Минералого-геохимические исследования костного детрита плейстоценовых млекопитающих, включающего древнейший в Северной Евразии сапиенс

V. I. Silaev, D. V. Ponomarev, S. M. Slepchenko, A. A. Bondarev, D. V. Kiselеva, I. V. Smoleva, A. F. Khazov

Аннотация


В целях презентации междисциплинарного научного проекта рассмотрены объекты и методы минералого-геохимических исследований костного детрита плейстоценовых млекопитающих, включающего усть-ишимскую кость древнейшего в Северной Евразии сапиенса. Показано, что в результате последовательного использования оптической, сканирующей электронной и атомно-силовой зондовой микроскопии удается выявить особенности внутреннего строения костей и признаки их прижизненных деформаций. Биоминеральный компонент в них по данным рентгенофлюоресцентного, рентгендифракционного и ИК-спектроскопического методов представлен в различной степени окристаллизованным карбонатапатитом В-типа. Методом ИСП-МС в костях обнаружено 50 эссенциальных и ксенобиотных микроэлементов. Концентрация последних в ископаемых костях превышает кларки для живых наземных животных в тысячи, десятки, иногда сотни тысяч раз, прямо коррелируя со степенью фоссилизации. Определены элементный, аминокислотный и химический групповой состав органического матрикса костей. Установлено, что основным результатом химической деградации коллагена является сокращение роли карбонильных и алифатических групп, что отражает деполимеризацию первичного органического вещества с образованием конденсированных структур. Присутствие последних в наиболее измененных костях диагностировано методом рамановской спектроскопии. Показано, что на основе данных изотопно-геохимических исследований может быть осуществлена реконструкция палеодиет и экологических условий обитания животных.

Ключевые слова


плейстоцен; крупные млекопитающие; костный детрит; оптическая; атомносиловая и сканирующая электронная микроскопия; хроматографический анализ; рентгеновская дифрактометрия; спектроскопия; масс-спектрометрия; палеоэкологические реконструкции

Полный текст:

PDF

Литература


Wikipedia. Internet-encyclopedia. URL http: www.Wikipedia.org

Votyakov S.L., Kiselyova D.V., Shchapova Yu.V., Smirnov N.G., Sadykova N.O. 2009. Phyziko-khemicheskie kharakteristiki iskopaemikh kostnikh ostatkov mlekopitayushchikh i problema otsenki ikh otnositelnogo vozrasta. [Physical and chemical characteristics of fossil bone remains of mammals and the problem of assessment of their relative age] Ch. 2. IK- I radio-spektroskopiya. Ekaterinburg, Goshchitskiy, p. 82. (in Russian)

Guslitser B.I., Liyva A.O. 1972. O vozraste mestonakhozhdeniya ostatkov pleystotsenovikh mlekopitayushchikh i paleoliticheskoy stoyanki Byzovaya na Sredney Pechore [About the age of place of Pleistocene mammals remains and Paleolithic camp Byzovaya at the Middle Pechora]. Izvestiya AN ESSR, 21(3):250–253. (in Russian)

Korago A.A. 1992. Vvedenie v biomineralogiyu [Introduction to biomineralogy]. SPb, Nedra, p. 280. (in Russian)

Kosintsev P.A., Vasilyev S.K. 2009. Fauna krupnykh mlekopitayushchikh pozdnego neopleistotsena Zapadnoy Sibiri [Fauna of the large Late Pleistocene mammals of West Siberia]. Byulleten Komissii po izucheniyu chetvertichnogo perioda. 69:94–105. (in Russian)

Kosintsev P.A., Vorobyov A.A. 2000. Ostatky krupnykh mlekopitayushchikh iz mestorozhdeniya Viasher na Srednem Urale [The remains of large mammals at Viasher site in the Middle Urals]. In Pleistotsenovye i golotsenovye fauny Urala. Chelyabinsk, pp. 105–122. (in Russian)

