Новые данные о вымирании мамонтов

Новые данные о вымирании мамонтов

Находки в самых северных частях России и Канады дают новую картину вымирания мамонтов

Когда ушли последние мамонты? В каком месте Земли? Представления и общеизвестные данные об этом меняются с открытиями. И сегодня назревает новый ответ. Его поиски уже начались.

Фото: De Agostini / Getty Images

Краткая история мамонта

Около 5 млн лет назад, в начале геологической эпохи плиоцен, на Земле появились мамонты. Род мамонтов (Mammuthus) входит в семейство слоновых (Elephantidae) отряда хоботных (Proboscidea). Возникнув в саваннах Восточной Африки, мамонты оставались преимущественно жителями степей. Обширное пространство степей разных видов, хорошо проходимых и продуктивных кормами, и лесостепью на краях способствовало многообразию видов и территориальному движению мамонтов. 3 млн лет назад они вышли за материнскую Африку, освоив степные ландшафты Евразии от Европы до Китая. В просторах нового материка эволюция мамонтов ускорилась.

2 млн лет назад по евразийской степи бродил древний архидискодон, или южный слон, сейчас называемый южным мамонтом (Мammuthus meridionalis). Спустя полмиллиона лет степи заселил его потомок, гигантский степной трогонтериевый мамонт (Mammuthus trogontherii). Пройдя на Аляску по суше Берингии, он открыл для мамонтов третий материк — Северную Америку. Потомки его освоили разные ландшафты и климатические зоны, дав несколько видов. Среди них — гигант императорский мамонт (Mammuthus imperator), мамонт Колумба (Mammuthus columbi) и возникший на островах Чаннел у Калифорнии карликовый мамонт эксилис (Mammuthus exilis).

Эволюционно последним на Земле стал шерстистый мамонт, Mammuthus primigenius (Blumenbach, 1799). Он возник в ходе акклиматизации трогонтериевых мамонтов, 800 тыс. лет назад пришедших в холодные степи у Северного ледника, символа ледниковой эпохи, плейстоцена. Появившись около 450 тыс. лет назад, шерстистый мамонт проник в Северную Америку, откуда 300 тыс. лет назад провел реконкисту Азии, снова расселившись на запад и позже заместив начальную азиатскую форму.

Имя примигениуса вышло парадоксальным. Название животного на латыни включает род (с большой буквы), Mammuthus, и вид. Видовое primigenius происходит от слов primus — первый и gigno — рождать. То есть первородный, первобытный. Хотя это, наоборот, последний из видов мамонтов. Но во время немецкого ученого Иоганна Фридриха Блюменбаха, научно описавшего шерстистого мамонта в 1799 году, не было известно ни эволюционного дерева мамонтов, ни более древних видов.

Примигениус нес типичные признаки рода мамонтов. Длинные бивни на массивной голове закручивались мамонтовым штопором. Высокий затылок дополнялся таким же высоким горбом. Не гигант среди мамонтов, да, но зверь все равно был велик, высотой в холке до 3,5 м и массой до 8 т. Обитатель сурового Севера, шерстистый мамонт имел маленькие уши, небольшой хобот и длинную, до метра, шерсть.

Поздние люди жили одновременно с мамонтами, точнее сказать, с одним видом мамонта — примигениусом. На мамонтов охотились еще неандертальцы. Для их европейской популяции мамонт, возможно, даже был основным объектом охоты. Интенсивную добычу мамонтов начал наш вид в верхнем палеолите, 40–30 тыс. лет назад. Груды костей мамонтов лежали на позднепалеолитических стоянках. В Костёнках (Воронежская область, 45–38 тыс. лет) из костей мамонта делали жилища. На стенах пещер в Европе найдены многие рисунки мамонтов и сцен охоты на них. Некоторые культуры, как граветтская (Европа, 28–21 тыс. лет), специализировались на мамонтах. Массу порезов на костях можно отнести к разделке павших животных. Но множество каменных и костяных наконечников, застрявших в костях мамонта, говорят именно об охоте.

Специализация на мамонтах научила охотников расщеплять бивни, вырезая из них длинные полосы. Их распрямляли долгим вымачиванием и расклиниванием и изготовляли ровные двухметровые копья, как в погребении в Сунгире (Владимирская область, 34–30 тыс. лет). Технологию распрямления полос восстановили в экспериментах на реальных бивнях мамонта (Хлопачев Г. А., Гиря Е. Ю.).

И позже, после вымирания мамонтов, северные культуры использовали их бивни. На острове Жохова (Новосибирские острова) найдено много массивных заостренных обрубков бивня, так называемые колобахи. Их применяли как огромные мотыги, вероятно, для разбивания льда или для других целей.

