Спелео

Тропою Ефремова

У истоков тафономии

Почти каждый скажет, кто написал "Туманность Андромеды" и "Лезвие бритвы", "Таис Афинскую" и "Час Быка", но вот автора монографии "Тафономия и геологическая летопись" назовут немногие. А между тем все они принадлежат одному человеку - палеонтологу Ивану Антоновичу Ефремову, в жизни которого явь тридцати экспедиций в Зауралье и пустыню Гоби, степи Оренбуржья и дебри дальневосточной тайги переплелась с научным вымыслом земных и космических путешествий.

И. А. Ефремов был первооткрывателем гигантских кладбищ динозавров. Их раскопки привели к выводу, что образование местонахождений позвоночных - не "одноразовый акт", а сложный процесс, состоящий из трех последовательных этапов: накопления костных остатков, их захоронения и фоссилизации (окаменения). Каждый из них может осуществляться по-разному.

Так, например, костные остатки могут накапливаться в результате жизнедеятельности наземных животных (включая человека) и птиц, работы поверхностных и подземных вод, "сортирующих" кости по размеру и форме; обвалов и других геологических процессов. Захоронение костей также может происходить по-разному: в логове волка или в лессовой толще, под песчаным завалом и во многолетней мерзлоте. Сохранность костей зависит от условий фоссилизации. Органическая костная ткань или разлагается, что через несколько десятилетий приводит к исчезновению костей, или замещается неорганическим веществом: кальцитом, апатитом, кремнеземом, окислами железа и пр.

Если на всех этих этапах условия для сохранения костей были благоприятными, формируются местонахождения, среди которых принято выделять водораздельный, речной, прибрежноморской, болотный, битумный и пещерный типы. Пещерный тафономический тип был выделен на основании палеонтологических раскопок, которые обычно проводились только в навесах и привходовых частях пещер.

В 1960 г. в шахтном отряде Комплексной карстовой экспедиции появился невысокий худощавый юноша, аспирант Института зоологии АН Украины Г. Бачинский. Он счастливо сочетал в себе глубокие специальные знания и энтузиазм спелеолога.

С его приходом редкие находки костей из карстовых полостей Крыма "заговорили". Он безошибочно классифицировал их, называя не только саму кость (плюсна, предплюсна и т. д.), но и животное, которому она принадлежала. Скоро Георгий полностью акклиматизировался в Крыму, и положение изменилось: он не просто определял случайные находки, но, опираясь на учение Ефремова, прогнозировал, где их можно встретить.

"Ну-ка, Саша, копни",- говорил он нашему коллектору, воспитаннику археологического кружка Малой Академии Наук Александру Ларионову. Саша копал, и из-под покрытого глиной натека появлялся череп пещерного медведя или лопатка пещерного льва...

Несколько лет напряженной работы в пещерах Крыма, Подолии, Карпат дали результат. В пещерном типе местонахождений удалось выделить тафономические фации гротов и навесов, горизонтальных пещер, пещер со входами в обрывах, вертикальных колодцев и шахт.

Бачинский успешно защитил кандидатскую диссертацию, хвалебный отзыв на которую дал сам И. А. Ефремов. А мы зачитывались у костра рукописью романа "Лезвие бритвы", которую он подарил соискателю с теплой надписью. Так мы оказались на "тропе Ефремова", с которой не сходим уже пятый десяток лет.

Костный материал, собранный в пещерах, дает очень богатую и разнообразную информацию. По набору костей можно установить количество и видовой состав особей, которым они принадлежат; воссоздать фаунистический комплекс, который образуют эти особи, а по нему - определить климат того времени.

Характер костных остатков (целые, раздробленные, обожженные, окатанные и пр.) говорит о том, как формировалось местонахождение, а наличие остатков жизнедеятельности человека или животных - как использовалась пещера; разрозненные находки ориентированных трубчатых костей говорят о направлении и силе подземного потока; наконец, находки костей животных часто дополняют представления археологов о жизни первобытного человека, его знаниях, умениях и психологии.

Свидетельство о смерти

Совместные работы биологов и спелеологов позволяют заполнить почти все строки этого неприятного, но неизбежного для всего живого документа. Вместо фамилии и имени указываются род и вид животного (например - пещерный медведь, Spelaearctos spelaeus Ros), вместо города - название пещеры и ее элемент (Красная пещера, 5 этаж), вместо причин смерти - сведения о количестве костей (50) и особей, которым они принадлежали (3). Анализ этих материалов позволяет предположить, что смерть вызвало внезапное подтопление берлоги с тремя особями медведей разного возраста (именно в режиме подтопления работает сегодня обычно сухой 2-й этаж пещеры). Остается незаполненной одна графа: время смерти...

