ОПТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ДРЕВНИХ КОСТЕЙ - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

ОПТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ДРЕВНИХ КОСТЕЙ

Кабутов Юсуфжон Мирзоевич 1, Давыдов Б.И. 1
1Дальневосточный государственный университет путей сообщения
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Ключевые слова: тафономия, плейстоцен, методика консервации, млекопета-ющие, препарирования ископаемой кости, экспонирование.

В статье рассмотрены общие положения консервации и реставрации ископаемых остатков млекопитающих позднего миоцена-плейстоцена, а также археологических находок из кости.

Введение. Со второй половины ХХ ст. палеонтологическая музеология рассматривается как самостоятельное научное направление, одной из задач которого является разработка методик по обеспечению долговременной сохранности ископаемого материала с целью его научного изучения, а затем возможным экспонированием. Исключительную важность приобретает применение этих методик при создании палеонтологических и археолого-палеонтологических парков, которые представлены в стационарных музейных помещениях.

В данной статье я остановлюсь на основных моментах сохранения ископаемых остатков млекопитающих позднего миоцена — плейстоцена.

При разработке действенных мер по сохранению найденных костей вымерших животных необходимо учитывать тафономию местонахождения, тип и степень сохранности остатков (Громов, 1955). Сохранение млекопитающих третичного и четвертичного периодов кайнозойской эры, как и древних позвоночных двух предшествующих эр, включает консервацию и реставрацию костного материала. Мероприятия по консервации обнаруженных фоссилий подразделяются на работы, проводимые в полевых условиях и лабораторных. В свою очередь, консервация ископаемых остатков включает следующие этапы: механическое препарирование объектов и их химическую обработку.

В полевых условиях используют метод предварительной очистки ископаемого материала (сухая и влажная). Если кость в очень плохом состоянии, то перед тем как ее очистить кость осуществляют укрепление, пропитывая ее, например, шеллаком или сильно разведенным ПВА. Реставратор А.В. Кирьянов в 1950—60х гг. прошлого века предложил использовать для укрепления кости 3—5%-й раствор клея БФ-4 и БФ-6 в спирте, поливинилацетатный лак, которые наносятся на предмет кистью или пульверизатором, а также разъемные гипсовые формы (Кирьянов, 1953; 1960). Часто, не имея возможности при раскопках местонахождений крупных млекопитающих позднемимиоценового возраста извлечь без частичного или значительного разрушения обнаруженный костный материал, например, череп гиппариона или жирафы, бивень мастодонта, успешно применяется методика взятия объекта монолитом с применением мокрых гипсовых повязок и бумаги, либо просто гипса и бумаги. Такая методика была использована при раскопках гиппарионовой фауны на местонахождениях Белка, Новоелизаветовка и др. в Одесской обл. сотрудниками Отдела палеозоологии позвоночных и Палеонтологический музей ННПМ НАН Украины. Гипсовые блоки—монолиты, содержащие плотно упакованные палеонтологические объекты, затем доставляются в Музей, где и проводится их препарирование. Бумажно-гипсовый метод успешно применяется многими палеонтологами за рубежом.

В полевых условиях при сборе остатков мелких млекопитающих применяют метод послойной промывки и просеивания породы. При этом используют сита или небольшие ящики с дном из металлической или капроновой сетки с ячейками квадратного сечения нужного размера. Также рекомендуется использовать почвенные сита для предварительного выявления костеносных слоев (Шевченко, 1981). Такая промывка бывает ручной и механизированной с применением мотопомп и используется не только для сборов мелких позвоночных. Т.В. Крахмальная в 1980 г. принимала участие в геолого-палеонтологической экспедиции по Кузбассу, участникам которой довелось собирать кости крупных млекопитающих плейстоценового возраста — мамонта, шерстистого носорога, лошади, вымытые мотопомпой в одном из карьеров. Палеонтологические и археолого-палеонтологические раскопки, сборы с поверхности, шурфование, промывка, а также консервация и реставрация ископаемой кости — это рабочие методы палеонтологии, направленные на поиск фоссилий, их сборы, научную обработку и сохранение для будущих поколений (рис. 1, 2).