Мелкая терка из эмалевых пластин на жевательной поверхности зуба мамонта, предназначенная для растирания зерен злаковых тундростепи. Образец с реки Юрибей, Ямал. Оценочный возраст — около 20 тыс. лет

Фото: Николай Цыгикало

Способы охоты на мамонтов мы не рассматриваем, потому что есть много гипотез об этом и, вероятно, были разные методы охоты у разных культур. Но расхожий штамп об огромной ловчей яме, прикрытой сверху ветками, конечно, не имеет никакого отношения к реальности. Вырыть такую яму в вечномерзлом грунте, часто твердом как бетон, невозможно без бурения и изрядного запаса взрывчатки. Веток для покрытия ямы в тундростепи нет; да и увидев столь странный объект, мамонт вряд ли ступил бы на непонятное пятно.

Много тысяч лет назад мамонты исчезли в европейской части материка, а позже стал сжиматься к северу и оставшийся ареал обитания. Мамонт перестал занимать в жизни человека то огромное значение, какое имел раньше. И позже полностью исчез из памяти людей. Лишь северные народы, видевшие иногда останки мамонтов, создали его размытый образ в сказках и мифах.

И только двести лет назад мамонт был переоткрыт заново, вызвав бурю интереса. Сначала реконструкции его скелета содержали ошибки, бивни крепились неверно, концами в стороны и назад. По мере новых находок, которые теперь тщательно сохранялись и изучались, росли знания о шерстистом мамонте, его строении, питании и жизни. Это усиливало интерес к мамонтам, чей образ стал главным символом ледниковой эпохи.

Очень интересным стало и исчезновение шерстистого мамонта. Изменения климата были главным фактором? Смена ландшафтов и кормовых баз, связанных с климатом? Охота людей, добившая исчезающих мамонтов? В какой доле и взаимосвязи работали эти причины? Когда и где жили последние мамонты Земли? История поиска ответа на этот вопрос похожа на приключенческую повесть, с внезапными открытиями и сенсациями. Самое удивительное, что надежного ответа до сих пор нет. Он, казалось, не раз появлялся — и опровергался новыми открытиями. Именно такая ситуация сложилась и сейчас, в очередной раз, в связи с совсем свежими, конца 2021 года, данными.

Выслеживание мамонтов из сегодняшнего дня

Как узнать, водились ли мамонты в этой местности? И как давно? Для этого надо найти останки мамонта. А потом определить их геологический возраст. Но оба шага не так просты, как кажутся на первый взгляд.

Огромная плоская выемка, похожая на неровную гигантскую чашу, размером много больше футбольного поля, наклонно разлеглась от русла реки до высокого края тундры. Она покрыта оврагами и залита серой грязью, где жидкой, где насыщенной камнями, как незастывший бетон. Сапоги скользят в холодной чавкающей массе, покрываясь белым налетом ледниковой муки. Это термоцирк — огромная проталина в вечномерзлых льдах, углубляемая летним солнцем.

В десятилетиями сползающей вниз жиже попадаются куски древнего дерева и кости. Вид животного предстоит определить по их форме и размерам. Находки достают из серой грязи и несут в лагерь, где отмывают и рассматривают. Бывают простые случаи: из склона торчат бивни с частью черепа. Тогда с ходу понятно, что это мамонт. Или лежит на грунте характерный, не спутаешь, зуб мамонта, бивень или гигантская бедренная кость.

Так находят макроостаток — зримый и годный к морфологическому (по форме и виду) определению образец. Из визуального изучения и промеров ясно, что перед нами остаток мамонта. Это называется полевой образец, добытый «в поле». Находка фиксируется и описывается, привязывается к точке местности и к слоям отложений. Образец получает свой полевой номер для идентификации.

От полевого образца отпиливается кусочек для дальнейшей работы в лабораторных условиях — лабораторный образец. Из него можно взять образцы ДНК, но нас интересует датировка. Радиоуглеродный метод, широко применяемый для шерстистого мамонта.

В атмосфере Земли все время образуется радиоактивный углерод 14С. Радиоактивность означает постоянный постепенный распад. Непрерывное образование и распадение 14С создают его почти неизменную, везде одну и ту же долю в углероде окружающей нас среды. И в растениях, связывающих углерод из атмосферы, и во всех организмах, потребляющих эти растения и другие организмы.