Довольно точный ответ на этот вопрос дает палеогеография - наука, занимающаяся воссозданием физико-географических условий, существовавших в прошлом на поверхности Земли. Медведь (Ursus arctos) и пещерный медведь (Ursus spelaeus) входят в верхнепалеолитический фаунистический комплекс. Одновозрастны им такие животные, как мамонт, шерстистый носорог, лошадь, бизон, сайга, северный олень, песец, лемминг и пр. Согласно шкале геологического времени это поздний плейстоцен, отстоящий от нас на 120-100 тысяч лет.

Но как быть, если по обломку кости нельзя установить ни "имя", ни "фамилию" животного? Это довольно частая ситуация. Значит ли это, что такая находка, с большим трудом доставленная на поверхность, совершенно бесполезна? Разум специалиста не может примириться с этим. И снова поиски, которые вскоре начали давать первые результаты.

Еще в начале XIX в. был предложен метод определения возраста костей по содержанию в них фтора. Однако, как показали дальнейшие исследования, он дает более или менее надежные результаты для одной местности, только если фоссилизация кости идет с замещением фосфорсодержащим минералом - апатитом. Украинский геолог академик И. Г. Пидопличко в 1957 г. предложил более универсальный метод - прокаливание. Суть его очень проста. При фоссилизации органическая часть костной ткани - коллаген - замещается минеральной. Если прокалить кость, оставшийся незамещенным коллаген сгорит, а заместитель останется. Тогда по убыли веса при прокаливании можно судить о возрасте кости.

Несмотря на кажущуюся простоту метод прокаливания несколько лет не давал стабильных результатов. Вот тут-то и пригодилось двойное, геологическое и биологическое, образование Г. А. Бачинского. Собрав из пещерных местонахождений Украины десятки тысяч костей разного возраста, он занялся их лабораторной обработкой. Оказалось, что для надежной возрастной датировки костей в интервале от мэотиса до голоцена можно использовать три независимых метода: определение показателя двупреломления слагающих кость минералов (N_m, меняется от 1,608 до 1,565), плотности (g, меняется от 2,94 до 2,12 г/см³) и показателя прокаливания при 100-400 °С (К_п, меняется от 2,9 до 24,0%). Совместное применение этих методов, по возможности дополняемое фторовым методом, дает почти стопроцентную уверенность в результате.

Что же дают эти данные спелеологу? Он получает возможность датировать костные находки из разных частей пещеры. Поясним это на примере вскрытой пещеры Геофизическая на Ай-Петринском массиве в Крыму. Она состоит из входной шахты, горизонтального хода, трех внутренних колодцев глубиной 15-20 м и системы ходов на дне одного из них (рис. 73). В пещере в четырех местах найдены кости разных животных. Кости первой группы имеют только голоценовый возраст (К_п 23,7); второй и третьей - в основном среднеплейстоценовый (К_п 17,9); четвертой - позднеплиоценовый (К_п 3,8). Совместный анализ морфологии пещеры, взаимоотношений поверхностных карстовых форм и подземных отложений, положения костных остатков и их возраста позволяет восстановить историю формирования системы (римские цифры на рисунке).

Первой в допозднеплиоценовое время заложилась горизонтальная галерея (I), которая должна иметь продолжение за глыбовым завалом (II); затем в раннем-среднем плейстоцене за счет последовательного поглощения стока образовались внутренние колодцы (II, III, IV); а при формировании коррозионной карстовой воронки в среднем-позднем плейстоцене (V) образовался огромный шестиметровый сталактит в своде колодца (VI); наконец, в позднем плейстоцене или в самом начале голоцена над куполом в своде галереи возникла провальная входная шахта (VI), через которую начал поступать голоценовый костный материал. Немного позже эту схему удалось подтвердить геофизическими методами - было прослежено недоступное продолжение галереи, а в 330-метровом южнобережном обрыве пройдена Мисхорская пещера.

Однако коллаген и сегодня раскрыл не все свои тайны. Его крупная белковая молекула может накапливать в себе дефекты. При изучении "жесткости" коллагена методом ЯМР (ядерно-магнитного резонанса) выяснилось, что его структурные особенности зависят от возраста. На примере костей крыс, быков и человека установлено, что с возрастом температура плавления гидратов коллагена снижается с 40 до 5 °С. Возможно, скоро будет предложен метод, позволяющий по обломку кости определять не только время смерти животного, но возраст особи, в котором она погибла.

