1. Постановка задачи
По своим основным характеристикам генохронология является естественнонаучным методом датирования событий в прошлом Человечества. К этому классу также относятся радиоуглеродное, дендрохронологическое, термолюминесцентное и археомагнитное датирование. Представлялось целесообразным рассмотреть возможности комплексирования геонохронологического и радиоуглеродного датирования при решении какой-либо конкретной задачи. Это выполнено на примере датирования предков маори.
2. Некоторые особенности радиоуглеродного и генохронологического датирования
Основы естественнонаучных методов датирования (кроме дендрохронологии и генохронологии) однотипны. Состояние датируемого образца зависят от его характеристик в момент некоего события и скорости их изменения. Для радиоуглеродного датирования событием является момент консервации изотопов углерода в образце. Скорость изменения характеристик образца – это скорость радиоактивного распада изотопа 14C. В зеленую растительность углерод попадает практически только из углекислого газа атмосферы. В кости и ткани травоядных животных он попадает через растения, в кости и ткани человека – через плоды растений и мясо травоядных животных. На первом этапе применения радиоуглеродного датирования (50-70 годы прошлого века) принималось, что соотношение изотопов углерода в углекислом газе атмосферы в рабочем интервале метода (примерно до 50000 лет назад) было практически идентично их соотношению в 1950 году. В 80-х годах по дендрохронологическим данным была создана калибровочная кривая радиоуглеродного датирования. Она отражает реальное соотношение изотопов углерода в углекислом газе атмосферы. Такое сегодняшнее состояние радиоуглеродного датирования определяет два его качества. Если во внимание не принимать калибровочную кривую – то это независимый чисто физический метод датирования, основанный на двух допущениях: соотношение изотопов углерода в углекислом газе атмосферы не менялось; скорость радиоактивного распада 14C была постоянной. При этом сама скорость распада (период полураспада) оценена физическими же методами с высокой точностью. Если принимать во внимание калибровочную кривую – то радиоуглеродное датирование является зависимым от дендрохронологии.
В генохронологии отсутствует само понятие «датируемый образец». Но понятие «датируемое событие» четко определено. Это достижение детородного возраста мужчиной, гаплотип которого явился основателем кластера гаплотипов, выявленного по результатам тестирования некой выборки людей. Кластер включает модальный гаплотип и его мутанты. Время события называется «The tame to most recent common ancestor (TMRCA)». Создание выборки тестируемых – это область статистических исследований ДНК-генетики популяций. Собственно генохронологическое датирование начинается с выделения кластера гаплотипов. Эта ее часть является в целом хорошо формализованной. Сегодня имеются проблемы с оценкой скорости мутаций. Пока относительно высок разброс полученных значений.
Имеется два способа оценки скорости мутаций: прямые статистические оценки (по парам «отец–сын»); по калибровке на годы жизни прародителя, определяемые по генеалогическим, историческим, археологическим или иным данным. Между скоростями мутаций, оцененными двумя разными способами, имеется одно принципиальное отличие. Скорости, оцененные калибровкой, автоматически учитывают «возвратные» мутации на ее дату. Скорости, оцененные по парам «отец-сын», их не учитывают. Имеется и одно «техническое» отличие. Скорости мутаций, полученные на основе статистических оценок, не привязаны к средней длительности интервала времени между генерациями. Скорости мутаций, полученные по результатам калибровки, всегда привязанные к фиксированной величине этого параметра, которая обычно равна 25 годам. Период полураспада 14C определен в рамках раздела физики «Ядерная физика». Доводить оценки скоростей мутаций до высокой достоверности и точности придется в рамках развития генохронологии. В ее рамках необходимо будет дать и обоснование постоянства скорости мутаций у разных рас и народов в разных регионах земли. Наличие двух способов оценки скоростей мутаций определяет два качества геохронологии. Применение при датировании скорости мутаций, оцененной по парам «отец–сын», дает независимый метод и, следовательно, независимую дату. Применение скорости мутаций, оцененной калибровкой на годы жизни прародителя, дает метод, зависимый от достоверности и точности их оценки по конкретным данным и конкретным способом.
Ниже приведен краткий обзор оценок скорости мутаций. Ее оценка по 626 парам отец-сын (анализировался 13 маркерный гаплотип) дала величину 3,2 ? 10–3 (95% confidence interval limits of 0,00041–0,00677) [Kayser M., 1997]. В публикации [Heyer E., 1997] приведены результаты анализа 9 маркерных гаплотипов 42 потомков политических деятелей, отцов-основателей Канады. Корни их родословной прослеживаются до 17 века. Скорость мутаций составила 2,1 х 10-3 (0,6 – 4,9 х 10-3) на маркер на поколение. Авторы публикации [Bianchi N.O., 1998] привели результаты анализа 249 гаплотипов (7 маркеров) по парам отец-сын. Скорость мутаций они оценили по объединенной выборке, включающей и данные из публикаций [Heyer E., 1997; Kayser M., 1997]. Она составила 1,2 х 10–3 (0,46 – 2,8 х 10–3) на маркер на поколение. В публикации [Kayser M., 2000] приведены результаты изучения 15 маркерных гаплотипов 4999 пар отец/сын. «… the average mutation rate estimates were 3,17 х 10-3 (95% confidence interval [CI] 1,89 – 4,94 х 10-3) across 8 tetranucleotide microsatellites and 2,80 х 10-3 (95% CI 1,72 – 4,27 х 10-3) across all 15 Y-chromosomal microsatellites studied.». Все вышеперечисленные данные были обобщены авторами публикации [Behar D.M., 2003]. В объединенной выборке, включающей 9347 пар единичных маркеров, выявлено 18 мутаций. Их скорость составила 1,93 х 10-3 на маркер на поколение (погрешности не оценены). Ее осредненное значение – 2,0 х 10-3 на маркер на поколение, наиболее часто применяется при выполнении геонхронологического датирования. Погрешности оценки скоростей мутаций, приведенные в публикации [Kayser M., 2000], можно пересчитать в проценты для стандартного отклонения. Они составляют (-13%) – (+18%). С учетом этого, доверительный интервал для стандартного отклонения скорости мутаций 2,0 х 10-3 составит 1,74 – 2,36 х 10-3 на маркер на поколение. Особо отметим, что эта величина скорости мутаций получена, в основном, по парам отец-сын, то есть она является независимой.
В радиоуглеродном датировании четко определен момент его окончания. Это получение калиброванной радиоуглеродной даты образца. С радиоуглеродными датами работают историки, археологи, палеонтологи и специалисты, изучающие прошлое природных объектов. Сам датированный образец имеет для них вполне понятный «контекст». Собственно говоря, эти специалисты и направляют свои образцы на радиоуглеродное датирование. Такая ситуация в генохронологии в обозримом будущем не предвидится. В области ее применения – ДНК-генетике, задачи изучения сегодняшних состояний популяций и их прошлого решаются комплексно геногеографическими, геногенеалогическими и геохронологическими методами. Результатами изучения являются частные модели прошлого Человечества. В эти модели как раз и интегрированы геохронологические даты. Из этого понятно, что интерпретация геохронологических дат должна выполняться специалистами в области анализа ДНК-данных, то есть теми, кто их рассчитал. Это важное «организационное» отличие геохронологических дат от радиоуглеродных.
3. Имеющиеся сведения о маори
Новую Зеландию открыл в 1642 году Абель Тасман, «сотрудник» Голландской Ост-индийской компании. Целью морского похода являлся поиск возможностей расширения сферы деятельности компании. Однако маори, аборигены архипелага встретили гостей враждебно. По этой причине европейцы на берег не высаживались [The Encyclopedia, History – discovery and exploration]. Капитан Кук, впервые посетивший Новую Зеландию в 1769 году, оценил численность маори в 100000. В соответствии с первой переписью (1857-1858 годы) их численность составляла 56049 человек [The Encyclopedia, Population, population trends, and the census]. По комплексу археологических, антропологических, радиоуглеродных, лингвистических, ДНК-генетических и этнографических данных считается, что маори являются потомками полинезийцев, приплывших в Новую Зеландию на каноэ. Это случилось примерно в 1200 году [Diamond J., 2003].
4. Формальное датирование
4.1. Геохронологическое датирование маори
В публикации [Zhivotovsky L.A., 2004] приведена выборка (Table 1) 10 маркерных гаплотипов маори гаплогруппы М208. Всего 10 гаплотипов. Среди них выделяется модальный гаплотип PA1 – 8 экземпляров, и гаплотипы, отличные от него на 1 шаг: PA2 – 6 экземпляров, PA3, PB, PC, PP – по 1 экземпляру. Имеется гаплотип – PQ, отличающийся от модального на 2 шага. Он связан с последним через гаплотип PA2. Всего 12 мутаций на 19 гаплотипов. При скорости мутаций 2,0 х 10-3 на маркер на генерацию и длительности периода между генерациями в 25 лет мы имеем время жизни общего предка маори: 789 (686 – 931) лет назад или примерно 1210 (1110 – 1350) год.
4.2. Радиоуглеродное датирование первых следов человека в Новой Зеландии
Авторы публикации [Higham T.F.G., 1997] выполнили обобщение радиоуглеродных дат, характеризующих начало колонизации Новой Зеландии. По древесному углю получено 9 дат: 600 +/-60, 660 +/-50, 650+/-45, 640 +/-45, 600 +/-45, 640 +/-50, 640 +/-35, 630 +/-40 и 660 +/-45 BP (ВР – before present, present = 1950 год). По скорлупе яиц moa получено 5 дат: 600 +/-50, 600 +/-50, 650 +/-45, 650 +/-45 и 600 +/-45 BP. Мы привели некалиброванные радиоуглеродные даты. Погрешности даны для стандартного отклонения. Авторы публикации усреднили калиброванные радиоуглеродные даты. По древесному углю и скорлупе яиц получена одна и та же дата – 600 лет назад (тоже от 1950 года). По морским ракушкам получено 22 даты. Усредненная калиброванная дата по ним – 930 лет назад.
4.3. Интерпретация результатов датирования
Можно принять, что дата жизни общего предка кластера модального гаплотипа гаплогруппы М208 соответствует возникновению популяции, потомками которой являются маори. Эта дата соотносится с их появлением в Новой Зеландии как оценка сверху. То есть предки маори появились там не ранее 1210 года. Понятно, что на новую родину прибыл не общий предок кластера в единственном числе, а относительно небольшая группа, включающая и его потомков. Исходя из этого, можно принять, что период 1210-1310 годов, является маловероятным для начала колонизации.
С радиоуглеродными датами имеется одна проблема. Авторы публикации [Higham T.F.G., 1997] выполнили их усреднение не общепринятым способом. Они усреднили даты по древесному углю, скорлупе яиц и ракушкам. У них получился «1250 год». Но даты по «морским» образцам, как правило, имеют системные расхождения с датами по «континентальным» образцам. Это связано с тем, что соотношение изотопов углерода в углекислом газе атмосферы и морской воды, существенно отличаются. Конечно, разработана система поправок, которые должны приводить к практически идентичным результатам радиоуглеродного датирования одновозрастных морских и континентальных образцов. Должны, но часто не приводят. Так, в нашем случае, средняя калиброванная радиоуглеродная дата по морским ракушкам оказались на 330 лет старше, чем даты по углю и скорлупе. Поэтому на практике при выявлении системных расхождений между датами во внимание принимаются только те, которые получены по «континентальным» образцам. Мы поступим также – даты по морским ракушкам во внимание не примем.
Радиоуглеродные даты, полученные по скорлупе яиц, характеризуют события «формирование скорлупы». При учете того, что яйца пригодны в пищу в течение небольшого промежутка времени после их появления, радиоуглеродные даты прямо характеризуют и событие «поедание яиц». Но с древесным углем дело обстоит не так. Полученные по нему радиоуглеродные даты характеризуют событие «консервация углерода в древесине (в годовых кольцах деревьев)». То есть радиоуглеродные даты образцов угля системно старше дат событий «углефикация». Это проявилось и в рассматриваемых данных. Средняя радиоуглеродная дата (без учета погрешностей) по скорлупе – 620 BP, по углю – 636 BP. Средняя системная погрешность составила 16 лет. Это является не существенной величиной. Исходя из этого, калиброванную радиоуглеродную дату (по углю и скорлупе) первого появления людей в Новой Зеландии – 600 лет назад или 1350 год, можно принять как вполне достоверную. Ее погрешность нами экспертно оценена в +/- первые десятки лет.
Общая формальная интерпретации результатов геонохронологического и радиоуглеродного датирования сводится к следующему. В конце 12 – первой половине 13 веков за пределами Новой Зеландии возникла популяция, являющаяся предковой по отношению к маори. В середине 14 века популяция (или ее часть) попала в Новую Зеландию.
5. Авторское датирование
5.1. Геохронологическое датирование маори
Среди 10 гаплотипов маори один – PA2, является модальным гаплотипов полинезийцев островов Кука. То есть в выборке два модальных гаплотипа и, соответственно, две группы связанных с ними гаплотипов. Если мы условно примем, что к модальному гаплотипу PA2 относится гаплотип PQ, то в кластере, характеризующем маори, останется 12 гаплотипов. У них будет 4 мутации. Это дает время жизни общего предка маори 420 лет назад, или примерно 1580 год.
В публикации [Тюрин, 2005, Алгоритмы] приведены алгоритмы фальсификации и ре-фальсификации радиоуглеродных дат. Калиброванная радиоуглеродная дата первого появления людей в Новой Зеландии – 600 лет назад. Ре-фальсифицированная дата – примерно 1670 год.
Интерпретации результатов геонохронологического и радиоуглеродного датирования: во второй половине 17 века в Новую Зеландию попала группа предков маори, генетически обособившаяся примерно за 100 лет до этого события. Наверняка предков маори на их новую родину привезли на больших европейских парусных кораблях. Это не согласуется со свидетельством Абеля Тасмана о том, что в 1642 году Новая Зеландия была заселена. Нам ничего не остается, как признать это свидетельство недостоверным.
6. Заключение
Результаты генохронологического и радиоуглеродного датирования предков маори имеют высокую сходимость. Более того, они соотносятся вполне логично. По результатам формального датирования: возникновение популяции – 1210 год, и ее переселение в Новую Зеландию – 1350 год. По результатам авторского датирования: возникновение популяции – 1580 год, и ее переселение в Новую Зеландию – 1670 год. Методический вывод однозначен: принятие во внимание результатов радиоуглеродного датирования позволит повысить качество частных моделей прошлого Человечества, создаваемых на основе ДНК-данных методами геногеографии, геногенеалогии и генохронологии.
Источники информации
[Тюрин, 2005, Алгоритмы] Тюрин А.М. Алгоритмы фальсификации и ре-фальсификации результатов радиоуглеродных датировок.