Когда организм перестанет потреблять углерод и умрет, поступление 14С в его ткани прекращается. А оставшийся продолжает распадаться, снижая долю в углероде мертвых тканей. Так включаются часы, отсчитывающие с момента смерти убывание 14С. Остаток 14С связан со временем хорошо известным законом распада, на который не действует ничто. Остается определить оставшуюся долю 14С в образце и узнать время, прошедшее со смерти образца.

Взяв с местности кость животного, можно установить по ней мамонта. А по радиоуглеродной датировке кости узнать, как давно он здесь жил. Самый поздний образец будет последним известным нам мамонтом, жившим тут. Время его смерти станет временем вымирания этой популяции.

Так в ХХ веке узнали время вымирания. Мамонты Бёрёлёхского местонахождения в Якутии жили 12–14 тыс. лет назад, из Севского местонахождения — последние мамонты Русской равнины, 13,5 тыс. лет назад. Моложе 10 тыс. лет мамонтов не нашли, что определило время их вымирания границей 11–12 тыс. лет. То есть мамонты вымерли примерно на границе плейстоцена и голоцена. Этот финал мамонтов вошел в учебники и стал общепризнанным. Пока вдруг...

Открытие на острове Врангеля, или Мамонты времен Хаммурапи

Пока на остров Врангеля в конце 1980-х не прибыл молодой палеоклиматолог Сергей Вартанян. Он проводил полевые экспедиционные работы, заодно собирая остатки мамонтов — зубы, кости и бивни. Некоторые зубы были небольшими, показывая некрупность местных мамонтов. Так бывало иногда с поздними популяциями — те же бёрёлёхские мамонты достигали 1,8–2,3 м в холке; севские мамонты не превышали 2,2 м, что для мамонтов немного.

Сборы мамонтов с острова Врангеля отправились на радиоуглеродную датировку. Результаты огорчили несуразностью: даты вышли 7, 5, 4 тыс. лет назад. Видно, что-то не так было с датировкой. В то время для радиоуглеродного метода еще не применялась AMS, ускорительная масс-спектрометрия, требующая для работы десятой доли грамма вещества. В классическом методе из лабораторного образца отгоняют фенолы, затем поступающие в установку для подсчета оставшегося в них радиоуглерода. Может, установку не полностью очистили от предыдущих фенолов молодых голоценовых образцов (а чистка установки — процесс не быстрый)? Тогда образцы острова Врангеля могли загрязниться этими голоценовыми фенолами, которые и омолодили даты мамонтов острова Врангеля до середины голоцена.

Мелкая терка из эмалевых пластин на жевательной поверхности зуба мамонта, предназначенная для растирания зерен злаковых тундростепи. Образец с реки Юрибей, Ямал. Оценочный возраст — около 20 тыс. лет. Фото автора

Но повторные датировки, проведенные со всей тщательностью, и новые образцы, собранные на острове, показали верность голоценовых дат. Самый молодой образец (тип образца — зуб мамонта, полевой номер ОХ-16, лабораторный индекс Ua-13366) дал радиоуглеродный возраст 3685 +/- 60 лет. К нему примыкали даты 3730 +/- 40 лет, 3905 +/- 47 лет, 3920 +/- 30 лет, 4010 +/- 50 лет и т. д.

Сомнения отпали: открыта голоценовая, послеледниковая популяция мамонтов, живших в историческое время человека. Они застали строительство пирамиды Хеопса и Сфинкса, походы Саргона Древнего, ранний Кносский дворец и правление Хаммурапи.

Это стало настоящей научной сенсацией. В 1993 году результаты датировок мамонтов острова Врангеля опубликованы в Nature и получили признание мировой науки. С. Вартанян с коллегами (В. Е. Гарутт, А. О. Аверьянов) выделили последних мамонтов Земли в отдельный врангелевский подвид, Mammuthus primigenius vrangeliensis. Выделение подвида всегда привлекательно с точки зрения весомости научного открытия и престижа ученого. Для такого шага нужны достаточные основания, отличия от остального вида. И у врангелевских мамонтов они были.

Не островная и не карликовость

Остров Врангеля отделен от Северной Чукотки проливом Лонга шириной 150 км. Глубины его невелики: в ледниковую эпоху здесь лежала единая с материком суша, а нынешний остров был пологим горным поднятием посреди равнины. На ней обитали мамонты, заходя и на поднятие. Даты ранних мамонтов на острове дают возраст 38375, 33000, 22400, 18030 лет (погрешность далее опускаем) и др. По размерам костей это были обычные мамонты ледниковой эпохи. Они же плотно отметили частыми датами своих остатков 13-е тысячелетие: 12980, 12750, 12505, 12415, 12010 лет.