Рис. 1. Череп носорога-хилотерия (Берислав, поздний миоцен) до реставрации, Палеонтологический музей им. академика В.А. Топачевского ННПМ НАНУ (фото Т.В. Крахмальной, 2006)

Рис. 2. Рабочий момент реставрации черепа позднемиоценового копытного, Палеонтологический музей им. академика В.А. Топачевского ННПМ НАНУ (фото Т.В. Крахмальной, 2006)

Собственно, механическое препарирование заключается в том, чтобы извлечь ископаемую кость из вмещающей породы при минимальном повреждении объекта. Для мягких пород обычно используются иглы и ланцеты, применяемые в стоматологии и хирургии. При работе с твердым материалом придет на помощь зубило с тупозаточенным концом и молоток. При этом препарируемый материал должен быть помещен в ящик с песком или, на так называемую, препарировальную подушку, что препятствует раскалыванию образца.

Уже давно для препарирования ископаемой кости, находящейся в твердой породе, стали использовать зубоврачебную бормашину, которая постепенно вытесняется пневматическим зубилом. Такое механизированное препарирование значительно ускоряет работу и не требует больших усилий, хотя по-прежнему зависит от терпения, опыта и интуиции специалиста.

Кости позднемиоценовых—плейстоценовых млекопитающих находят также в море, озерах и реках. С пребывавших длительное время в морской воде костей необходимо удалить налет соли, и в данном случае вначале применяются методики химической очистки кости. Необходимо удалять не всю соль с объекта, а лишь ее поверхностные отложения. Для этого используют 1%-й раствор соляной кислоты. После прекращения выделения газа остаток кислоты удаляют фильтровальной бумагой, а размягченную соль снимают иглой. Промывка кости после подобной химической обработки осуществляется в дистиллированной воде, причем несколько раз. Потом кость промывают спиртом и эфиром, но не более 3-х минут. Лучше всего в лабораторных условиях использовать растворы уксусной и муравьиной кислот. Сравнительно недавние находки представителей гиппарионовой фауны на небольшой глубине в Черном море вблизи Одессы потребовали от палеонтологов и реставраторов уже иных методик обработки костей с целью удаления избыточной соли. Кости сначала промывались в проточной воде не менее недели, а потом в нее постепенно стали добавлять дистиллированную воду, таким образом заменяя проточную. Эта процедура заняла не менее месяца. Затем кости были переданы для научной обработки Т.В. Крахмальной, которая еще в течение месяца выдерживала их в воде, часто ее меняя и тщательно промывая эти костные остатки. Завершающей стадией стало просушивание ископаемого материала при комнатной температуре и частичное удаление размягченной соли с поверхности кости жесткой щеткой или препарировальной иглой.

Богатый опыт препарирования фоссилий, накопленный палеонтологами и реставраторами за долгие годы, и разнообразные методики с применением как простых инструментов, так и техники, дали не только новую жизнь, но и изменили наши представления о многих исчезнувших с лица Земли млекопитающих.

Отдельно при сохранении фоссилий следует рассматривать специальные технические приемы, используемые при создании, слепков (муляжей) и копий скелетов и отдельных костей вымерших животных. При снятии слепков с палеозоологических объектов используют зубопротезные материалы, а также гипс, сиэласт, стадонт, протакрил. Сиэласт - это резиноподобная масса, изготовленная на основе силиконовых полимеров, которая является материалом для получения оттисков. Пластмассы, такие как протакрил и стадонт, приготавливаются на основе акриловых смол.

Реставраторы используют различные по действию и направленности средства для сохранения кости плейстоценового возраста и изделий из нее. Так, например, М.К. Никитин и Е.П. Мельникова (1990) применяют средства для очистки костей от поверхностных загрязнений и их отбеливания, осушающие вещества при последующей реставрации материала, адгезивы, а также тонирующие и защитные лаки.

Здесь следует указать, что в связи с особенностями археолого-палеонтологических объектов, в частности сооружений (жилищ) из костей мамонта, необходимо продолжать совершенствовать ранее опробованные и разрабатывать новые методики по их сохранению, а если это невозможно, то применять методику закрепления костей в монолитах и взятию последних с последующим их препарированием в лабораторных условиях и дальнейшей реконструкцией для экспонирования в музее.

При диагностировании степени сохранности кости рекомендуется использовать неразрушающие методы: музейную рентгенографию, неразрушающий рентгеноспектральный флуоресцентный анализ и растровую электронную микроскопию.

