Научные сотрудники ИЭА РАН научились определять пол и возраст костных останков

Научные сотрудники Центра физической и визуальной антропологии ИЭА РАН Стефания Дзини и Никита Хохлов с помощью ИК Фурье-спектроскопии научились определять пол и возраст костных останков.

Изучение костных останков – это сложная и увлекательная задача, стоящая на стыке многих научных дисциплин.  Антропологи, археологи, геологи, экологи и палеопатологи – все они используют информацию, извлеченную из останков древних людей, для реконструкции прошлого.  Современные методы исследования далеко ушли от традиционных визуальных осмотров и антропометрических измерений.  Сегодня, для получения всесторонней картины, ученые применяют широкий спектр аналитических техник, предоставляющих беспрецедентный уровень детализации.

Среди наиболее информативных методов можно выделить инфракрасную фурье-спектроскопию (ИК Фурье), рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) и различные виды хроматографии (газовая, жидкостная, ионная).  ИК Фурье-спектроскопия, например, позволяет анализировать молекулярный состав костной ткани, что открывает новые возможности для определения пола и возраста индивида.  Принцип метода основан на измерении поглощения инфракрасного излучения различными функциональными группами молекул, входящих в состав кости, прежде всего, гидроксиапатита и коллагена.

Гидроксиапатит, основной минеральный компонент костной ткани, характеризуется специфическими полосами поглощения в ИК-спектре, связанными с колебаниями фосфатных групп.  Эти полосы предоставляют информацию о степени минерализации кости, которая может коррелировать с возрастом.  Коллаген, органическая матрица кости, также оставляет свой отпечаток в ИК-спектре.  В частности, полосы поглощения амидных групп (Амид А, Амид I, Амид II) информативны для оценки степени деградации коллагена, которая также связана со старением.  Более того, тонкие различия в форме и интенсивности этих полос, особенно в диапазоне Амид I (1600-1700 см⁻¹), позволяют различать костные останки мужского и женского пола.

Наши исследования показали, что ИК-спектры костей женского пола демонстрируют более плавные и менее резкие пики в области амидных группировок, чем спектры костей мужского пола. Это может быть связано с различиями в структуре и плотности коллагеновых волокон, обусловленными гормональными факторами.  Разработанный нами алгоритм анализа ИК-спектров позволяет количественно оценить эти различия и с высокой степенью точности определить пол.  Этот алгоритм базируется на анализе нескольких параметров, таких как отношение интенсивности пиков Амид I и Амид II, ширина пиков, и наличие дополнительных полос поглощения.

Определение возраста по ИК-спектрам осуществляется на основе соотношения интенсивности полос поглощения гидроксиапатита и коллагена.  С возрастом происходит постепенная деградация коллагена, что приводит к уменьшению интенсивности соответствующих полос поглощения.  Одновременно, может наблюдаться изменение степени минерализации кости, отражающееся в изменениях интенсивности полос гидроксиапатита.

В дополнение к ИК Фурье-спектроскопии, рентгенофлуоресцентный анализ позволяет определить элементный состав костной ткани, что может дать информацию о диете, окружающей среде и наличии некоторых заболеваний.  Хроматографические методы, в свою очередь, позволяют идентифицировать различные органические соединения, сохранившиеся в костях, например, остатки лекарственных препаратов или метаболитов, что может пролить свет на образ жизни и состояние здоровья исследуемых людей.

Важно отметить, что все эти методы являются взаимодополняющими.  Комбинация ИК Фурье-спектроскопии, РФА и хроматографических методов позволяет создать максимально полную и объективную картину жизни и смерти исследуемого индивида, существенно расширяя возможности исторических, археологических и антропологических исследований.  Дальнейшее развитие этих методов и разработка новых алгоритмов обработки данных позволят еще более точно и детально реконструировать историю человечества, используя бесценный источник информации, скрытый в костных останках наших предков.

Напомним, ранее научные сотрудники Центра визуальной и физической антропологии ИЭА РАН Никита Хохлов и Стефания Дзини презентовали новое оборудование. С помощью него можно проводить количественный и качественный анализ содержания металлов в грунтах, керамике, костном материале, а также в изделиях из металла (украшения, монеты и т.д.).