Однако с 12 до 9 тыс. лет наступает пауза — остатков мамонтов за этот период не найдено. Очевидно, мамонтов на острове в эту паузу не было. Иначе не объяснить полное «выключение» частой цепи предыдущих остатков.

А с 9 тыс. лет назад даты возобновляются с прежней частотой — 8980, 8870, 8850, 8710, 8640, 8445 лет. На остров снова пришли мамонты. Но уже другие. Низкорослые пришельцы несли в небольших челюстях уменьшенные зубы, с маленькой шириной зуба и большой частотой эмалевых зубных пластин. Они прожили на острове чуть больше 5 тыс. лет до своего вымирания.

Вопреки широко расхожим, но неверным штампам, эта популяция вовсе не была примером пресловутой островной карликовости. В начале, в 1993 году, в Nature они названы карликовыми. Но по мере сбора нового фактического материала размеры стали корректироваться в сторону увеличения, а картина островной карликовости отменяется как неверная.

Во-первых, до карликовости их малорослость не дотягивала: мамонты острова Врангеля достигали 1,8–2 м высоты в холке. Тогда как настоящие карликовые мамонты куда меньше: Mammuthus lamarmorae с Сардинии ростом 1,4 м; карликовый Mammuthus exilis с высотой 1,2 м; критский Mammuthus creticus, самый мелкий известный мамонт, едва превышал метр. Вот это действительно примеры островной карликовости.

Во-вторых, карликовость в этих примерах развилась на островах их обитания — Сардинии, Чаннел, Крите. Это прослежено в уменьшении животных во время их островного периода. Чего никак нельзя сказать о шерстистых островитянах Врангеля: популяция пришла уже низкорослой и не показала уменьшения размеров в найденных остатках. Возможно, медленно размножающимся мамонтам просто не хватило отведенных 5 тыс. лет. Как пишет в своей диссертационной монографии С. Л. Вартанян, «собранная коллекция зубов, отнесенных к голоцену, не дает возможности проследить тенденцию мамонтов к измельчанию; создается впечатление, что в голоцене на остров попала и была там изолирована уже сложившаяся популяция мелких мамонтов» (Сергей Вартанян, «Остров Врангеля в конце четвертичного периода: геология и палеогеография», стр. 104, С-Петербург, 2007).

Последний рефугиум. Или не последний?

Мамонты нашли на острове свое последнее убежище. Здесь сохранялись тундростепи, где мамонты тысячелетиями кормились и продолжали жизнь популяции. Такое место, вмещающее маленькие ареалы реликтовых видов, называют рефугиум, от английского refuge — убежище, островок безопасности, пристанище. Остров Врангеля стал рефугиумом для последних мамонтов Земли. К сожалению, слишком небольшим, чтобы сохранить их до наших дней.

Численность врангелевцев оценивается в 500–300 особей. Хотя пищи для стольких животных хватало, было недостаточным генетическое разнообразие. За тысячи лет в малой общине началось накопление последствий инбридинга — близкородственного скрещивания. Вредные мутации в этих условиях не отбраковывались отбором, а сохранялись и накапливались в геноме. Генетическое изучение популяции показывает утерю и функциональное выключение ряда хромосомных участков. Одни нарушения привели к ослаблению работы желудочно-кишечного тракта, другие — к снижению обоняния. Из-за этого самцам было труднее найти самок; добавилось и снижение фертильности. Ослабел шерстяной покров. Накопились и другие негативные эффекты.

Тем не менее исчезли врангелевские мамонты не постепенно, плавно уменьшая ряды. Частота находок последнего тысячелетия их жизни говорит о стабильности численности. Вымирание популяции произошло быстро и резко. Возможно, так лавинообразно проявилась сумма генетических отклонений. Или случилась череда суровых зим, вызвавших долгий голод ослабленных животных. Или болезнь, быстро скосившая последних мамонтов. Возможно, причины действовали в комплексе, что и привело к опустению рефугиума острова Врангеля около 3700 лет назад.

Позже были найдены другие островные рефугиумы. Остров Святого Павла из островов Прибылова в Беринговом море вместил голоценовую популяцию мамонтов, вымершую 5600 лет назад. Возможно, были и материковые рефугиумы, где среда обитания мамонтов сохранялась до середины голоцена или позже. Голоценовое потепление не уничтожило разом все тундростепи, пригодные для мамонтов; достаточно обширные, они тянулись через оба материка, Евразию и Америку. Деградация тундростепи шла по-разному, местами замедляясь или останавливаясь. Широкий ареал мамонтового макростада сокращался неравномерно, дробясь на фрагменты и островки. В них мамонты могли сохраняться несколько голоценовых тысячелетий.