Kosintsev P.A., Plasteeva N.A., Vasilyev S.K. 2013. Dikie loshadi (Equus (Eguus) S. L.) Zapadnoy Sibiri v golotsene [Wild Horse (Equus (Eguus) SL) of Western Siberia in the Holocene]. Zoologicheskiy zhurnal. 92(9):1107–1116. (in Russian)

Kudryavtseva A.I., Kudryavtsev V.I. 2003. Mineralnyy sostav fossiliy dinozavrov mestorozhdseniya Kolbak-Kiri (Tyva) [The mineral composition of dinosaur fossils of deposit Kolbak-Kyry (Tyva)]. Paleontologicheskiy zhurnal. 4:96–102. (in Russian)

Nikolaev V.I., Barbiery M., Davanzo C., Kuznezova T.V., Longinelli A., Sulergizky L.D., Yakumin P. 2005. Kompleksnye izotopnye issledovaniya mamontov Yakutii [Complex isotopic studies of Yakutian mammoths]. In Kvarter-2005: Materialy IV Vserossiyskogo soveshchaniya po izucheniyu chetvertichnogo perioda. Syktivkar, Geoprint, pp. 295–297. (in Russian)

Ozarovskaya O.V. 2007. Viyavlenie izmenchivosti mineralnogo sostava kostnikh tkaney pri arkheologicheskikh raskopkakh [Study of the variability of mineral composition of bone tissue during archaeological excavations]. In Materialy III Mezhdunarodnogo Simpoziuma “Biokostnye vzaimodeystviya: Zhizn i kamen”. SPb. pp. 134–137. (in Russian)

Poshekhonova O.E. 2011. K srednevekovoy paleontologii Yuzhno-Tayozhnogo PriIrtyshya (po materialam IX–XVIII vekov na territirii Krasnoyarskogo arkheologicheskogo kompleksa) [To the medieval paleontology of the “Southern Tayga” PriIrtyshye (based on sources of IX-XVIII centuries in the Krasnoyarsk archaeological complex)]. Vestnik arkheologii i etnografii, 2(15):152–166. (in Russian)

Ponomarev D.V. 2001. Krupnye mlekopitayushchie evropeiskogo Severo-Vostoka v pozdnem pleystotsene i golotsene. [Large mammals of the European Northeast in the Late Pleistocene and Holocene]. Syktyvkar, KNZ UrO RAN, p. 48. (in Russian)

Ponomarev D.V. 1998. Nekotorye dannye o pleistotsenovikh khobotnykh evropeyskogo Severo-Vostoka [Some data on the Pleistocene Proboscideans of European Northeast]. Syktyvkarskiy paleontologicheskiy sbornik, 3:88–95. (in Russian)

Porucheniya Prezidenta RF po itogam zasedaniya Soveta po nauke i obrazovaniyu 8.12.2014 g. Ofitsialny sayt Prezidenta RF. URL: //kremlin.ru/acts/assignments/orders /47367

Rosanov A.Yu. 1999. Sovremennaya paleontologiya [Modern paleontology]. Sorosovskiy obrasovatelnyy zhurnal. 1:47–55. (in Russian)

Silaev V.I. Ponomarev D.V., Kiseleva D.V., Smoleva I.V., Simakova Yu.S. 2014. Pozdnepleistotsenovye krupnye mlekopitayushchie Timano-Pechorskogo regiona: opyt mineralogo-geokhimicheskogo issledovaniya kostnogo detrita [Large Late Pleistocene mammals of Timan-Pechora region: an experience of mineralogical and geochemical studies of bone detritus]. In Problemy i perspektivy sovremennoy mineralogii (Yushkinskie chteniya-2014). Materialy mineralogicheskogo seminara s mezhdunarodnym uchastiem. Syktyvkar, Geoprint, pp. 195–199. (in Russian)

Smirnov V.I., Votyakov S.L., Sadikova N.O., Kiseleva D.V., Shchapova Yu.V. 2009. Physiko-khimicheskie kharakteristiki iskopaemykh kostnikh ostatkov mlekopitayushchikh i problema otsenki ikh otnositelnogo vozrasta. [Physical and chemical characteristics of mammals fossil bone remains and the problem of assessment of their relative age]. Ch. 1. Termicheskiy i mass-spektroskopicheskiy elementnyy analiz. Yekaterinburg, Goshchitskiy». p. 118. (in Russian)

