącego ze śliny oraz mikroelementów z pożywienia, które rozpuściły się w ślinie i osiadły na zębach. Proces osiadania kamienia nazębnego ustaje wraz z produkcją śliny w chwili śmierci. Dzięki temu badanie kamienia nazębnego pozwala nie tylko na pobranie materiału organicznego i określenie wieku znaleziska za pomocą węgla C14, ale również na przybliżone określenie wieku w chwili śmierci. Ponadto, dostarcza wielu informacji na temat higieny, preferencji i nawyków żywieniowych zmarłego, a także stylu życia.
Do tej pory analiza starożytnego kamienia nazębnego została zastosowana do badania ludzi i homininów, nawet na skamieniałościach liczące kilka milionów lat. Dostarcza ona informacji na temat ich diet oraz dowodów na materiały – np. drewno, węgiel drzewny i włókna roślinne – spożywane lub wdychane podczas wykonywania codziennych czynności życiowych, lub używania zębów jako „trzeciej ręki” w pracach takich jak przędzenie czy szycie.
Próbki kamienia nazębnego pobierane są za pomocą zgłębnika dentystycznego, czyli takiej metalowej wykałaczki. Następnie wierzchni osad, który może zawierać współczesne zanieczyszczenia, jest z niej zeskrobywany bardzo cienką igłą. Reszta próbki jest rozpuszczana w wodzie z dodatkiem soli, aby rozdzielić poszczególne warstwy i uwolnić mikroelementy organiczne. Te ostatnie trafiają pod mikroskop w celu identyfikacji.
Jaskinia Vlakno, 9880-9370pne, https://www.nature.com/articles/s41598-018-26045-9 (zawiera opis jak się pobiera próbkę)
Tą metodą udało się między innymi określić wiek i dietę człowieka, który żył pomiędzy 9880 a 9370 lat p.n.e. i został pochowany w jaskini Vlakno na wyspie Dugi Otok u wybrzeży Chorwacji. Jego szkielet, niemal kompletny, został odkryty w roku 2011. Mężczyzna, któremu nadano popularne chorwackie imię Šime, czyli Szymek, miał około 40 lat, 168 do 172 cm wzrostu i najwyraźniej umarł z przyczyn naturalnych. Następnie został złożony do grobu przez współplemieńców, co pomogło zachować jego szczątki w bardzo dobrej kondycji. W jego osadzie nazębnym odnaleziono resztki rybich łusek i mięsa, skrobi, oraz inne mikroelementy pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Wygląda na to, że jego dieta składała się w dużej mierze z ryb, w tym z dorad, pagrów, tuńczyków i makreli, oraz wielu różnych dzikich roślin i ich ziaren.
Artykuł w Nature opisujący to odkrycie jest publicznie dostępny i zawiera również szczegółowy opis jak pobiera się próbki kamienia nazębnego, co w nich można znaleźć i jak to wykorzystać. Link umieszczam w opisie do filmu.
Swoją drogą, wykopaliska w jaskini Vlakno wykazały, że prawdopodobnie była zamieszkiwana bez przerwy od 18000 do 7500 lat p.n.e. (czyli od 20 do 9.5 tysiąca lat temu). Jest to dobry argument za tezą, że mezolityczni mieszkańcy Bałkanów pochodzą w prostej linii od paleolitycznych łowców-zbieraczy kultury epigraweckiej, a więc również od jeszcze wcześniejszej kultury graweckiej sprzed 30 tysięcy lat. Mówię o nich więcej w filmie „Życie w Paleolicie”.
I aha, jeszcze jedno. Uwaga. Ocena wieku zmarłego na podstawie kamienia nazębnego to nie to samo, co ocena na podstawie zużycia zębów. Ta druga metoda ma sens w przypadku szczątków ludzi, o których diecie wiemy z innych źródeł, bo bardzo wiele od tego zależy. Na przykład, osoby żyjące w luksusie często żywią się pokarmem bardziej miękkim, lepszej jakości, oraz nie używają zębów do pracy, to znaczy nie trzymają w nich nici, lub skóry zwierzęcej, aby sobie pomóc. Chociażby nasz znajomy z rozdziału o inskrypcjach nagrobnych: K’inich Janaab Pakal, król Majów. Umarł w wieku około 80 lat, ale jego zęby wyglądają jak zęby kogoś w wieku około 40 lat. Jednakże osad nazębny w dużo mniejszym stopniu zależy od diety i w przypadku Pakala jego grubość pasuje do osadu innych osiemdziesięciolatków.