Так кто же был последним?

И подтвердили это принципиально новые методы обнаружения мамонтов. Их разработка в последние годы дала ошеломляющие результаты. Новый сигнал о голоценовых мамонтах принесла генетика, точнее, развитие технологий секвенирования ДНК.

Молекула ДНК, где хранится вся информация об организме, огромна и составлена из миллиардов нуклеотидов, чередованием которых и закодирована информация. ДНК есть почти в любых клетках живого организма. С течением тысяч лет связи в молекуле ДНК рвутся, она дробится на все более мелкие обрывки. Специальные методы позволяют восстановить правильную последовательность нуклеотидов и прочесть информацию о живом организме. Это называется секвенирование, от латинского sequentum — последовательность. Методы секвенирования нового поколения позволяют прочесть информацию сразу многих участков одновременно, прочитывая ДНК в большом или полном объеме. Из миллионов обрывков ДНК стало возможным прочесть всю информацию о животном.

Где взять эти миллионы обрывков ДНК? Они есть в макрообразцах — например, в кости. Но животное оставляет ДНК не только в останках. Всю свою жизнь оно разбрасывает ДНК на своем пути, ежедневно и ежечасно. Мамонт оставлял ДНК в отделившихся клетках в помете, в слюне, капавшей при кормежке, в частичках кожи со стоп, в частицах бивня, стиравшихся при раскапывании корма из-под снега, в шерсти, крови и других выделениях. Сотни и тысячи километров, которые мамонт проходил за жизнь, он засеивал своей ДНК.

Клетки с ДНК оседали на грунт и почву, которая с веками покрывалась новым осадком и становилась палеопочвой. ДНК в ней постепенно распадалась на миллионы обрывков, ожидая появления методов секвенирования нового поколения. А гумусные вещества и мелкие растительные остатки, почвенная органика, несут достаточно углерода, чтобы определить радиоуглеродный возраст палеопочвы.

Эти два компонента стали базой нового метода поиска животных и определения времени их обитания. Метод выявляет биоценозы, сложившиеся на этих почвах. Секвенирование нового поколения находит сразу многих животных, обитавших там,— мамонтов, носорогов, оленей, волков, зайцев, песцов, мышей и всех, кого удается выявить в силу обильности остатков их ДНК в образце.

Взяв несколько образцов палеопочвы разного времени с одной площадки, можно определить самый поздний образец с ДНК животного и время, после которого ДНК уже нет в этом месте. Это будет время последнего появления, или в англоязычной литературе — LAD, last appearance date, дата последнего появления. Время вымирания вида в данной местности.

Большие исследования образцов палеопочв провела группа специалистов, возглавляемая известным датским биологом Эске Виллерслёвом (Eske Willerslev). 535 образцов палеопочв были отобраны на 74 точках приполярных зон Евразии и Северной Америки. Результаты опубликованы в Nature в октябре 2021 года.

Выводы оказались поразительными. Дата последнего появления мамонтов на Таймыре оказалась всего 3900 +/- 200 лет назад. Что лишь на 200 лет позже последнего мамонта острова Врангеля! Но и погрешность даты тоже 200 лет, то есть эта разница становится технической, условной. Популяции на Таймыре и острове Врангеля жили и исчезли в одно время. Что ставит под вопрос статус врангелевцев как последних из могикан. Выходит, на материке действительно сохранялись рефугиумы, которые мы предполагали выше. А ведь площадь материка на много порядков больше островных рефугиумов. И на таких пространствах могут найтись другие голоценовые популяции мамонтов.

В декабре в Nature вышла статья «Collapse of the mammoth-steppe in central Yukon as revealed by ancient environmental DNA» об исследованиях на севере Канады. Эта работа другой группы ученых, в результате чего в Центральном Юконе обнаружен ДНК-сигнал мамонтов в палеопочвах возраста 5700 лет. То есть установлено существование канадской голоценовой популяции мамонтов.

Результаты этих исследований коренным образом меняют наши представления о времени и месте исчезновения последних мамонтов. Всего за полвека финальная точка мамонтов сместилась с материковых 11–12 тыс. лет назад до островных 3700 лет назад, а сейчас снова дополнилась материковыми точками. Стало ясно, что окончательные выводы о моменте и месте исчезновения последних мамонтов делать рано. Ведь исследования палеопочв новыми методами продолжатся и с большой вероятностью принесут новые сигналы голоценовых мамонтов, возможно, и еще более поздних. И последние из могикан мамонтового племени, вероятно, только ждут своего открытия. А финальная глава в истории мамонтов явно будет захватывающе интересной.