Sharkov A.A. 2002. Unikalnye mestorozhdeniya urana [Unique uranium deposits]. Priroda. 3:3–12. (in Russian)

Yushkin N.P., Silaev V.I., Garkov V.A., Filippov V.N., Lutoev V.N., Simakova Yu.S. 2013. Mezozoyskie koprolity: mineralogo-geokhimicheskie svoystva i otnoshenie k prognozu fosfatonosnosty [Mesozoic coprolites: mineralogical and geochemical properties and the relationship to the forecast of phosphatiferousness]. In Problemy mineralogii, petrografii i metallogenii. Trudy nauchnikh chteniy pamyati P.N. Chirvinskogo. Perm, Permsk. Univ., 16:26–52. (in Russian)

Yanin B.T. 1983. Osnovy tafonomii. [Fundamentals of taphonomy]. Moskva, Nedra, p. 184. (in Russian)

Bachura, O.P., Kosintsev, P.A. 2007. Late Pleistocene and Holocene small- and large-mammal faunas from the Northern Urals. Quaternary International. 160(1):121–128. doi: 10.1016/j.quaint.2006.09.013

Bence Viola T., Slepchenko S.M., Razhev D., Hublin J.-J. 2014. The morphology of the Ust-Ishim femur. Supplementary Information 3. Nature, 514(7523):11–18. doi: 10.1038/nature13810

Bocherens, H. 2003. Isotopic biogeochemistry and the paleoecology of the mammoth steppe fauna. In Advances in Mammoth research (Proceedings of the Second International Mammoth Conference, Rotterdam, May 16–20 1999). Deinsea, pp. 57–76.

Bocherens H., Billion D., Paton-Mathis M., Bonyean D., Tonssaint M., Mariotti A. 1999. Palaeoenviromental and palaeodietary implications of isotopic biogeochemistry of late interglacial Neandertal and mammal bones in Scladina Cave (Belgium). Journal of Archaeological Science. 26(6):599–607. doi: 10.1006/jasc.1998.0377

Brik A.B. 2010. Magnetic biominerals localized in brain tissue: anomalous properties, possible functional role and synthetic analogues. Ukr. J. Phys. Opt. 11, Suppl.1, pp. 46-61.

doi: 10.3116/16091833/11/2/S46/2010

Harrison R.G., Katzenberg M.A. 2003. Paleodiet studies using stable carbon isotopes from bone apatite and collagen: examples from Southern Ontario and San Nicolas Island, California. J. Anthropolog-ical Archaeology. 22(3):227–244. doi:10.1016/S0278-4165(03)00037-0

Filippo C., Fu Q., Prufer R. 2014. Heterozygositi. Supplementary Information 12. Nature, 514(7523):69–72. doi: 10.1038/nature 13810

Fu Q., Kelso J. 2014. 2014. Mitochondrial Genome Analysis of Ust-Ishim. Supplementary Information 8. Nature, 514(7523):46–50. doi: 10.1038/nature13810

Fu Q., Kelso J. 2014. Neandertal ancestry in Ust-Ishim. Supplementary Information 16. Nature, 514(7523):93–96. doi: 10.1038 /nature13810

Fu Q., Kelso J., Slatkin M., Jay F. 2014. Analysis of inbreeding in Ust-Ishim. Supplementary Information 13. Nature, 514(7523):73–77. doi: 10.1038/nature13810

Fu Q., Kelso J., Reich D. 2014. Relationship of Ust-Ishim to other humans. Supplementary Information 11. Nature, 514(7523):63–68. doi: 10.1038/nature13810

Fu Q., Lаchman M., Paabo S., Kelso J. 2014. Denisovan ancestry in Ust-Jshim. Supplementary Information 17. Nature, 514(7523): 97–102. doi: 10.1038/nature13810

Fu Q., Li Н., Moorjani P., Jay F., