Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Если вернуться к теме этой главы – ты есть то, что ты ешь, – то следовало бы ожидать, что в вашем организме будет разное соотношение изотопов ¹³C/¹²C в зависимости от того, какие растения вы потребляете в пищу – C3 или C4. Однако переваривание пищи и превращение ее в ткани тела – это, помимо прочего, химический процесс, на каждом этапе которого проявляется то же самое избирательное отношение как в пользу тяжелых атомов, так и против них. По сути, преобразование растительного материала в костный коллаген увеличивает исходное соотношение на +0,51 %, возрастание мышечной массы увеличивает его на +0,36 %, а образование жира снижает его на –0,30 %. Выше мы уже упоминали о том, что эти значения химической дискриминации называются коэффициентами фракционирования. Таким образом, в костях любителя растительной пищи, состоящей из C3-растений, соотношение ¹³

C/¹²C будет меньше, чем в воздухе, на –1,95 % + 0,51 % = –1,44 %, в то время как у того, кто потребляет исключительно C₄-растения, оно составит –0,55 % + 0,51 % = –0,04 %, что, в принципе, можно приравнять к нулю – такое же соотношение наблюдается и в воздухе, из которого в конечном итоге произошел Углерод.

Если вы не вегетарианец, все немного сложнее, но принципы остаются теми же. Мясо – это мышцы, и если вы едите каре ягненка, вскормленного на С3-растениях, то соотношение изотопов ¹³

C/¹²C, потребляемых вами, составит всего лишь –1,95 % (из растения) + 0,36 % (от преобразования в мышцы ягненка) + 0,51 % (от превращения в кость внутри вас) = –1,08 % по сравнению с воздухом.

Эти небольшие различия в процентах могут показаться столь тривиальными, что их невозможно измерить, но помните, что атомы крохотны. Даже если взять 1 грамм (0,04 унции) кости, атомов ¹³C будет на миллион триллионов меньше⁸

, чем ожидалось, – и это немаленькое расхождение. И благодаря тому, что мы способны деконструировать образцы материалов и разделять их на атомные и изотопные составляющие, эти, казалось бы, небольшие отличия помогают нам успешно разгадывать тайны прошлого.

История кукурузы

Кукуруза появилась в высокогорьях южной Мексики – в те времена и в тех краях ее называли «маис». Ученые постепенно сходятся во мнении, что она произошла от теосинте, цветущей травы, произраставшей только в данной местности. На вид теосинте значительно отличается от современной кукурузы с горсткой семян (зерен), сгруппированных на толстом стебле, но имеет поразительное генетическое сходство с последней. Многие авторы предполагают, что селекция теосинте, начатая еще 9000 лет назад местными охотниками-собирателями, привела к тому, что кукурузу начали выращивать еще прежде 4000 г. до н. э.; более того, при помощи радиоуглеродного датирования удалось установить, что самые древние кукурузные початки, найденные в пещере Гила-Накиц в Оахаке, Мексика, оставались там с 4235 года до нашей эры, то есть появились 6250 лет назад⁹.

К тому времени, когда европейцы прибыли в Новый Свет, кукуруза была основным продуктом питания коренных народов Северной и Южной Америки и стран Карибского бассейна. Сегодня это, безусловно, ведущая зерновая культура в мире: в урожае 2018–2019 годов на нее пришлось 1100 миллионов метрических тонн, или примерно 43 % всего мирового производства зерновых культур¹⁰

. Как получилось, что этот злак, выращиваемый в безвестной горной долине на юге Мексики, достиг всемирного признания? Ключевую роль в поисках ответа на этот вопрос сыграют изотопы Углерода.

Почти вся естественная растительность, покрывающая Северную и Южную Америку, – как деревья, так и травы, а также кусты черники, картофель, помидоры, кассава, маниока (подробнее о маниоке позже) и другие продовольственные культуры, произрастающие в Америке, – это C₃-растения. Кукуруза – C₄-растение, причем единственное съедобное растение такого рода, присутствующее в Новом Свете. Поэтому по костям коренных народов мы, в принципе, можем определить, когда эта новая культура вошла в их диету.

Именно это сделали ван дер Мерве и его помощник Дж. Фогель. Они изучили пятьдесят с лишним скелетов, обнаруженных в Иллинойсе, Огайо и Западной Виргинии, и при помощи радиоуглеродного датирования установили, что их возраст колеблется в пределах от 3000 года до нашей эры до 1300 года нашей эры. Для всех останков старше 500 года нашей эры соотношение изотопов ¹³C/¹²C сосредоточилось вокруг значений около –1,45 %. Этого можно было ожидать от диеты, состоящей исключительно из C3-растений, со средним соотношением –1,95 %, к которому добавился коэффициент фракционирования костного коллагена, составляющий +0,5 %.