Медведь - домашнее животное?

Из короткой статьи в энциклопедии можно узнать немного: пещерный медведь - род вымерших медведей; пещерные медведи в плейстоцене обитали в лесистых местностях и на открытых равнинах Евразии, часто - в пещерах; по строению скелета они близки к бурому медведю... В романе Ж. Рони "Борьба за огонь" описаны схватки первобытного человека с медведем, их соперничество за владение пещерным домом. Чтобы захватить пещеру, людям приходилось выкуривать зверей дымом, а затем загораживать входы каменными стенами. Пещерные медведи и люди - враги, говорят одни исследователи и в подтверждение ссылаются на череп медведя, в котором глубоко засел каменный топор. Однако в некоторых пещерах Франции, где жили неандертальцы, обнаружены каменные прямоугольные ящики, прикрытые плоскими плитами. В каждом из них лежит несколько черепов пещерного медведя. В пещерах Михнитц и Минерв найдено несколько сотен тысяч аккуратно сложенных черепов пещерного медведя. Может быть, захоронение их останков - это первый культовый обряд человечества?

Не одна страница увлекательных книг Н. Кастере посвящена описанию открытой им в пещере Монтеспан "художественной галереи" с изображениями различных животных. Что заставляло человека создавать эти древнейшие произведения искусства? И почему именно пещерному медведю принадлежит одно из главных мест на этой "выставке"? Врагам не ставят памятников, их портреты не рисуют...

Немецкий зоолог Г. Вендт в увлекательной книге "Я искал Адама" выдвинул смелое предположение: во время похолодания, вызванного оледенением, травы и коренья, которыми в основном питались медведи, стали доступными только два-три месяца в году. Остальное время медведи проводили в пещерах, которые постепенно становились их тюрьмой. Зубы работали мало и у молодых медведей за долгую зиму вырастали так, что смыкали им пасти. На большинстве черепов пещерных медведей последнего периода их существования найдены следы воспаления челюстей. Изменения костной ткани свидетельствуют о том, что животные, обитавшие в сырых пещерах, болели рахитом, артритом, а также актиномикозом - болезнью, которая сейчас поражает овец, коз, коров... Так, может быть, пещерный медведь - не грозный убийца, а мирное травоядное животное? Проводя треть жизни в спячке, он был для неандертальцев чем-то вроде живой кладовой с пищей. Медведя убивали в темном углу пещеры почти так же, как сейчас убивают в хлеву корову или свинью. Отсюда и пошел культ медведя, хранителя племени от зимнего голода, такой же естественный, как земледельческие и скотоводческие культы.

Интересное подтверждение этой гипотезы недавно получено из Южной Америки. В Патагонии обнаружены пещеры с многочисленными костными остатками гигантского ленивца - гринотерия. Часть пещеры, отгороженная каменной стеной, образовала что-то вроде загона. На его полу - толстый слой навоза, а в ближней части пещеры - расщепленные человеческой рукой обугленные кости.

Постепенно пещерный медведь вымер или был истреблен, а его место занял значительно меньший по размерам, но гораздо более подвижный и опасный бурый медведь, культ которого сохранялся среди сибирских племен и лапландцев до конца XIX в. Кости бурых медведей также встречаются в пещерных местонахождениях, но совсем в другой ситуации. Они часты в пещерах-ловушках, куда звери попадали через вертикальные колодцы, гонимые холодом или привлеченные запахом полуразложившихся трупов. Такие пещеры, содержащие кости десятков особей, описаны известными палеозоологами Н. И. Бурчак-Абрамовичем и Н. Д. Оводовым на Бзыбском массиве (Кавказ) и в Сибири.

Предположение Г. Вендта нашло еще одно подтверждение в 90-е гг. Новая методика анализа коллагена костей ископаемых животных, разработанная парижскими учеными, показала высокое содержание в костях пещерных медведей стабильного изотопа С¹³ и пониженное - С¹⁵. Это свидетельствует, что они были вегетарианцами.