Кость после постепенного высушивания и легкой очистки в почве можно осторожно обработать 4%-м раствором бутираля из пульверизатора. Предметы из кости или бивня мамонта иногда закрепляют 4-5%-м раствором смолы. Реставратор Е.А. Румянцев (1959) предложил пропитывать ископаемую кость после расчистки на месте обнаружения смесью раствора специального мономера и метаксилола в определенных соотношениях с добавлением катализатора. После такой обработки объект на несколько часов изолируют при помощи стекла или пленки. В это время осуществляется реакция фотоконденсации, и ископаемый материал приобретает значительную механическую стойкость, после чего его можно транспортировать в специальную лабораторию. В лабораторных условиях нужно проводить удаление солевых отложений, подбор и склеивание фрагментов, при необходимости закрепление последних синтетическими смолами. Британский реставратор Э. Доуман (1970) рекомендует проводить механическую очистку кости щеткой или кистью мягкой или средней степени жесткости, т. е. необходимо использовать неметаллические инструменты. После чего следует укрепить ископаемый материал раствором ПВА, в этом случае возможно применение разных типов полимерных смол. Ископаемая кость характеризуется очень высокой степенью чувствительности к деструктивным воздействиям: перепадам температуры, влажности, интенсивности света. В то же время неблагоприятное действие на состояние, например мамонтовой кости, оказывает применение бытовых клеев «Момент» и силикатного канцелярского клея. При археологических раскопках важно создать оптимальные условия для стабилизации кости, что позволит замедлить, а в некоторых случаях и приостановить развитие деструктивных процессов.

Для отечественной музеологии особенно актуальным является применение существующих, и разработка новых методик по сохранению фоссилий при создании палеонтологических и археолого-палеонтологических парков с проведением всего комплекса мероприятий по музеефикации открытых памятников. Важное значение для обеспечения сохранности как палеонтологических, так и археолого-палеонтологических объектов, имеет сооружение соответствующих павильонов и оборудование специальных витрин для демонстрации ископаемого материала.

Сохранение палеонтологических документов, повествующих о жизни на нашей планете в прошлые геологические эпохи, и, в частности, сохранение ископаемых костей млекопитающих позднего миоцена и плейстоцена, является постоянной заботой палеозоологов научных учреждений и музеев разного уровня и подчиненности, где хранятся коллекции фоссилий.

Костный коллаген

Костный коллаген является важным материалом для радиоуглеродного, палеодиетического и палеопротеомического анализов, но со временем он ухудшается, что делает такие анализы более сложными с более старым материалом. Сохранность коллагена между археологическими памятниками и внутри них также различна, так что много времени, усилий и денег может быть использовано для подготовки и первоначального анализа образцов, которые не дадут значимых результатов. Чтобы избежать этого, используются различные методы предварительного скрининга кости для сохранения коллагена (например микропористость и FTIR-спектроскопический анализ), но они часто являются деструктивными и / или требуют экспорта для анализа. Здесь мы исследуем спектроскопию ближнего инфракрасного диапазона как инструмент для измерения содержания коллагена в измельченной и цельной кости приблизительно от 500 до 45 000 лет назад. Мы показываем, что способность портативного спектрометра количественно определять содержание коллагена и классифицировать образцы по состоянию сохранности сопоставима с другими популярными методами предварительного скрининга. Кроме того, спектроскопия в ближней инфракрасной области спектра неразрушающая, и спектры могут быть получены за несколько секунд.

Стойкость органических молекул в кости оказалась решающей для понимания человеческого прошлого. Костный коллаген (общий белок в костях и коже) от людей и наших близких родственников использовался для радиоуглеродной датировки важнейших событий в истории человечества, таких как заселение Северной и Южной Америки, и юго-восточной Европы и исчезновение групп в том числе неандертальцы. Фактически, большая часть нашего понимания последовательности человеческой истории до появления письменных и календарных систем основана на радиоуглеродном датировании костного коллагена или других органических материалов из археологических памятников. Костный коллаген также является предпочтительным материалом для стабильных изотопных палеодиетических исследований и использовался для документирования появления сельского хозяйства кукурузы, расширения ресурсной базы европейского Homo sapiens в верхнем палеолите и важности животных белков в рационе питания. Неандертальцы, между прочим. Он также представляет все больший интерес для палеопротеомного анализа, поскольку его можно использовать для идентификации современных и древних видов и их филогенетической истории, даже если древние исследования ДНК невозможны или нецелесообразны. Таким образом, было бы справедливо сказать, что коллаген является материалом, имеющим важное значение для раскрытия часто темного человеческого прошлого, и что наша способность распознавать отдаленное человеческое поведение и эволюционную историю будет примерно пропорциональна его сохранению в археологических записях.