Nie oznacza to jednak, że ta metoda nie ma wad. Wiek zmarłego może być określony jedynie w przybliżeniu, na podstawie grubości osadu. Musimy również wiedzieć o jego warunkach życia i znać jego dietę. Na szczęście tego ostatniego możemy dowiedzieć się już właśnie z analizy kamienia nazębnego. Jeśli dieta zmarłego zmieniła się w trakcie jego życia, może to prowadzić do przekłamań. Aby dowiedzieć się więcej, musimy sięgnąć trochę głębiej, dosłownie trochę głębiej, do wewnątrz dziąsła.
Cement zęba
Cement zęba, znany też pod nazwą kostniwo, to zmineralizowana, podobna do powierzchni kości tkanka, pokrywająca powierzchnię korzenia zębowego. Ma kolor jasnożółty i jest wytwarzany stopniowo, przez całe nasze życie, przez znajdujące się w korzeniach zębów komórki zwane cementoblastami. Co ciekawe, u zdrowego człowieka cement narasta w postaci na zmianę ciemnych i jasnych warstw: ciemna warstwa zimą, jasna warstwa latem. Czyli, podobnie jak za pomocą przyrostu słojów drzewa, na podstawie kostniwa można bardzo dokładnie określić wiek zmarłego w chwili śmierci. Co więcej, zmiany w warstwach cementu mogą oznaczać lata suszy, głodu, lub choroby. Inną zaletą jest fakt, że kostniwo dobrze zachowuje mitochondrialne DNA, które można wydobyć i wykorzystać do dalszych badań.
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1882761616300060 – Histology of human cementum: Its structure, function, and development
Z drugiej strony, jeżeli nie mamy potwierdzenia tych zdarzeń z innych źródeł, nieregularności w przyroście cementu mogą prowadzić do błędnego liczenia lat. Podobnie problematyczne mogą byc choroby przewlekłe, lub zmiany genetyczne, które mogą wpływać jego budowę warstw. Wciąż nie wiadomo, czy wzrost cementu zależy od DNA, czyli czy nie jest możliwe, by w różnych grupach etnicznych przebiegał inaczej, lub czy nie wpływają na jego powstawanie pewne poza tym zupełnie neutralne mutacje. Poza tym jest to dość nowa technika. Nie istnieje jeszcze standard liczenia, co oznacza, że różne laboratoria mogą podawać różne wyniki, bo różne warstwy uznają za nieprawidłowe i je zignorują.
W latach 60. i 70. XX wieku Jugosławia i Rumunia zbudowały tamy na Dunaju, na granicy między tymi dwoma państwami, w miejscu zwanym Żelaznymi Wrotami. Jest to wąwóz o długości około 100 km, przez który Dunaj przebija się z Kotliny Panońskiej do Równiny Wołoskiej, przez południowe Karpaty. W trakcie prac odkryto wiele dowodów na to, że tereny te były zamieszkiwane w prehistorii przez łowców-zbieraczy. W okolicach miejscowości Lepenski Vir, po serbskiej stronie Dunaju, odkryto całe osady, które mogą sprawiać wrażenie neolitycznych, ale datowanie C14 i innymi izotopami wskazuje, że były zamieszkiwane we wcześniejszych czasach, od 9, a może nawet 11 tysięcy lat, aż po 8 tysięcy lat temu. Być może były to tereny tak urodzajne i bogate w ryby, zwierzynę łowną i jadalne dzikie rośliny, że mieszkańcy mogli żyć tu cały rok bez konieczności przenoszenia się w inne miejsca w poszukiwaniu żywności, a to w końcu doprowadziło do powstania stałych osad. Alternatywnie, możliwe, że były to rzeczywiście pierwsze neolityczne osady w Europie na północ od Grecji. Możliwe również, że miejsce to było zamieszkiwane przez obie grupy w różnych okresach, lub nawet wspólnie.
W Lepenskim Virze i okolicach odkryto w sumie kilkadziesiąt szczątków ludzkich. W przypadku 21 z nich udało się dokonać analizy na podstawie ich zębów, w tym właśnie cementu. Tą metodą udało się bardzo dokładnie ustalić wiek zmarłych w chwili śmierci. Kilku zmarłych było nastolatkami, większość miała od 30 do 40 kilku lat, ale też w dwóch przypadkach natrafiono na szczątki osób w wieku ponad 70 lat.
Datowanie strontem
Jeszcze innym sposobem na określenie diety, ale również pochodzenia danej osoby, jest sprawdzenie zawartości strontu w zębach i kościach. Nie jest to metoda pozwalająca na dokładne datowanie, ale zebrane dzięki niej informacje mogą pomóc nam umieścić zmarłego i znalezione przy nim obiekty w szerszym kontekście, a to z kolei może pomóc w doprecyzowaniu dat uzyskanych innymi metodami.
Stront to srebrzystoszary metal, który występuje w postaci minerałów w skałach jest wypłukiwany stamtąd przez wodę deszczową i strumienie i czasem trafia do wody pitnej. Stront ma właściwości chemiczne podobne do wapnia i w związku z tym jest przyswajany przez organizm ludzki w podobny sposób co wapń, w kościach i w zębach, zwłaszcza w okresie dziecięcym.