В пещерах часты находки не только останков пещерных медведей, но и следов их забав. Еще в 1821 г. палеонтолог Гольдфусс описал в пещерах Франции и Австрии "шлифованные глиняные горки". Медведи забирались на них, часто преодолевая очень узкие ходы, а затем съезжали в небольшое озерко в их основании. Предполагают, что таким образом они боролись с донимавшими их паразитами. Не менее известны следы когтей медведей на стенах пещер, иногда находящиеся на высоте около 2 метров от пола. Но ведь североамериканский медведь-гризли и сегодня так метит деревья в пределах своей охотничьей территории...

Во многих пещерах Евразии находят большое количество костей пещерной гиены - Crocuta spelaea Goldfuss. Этот крупный (высота в холке до 1 м) сильный зверь имел очень мощные зубы. Поэтому костные остатки обычно сильно разрушены и носят характерные следы погрызов. Обилие непереваренной костной ткани в экскрементах гиен приводит к их быстрой фоссилизации с образованием копролитов. Очень большое скопление ископаемых копролитов обнаружено в одесских катакомбах. Одна из штолен этого огромного лабиринта вскрыла древнюю карстовую пещеру, заполненную красно-бурой глиной. Раскопки обнаружили здесь богатейшее местонахождение позвоночных, из которого описаны кости верблюдов, шакалов, лисиц, гиен, мастодонта, страуса, черепах и пр. Обратило на себя внимание и огромное количество копролитов лисиц и гиен. Их изучение позволило И. А. Одинцову выделить новый вид лисицы, восстановить палеогеографические условия формирования местонахождения и... защитить кандидатскую диссертацию.

С одесским местонахождением связана еще одна интересная история. В 1959 г. профессор И. Я. Яцко обнаружил среди костей зубы без эмали, трубчатые кости страуса и кости задних конечностей верблюда со следами обработки (продольные желобки, расколы, округленные сквозные отверстия и пр.). Возраст находок по комплексу фауны определялся как средний-поздний плиоцен; возможность образования повреждений естественным путем или в результате деятельности животных ученый исключал. Отсюда очень осторожный, но однозначный вывод: перед нами результат деятельности прачеловека (в 1959 г. об инопланетянах еще не думали...). Публикация статьи вызвала бурную реакцию. Шумиху в газетах быстро пресекли партийные органы, а вот в ученом мире "круги" расходились долго. Итоги дискуссии по этой и многим подобным находкам подвел в 80-е гг. палеонтолог Н. К. Верещагин. Он привел много примеров, когда деятельность грызунов (дикобразы, сурки, полевки, мыши) приводит к образованию из трубчатых костей "идолов", "амулетов", "флейт". В более крупных костях (лопатки, черепа) возникают округлые отверстия, которые описываются как действие огнестрельного оружия инопланетян или результат хирургической операции эпохи неолита...

Можно много рассказывать об интересных особенностях отдельных пещерных местонахождений. Остановимся только на нескольких из них. В 1958 г. сотрудник Коми филиала АН СССР Б. И. Гуслицер открыл в пещере Медвежья (Печерский Урал) крупное местонахождение позвоночных (более 100 тысяч костей, принадлежащих животным 40 видов, в том числе пещерному медведю, мамонту, волосатому носорогу). Это одна из самых северных пещерных стоянок палеолитического человека. В 1974 г. перуанские археологи обнаружили в пещере Ушку Мачай, на высоте 4 тыс. метров, кости приземистой крепкой лошади и кремневый наконечник. Это самое высокорасположенное местонахождение позвоночных в мире! В 1975 г. французские спелеологи обнаружили в одной из пещер "кладбище животных". Скопление костей имеет протяженность 800 м, среднюю ширину 4 м, а высота его местами достигает 25 метров. До сих пор это уникальное местонахождение полностью не исследовано.

Большинство костных остатков имеет плейстоценовый возраст, не превышающий по разным оценкам 0,7-1,5 млн. лет. Реже встречаются плиоценовые местонахождения (например, Одесское, 2 млн. лет). Но бывают и фантастические находки. К ним относят семейку ящеров-игуанодонов (3 особи) в пещере Авен Берниссарт (Бельгия) и камброзавров (200 тонн костей) в пещере Камбро (Сихотэ-Алинь). Компьютер определил, что камброзавр имел длинную голову с 78 острыми зубами-конусами диаметром у основания 52 см и длиной 84 см. Передвигался он на могучих задних лапах (каждая - 8 т весом), опираясь на 27-метровый хвост... Но ведь динозавры вымерли в первой половине мелового периода, более 120 млн. лет назад. Значит, пещеры, в которых обнаружены кости ящеров, во всяком случае, не моложе... В 1985 г. была сделана еще одна сенсационная находка. В пещере Эмборо (Ю. Англия) обнаружены зубы примитивного млекопитающего - кюнотерия, а также - рептилий-лепидозавров и архозавров, имеющие дорэтский (поздний триас, около 210 миллионов лет назад) возраст. Кюнотерий был насекомоядным животным, ведущим ночной образ жизни.