К сожалению, со временем коллаген ухудшается, что делает все более трудным проведение таких анализов по мере старения материала, хотя скорость его разложения сильно зависит от условий окружающей среды. Кроме того, сохранение между отдельными археологическими или палеонтологическими объектами и внутри них сильно варьируется. В результате, даже в недавних местах может сохраняться мало или вообще нет коллагена, а на древних участках, где сохранение коллагена, как правило, плохое, могут быть образцы, которые на удивление хорошо сохранились. В результате, радиоуглеродным, палеодиетическим и другим археометрическим лабораториям может потребоваться деструктивно отобрать большое количество образцов в надежде найти несколько подходящих для анализа. Это не только этически проблематично, но и означает, что много времени, усилий и денег должно быть потрачено на первоначальный анализ и подготовку образцов, которые не дадут значимых результатов.

Следовательно, существует большой интерес к разработке методов предварительного скрининга кости на содержание коллагена при минимальном повреждении образцов. Можно утверждать, что, по крайней мере, в радиоуглеродном сообществе стандартный метод определения пригодности кости для последующего анализа состоит в отборе небольших подвыборок (<5 мг) для элементного анализа, где% N и в меньшей степени отношения C / N используются для оценки сохранности коллагены. Как правило, считается, что образцы с более чем 0,76% N по массе содержат более 1% коллагена, что обычно достаточно для анализа. Другие методы предварительного скрининга для сохранения коллагена включают среднюю инфракрасную или рамановскую спектроскопию, которая выявляет информацию о функциональных группах вещества из-за его взаимодействия с электромагнитным излучением. Хотя элементные и спектроскопические методы явно полезны, они часто отнимают много времени, разрушительны и / или обычно требуют удаления костей из мест или музеев в лаборатории для анализа. Аналогичные недостатки существуют для других потенциальных методов предварительного скрининга.

Было, однако, несколько попыток обойти эти ограничения. В частности, портативные рамановские спектрометры с лазерами 1064 нм были использованы, чтобы показать, что соотношение пиков при 1450 см -1 и 960 см -1 связано с содержанием и качеством коллагена. Кроме того, качественная неразрушающая ближняя инфракрасная (NIR) спектроскопия использовалась для классификации 16 голоценовых костей и четырех проверочных образцов на плохие и хорошие группы сохранения коллагена. Здесь мы основываемся на последнем исследовании, чтобы показать, что портативный и NIR-спектрометр повышенной прочности может быть использован не только для классификации костей по группам по статусу сохранности, но также для количественного определения процента сохранения коллагена в земле и всей кости. Голоцен до позднего плейстоцена. NIR-спектроскопия имеет большой потенциал для предварительного скрининга кости, поскольку она неразрушающая, имеет очень быструю скорость анализа (обычно секунды), легко миниатюризируется, так что инструменты для развертывания в полевых условиях широко доступны и имеют большую эффективную глубину проникновения, чем ее Спектроскопические братья и сестры (миллиметры, а не микроны). Его способность обеспечивать более глубокое представление особенно важна, учитывая, что костные поверхности часто сильно модифицированы после отложения.

Почему коллаген?

Костный коллаген может решить многие антропологические проблемы. Полезная молекула может использоваться до настоящего времени, идентифицировать информацию о рационе и отвечать на вопросы эволюции человека - даже после того, как доказательства ДНК распались. Но коллаген тоже со временем разлагается - и, в зависимости от факторов окружающей среды, влияющих на сохранение, многие древние кости не содержат его в большом количестве. В результате, исследователям иногда необходимо деструктивно отобрать множество костей, чтобы определить приз, который подходит для анализа, что создает этические и финансовые затруднения.

Обломок кости, найденный в Сербии, датируется 25 000–45 000 лет. (Изображение: Кристина Райдер)

Предварительная проверка, чтобы определить, какие кости с наибольшей вероятностью могут раскрыть прошлое, если все сделано правильно, может помочь решить некоторые из этих проблем. Но современные методы предварительного скрининга не идеальны; они включают в себя отбор небольших образцов кости для элементного анализа для оценки сохранения коллагена. Спектроскопические методы, такие как инфракрасная или рамановская спектроскопия, могут быть полезны для предварительного скрининга, но они, как правило, отнимают много времени и обычно требуют транспортировки хрупких образцов в лабораторию.