Trochę upraszczając, istnieją 4 stabilne izotopy strontu (84Sr – 0.56%, 86Sr – 9.9%, 87Sr – 7.0%, 88Sr – 82.6%), z czego 88Sr jest najpopularniejszy, ale w badaniach najczęściej porównuje się proporcje strontu 87 i 86. Zależnie od miejsca na świecie, proporcje tych izotopów mogą się nieznacznie różnić, a więc na podstawie składu izotopowego strontu możemy określić skąd pochodził. Zwłaszcza dotyczy do zębów – różne zęby rosną na różnych etapach życia, analiza izotopowa zawartego w nich strontu może być więc używana do wnioskowania o zmianie miejsca zamieszkania w tym okresie życia. Z kolei stront zawarty w kościach, nie w zębach, ulega łatwiejszej wymianie a więc jego skład izotopowy w szczątkach zmarłego będzie odzwierciedlał skład z miejsca, w którym zmarły przebywał przez mniej-więcej ostatnie 10 lat swojego życia.
Co więcej, proporcje izotopów strontu, ale również różnice w jego zawartości w kościach mogą powiedzieć nam coś o diecie badanej osoby. Wyższa zawartość sugeruje spożywanie mleka i produktów mlecznych, z kolei proporcje izotopów strontu w rzekach różnią się od tych znajdowanych w glebie, badanie może nam więc powiedzieć na przykład, czy zmarły jadł dużo ryb, w życiu dorosłym, bądź w dzieciństwie. I jeśli na przykład jadł ryby w dzieciństwie, ale jego lub jej szczątki znajdujemy na terenie z dala od dużych rzek, może nam to sugerować, że wychował się gdzie indziej.
W 2011 roku w Tyńcu nad Ślęzą (sic), ok 30km na południe od Wrocławia, odnaleziono cmentarzysko z okresu wędrówek ludów, a w nim szczątki 10 osób. Wykonano analizę izotopów strontu w zębach dwóch z nich – wyniki sugerują, że urodzili się w innym regionie i przybyli do Tyńca dopiero w późniejszym wieku. Skąd przybyli, tego jednak nie wiemy. Analiza izotopowa strontu to metoda wymagająca od nas bardzo dobrej wiedzy o proporcjach izotopów na dużym obszarze, oraz pewności co do czasu, w jakim w danym miejscu te proporcje były na danym poziomie. Taką bazę danych tworzy się zbierając próbki pochodzące ze stanowisk archeologicznych, ale też skał, oraz kości dzikich zwierząt, o których wiemy, że nie migrują i całe życie spędziły w danym miejscu. Bardzo wartościowe są zwłaszcza próbki kości sprzed setek i tysięcy lat, które można dokładnie wydatować. A że metoda jest stosunkowo nowa, takie bazy danych dopiero powstają.
O cmentarzysku w Tyńcu nad Ślęzą możecie przeczytać więcej w numerze „Archeologii Żywej” ze stycznia 2026, dostępnego również publicznie w internecie. Link powinien właśnie pojawić się na ekranie. Umieszczam go też oczywiście w opisie filmu. Ale, come on. „Archeologia Żywa” to bardzo profesjonalnie wydawany i pełen wysokiej jakości artykułów kwartalnik. Warto rzucić w niego złotą monetą.
Wracając jeszcze do strontu i ograniczeń tej metody: Dużym i coraz bardziej narastającym problemem jest zanieczyszczenie środowiska, zarówno powstające jako produkt uboczny działalności człowieka, jak i czasem całkiem umyślne. Dobrym przykładem jest tu przypadek Dziewczyny z Egtved w Danii, 18-letniej dziewczyny, która zmarła około 1370 lat p.n.e. Jej grób odnaleziono w 1921 roku. Jej szczątki oraz trumna, zrobioną z wydrążonego pnia drzewa, trafiły do Muzeum Narodowego w Kopenhadze. Tam, w 2015 roku, jej zęby zostały przebadane pod kątem zawartości strontu. Badanie to było głośno komentowane, ponieważ sugerowało, że dziewczyna mogła pochodzić z południowo-zachodnich Niemiec, z terenów Szwarzwaldu. Jednakże już w 2019 roku ponowne badania wykazały co innego: dziewczyna prawdopodobnie pochodziła z Danii – lub ewentualnie ze Szwecji lub południowej Norwegii. Natomiast przyczyną nieprawidłowych proporcji izotopów strontu były nawozy używane przez rolników w miejscu jej pochówku w czasach sprzed jej odkrycia.












