Так пещеры дают нам информацию о древнейшей жизни на Земле, а палеозоологические находки позволяют уточнить возраст пещер.

Успех рыбака - удача ландшафтоведа

Видовой состав и численность животных из пещерных местонахождений - богатейший материал для палеогеографического анализа, археологических и палеоландшафтных реконструкций.

Костные остатки позволяют восстановить климат и растительность антропогена. Так, например, исследования пещер свидетельствуют, что в периоды оледенений на Русской равнине степная часть и предгорья Крыма служили убежищем для способных к миграции животных. Холод и снег загоняли сюда стада сайгаков, лошадей, ослов, северных оленей; следом за ними проникали сюда песцы, белые куропатки, полярные совы. В эпоху вюрма, 70-15 тысяч лет назад, на широте нынешнего Симферополя был климат арктической тундры. Первобытным охотникам здесь было раздолье! Об этом свидетельствуют находки во многих пещерах зубов мамонтов (Мамонтовая, Караби), костей пещерного медведя и льва, носорога и пещерной гиены (Эгиз-Тинах, Кристальная, Аверкиева, Медвежья и пр.). В конце последнего оледенения лиственные леса расселились из ущелий, заняв холмистые нагорья полуострова. Сменился и состав фауны, находимой в пещерах: здесь появились кабан и косуля, гигантский и благородный олень, дикий кот и рысь (Эмине-Баир, Монастыр-Чокрак, Ени-Сала-11). Еще два-три тысячелетия - и список пополнили свиньи и овцы, козы и собаки (Геофизическая, Кастере, Мира).

Часто палеозоологические находки дают основания говорить о значительном изменении водности рек. Так, в небольших пещерах и гротах на берегах Бельбека обнаружены кости черноморского лосося, вырезуба, рыбца, судака. Луч грудного плавника, найденный в 1952 г. археологом В. Д. Лебедевым, принадлежит сому длиной более 170 см. Такой улов делает честь не только рыбакам позднего палеолита! Очевидно, реки Крыма в это время были значительно более полноводными и имели участки затопляемой поймы. Это подтверждают и находки в палеолитических стоянках Крыма бобров (Чокурча) и птиц-гидрофилов (Аджи-Коба). Находки почти целых скелетов пещерных медведей в ряде пещер Крыма и Кавказа свидетельствуют об их внезапной гибели при затоплении берлоги.

Находки отдельных видов животных позволяют говорить об изменениях конфигурации суши и моря. Если на противоположных берегах крупного водного бассейна существовали одни сухопутные виды, вероятно, их связывали "палеогеографические мосты". Иногда здесь далеко не все ясно: например, Горный Крым по разным видам фауны и флоры обнаруживает связи с Балканами, с Турцией и с Кавказом... Пещерные находки нередко позволяют скорректировать представления палеозоологов. До последнего времени считалось, что на территории бывшего СССР все полуобезьяны и обезьяны (отряд приматов), в миоцене-плиоцене заселявшие Закавказье и Северное Причерноморье, к началу антропогена были вытеснены отсюда или уничтожены. Изучение пещеры Кударо в верховьях Риони показало, что макаки в Центральном Закавказье жили еще в среднем палеолите (200-100 тыс. лет назад).

Очень большое значение имеют костные находки для археологов. В культурном слое палеолитической стоянки Староселье близ Бахчисарая (Крым) обнаружены кости 2 гигантских оленей, 4 шерстистых носорогов, 5 северных оленей, 5 пещерных гиен, 7 благородных оленей, 8 мамонтов, 9 быков, 14 сайгаков, 16 диких лошадей и... 287 диких ослов. Зоологов поразила последняя цифра: ведь дикий осел - быстроногое животное, передвигающееся со скоростью 50-60 км в час! Оказалось, что куэстовый рельеф крымского предгорья создавал идеальные условия для загонной охоты именно на лошадей и ослов, которые и сейчас любят отдыхать "на ветерке", стоя у крутых обрывов. Так совместные усилия спелеологов, зоологов и археологов помогли раскрыть "охотничьи секреты" наших далеких предков.