Экстракция коллагена

Извлечение коллагена для измельченных образцов костей голоценового возраста происходило в лаборатории археологических стабильных изотопов в Университете Майами после модифицированной версии Longin. Взвешенные аликвоты по 0,5 г грубо измельченной (0,5–1,0 мм) кортикальной кости помещали в центрифужные пробирки на 50 мл, в которые добавляли 30 мл 0,2 М HCl. Пробирки помещали в ротатор на 24 часа, после чего оценивали степень деминерализации. Образцы, требующие еще 24 ч для деминерализации, в это время обновляли свою кислоту. После деминерализации образцы промывали до нейтральной реакции и обрабатывали 30 мл 0,0625 М NaOH в течение 20 часов. Затем образцы промывали до нейтральной реакции и желатинизировали в течение 48 ч при 90 ° С в течение 10 -3 часов. М HCl. Полученный желатин затем фильтровали с использованием стерильных одноразовых вакуумных фильтров Millipore Steriflip ® 40 мкм, давали возможность конденсироваться при 85 ° C, замораживали и затем сушили вымораживанием. Затем определяли выход коллагена для оценки состояния сохранности образца.

Экстракция коллагена для образцов цельной кости эпохи плейстоцена и голоцена проводилась в Институте эволюционной антропологии им. Макса Планка в Лейпциге с использованием модификации. Около 0,5г цельной кости было декальцифицировано в 0,5 М HCl при 5 ° С. Кислота обновлялась до двух раз в неделю до завершения деминерализации. После деминерализации образцы промывали сверхчистой водой до нейтрального рН и обрабатывали 0,1 М NaOH при комнатной температуре в течение 30 минут для удаления гуминовых кислот. За этим последовала стадия 0,5 М HCl для удаления потенциального загрязнения из современного CO 2, поглощенного NaOH. Образцы снова промывали до нейтрального pH ультрачистой водой и желатинизировали в течение 20 часов при 75 ° C в течение 10 -3 часов. М HCl. Полученный желатин затем фильтровали с использованием предварительно очищенных фильтров Ezee для удаления более крупных частиц, а затем ультрафильтровали (предварительно очищенный для разделения фракций с большой (> 30 кД) и малой молекулярной массой. Затем фракцию> 30 кД лиофилизировали в течение 48 часов, после чего рассчитывали выход коллагена. Два метода экстракции коллагена не оказали заметного влияния на предсказания% коллаген.

Библиографический список

Бачинский Г.А. Тафономия антропогеновых и неогеновых местонахождений наземных позвоночных. -К.: Наук. мнение, 1967. - 131 с.

Бредис Н.Ю., Писарев В.Е. Методы неразрушающего диагностики в атрибуции и экспертизе историко-культурных памятников // Вестн. Гос. Акад. руководящих кадров культуры и искусств. - 2005. - № 3. - С. 56-60.

Жмур А.В. Реставрация и консервация археологические ческой кости в полевых условиях: недостатки и преимущества. // Радловские чтения 2006: Тез. докл. - СПб, 2006. - С. 261-265.

Кирьянов А.В. Применение разъемных гипсовых форм при археологических раскопках // КСИ-ИМК. - 1953. - Вып. XLIX. - С. 139-142.

Крахмальную Т.В., Кепин Д.В. экспонирования палеоприродной наследия четвертичного периода // Труды Центра памятниковедения. - 2010. - Вып. 17. -С. 135-150.

Крумбигель Г., Вальтер Х. Ископаемые (сбор, препарирование, определение, использование). - М.: Мир, 1980. - 334 с.

Кузнецов В.В., Бирюков М.Д. применение зубопротезных материалов для снятия копий с палеозоологических объектов // Палеонтологический журнал. - 1969. - № 3. - С. 134-135.

Мацуй В.М., Моськина А.Д. Метод послойных сборов остатков мелких позвоночных для биостратиграфического расчленения континентальных отложений позднего кайнозоя // Методика палеонтологических и литологических исследований. - М., 1989. -С. 36-43.

Никитин М.К., Мельникова Е.П. Химия в реставрации: Справочное пособие. - Л.: Химия, 1990. - 304 с.

Румянцев Е.А. Применение синтетических смол для закрепления и консервации древних предметов при археологических работах // Тр. ГИМАН армянской ССР. - 1959. - № 5. - С. 159-202.

Шевченко А.И. Методика биостратиграфических исследований // Методические рекомендации по изучению плиоцен-четвертичных опорных разрезов в рамках международной программы геологической корреляции. -М., 1981. - С. 7-14.

Просмотров работы: 148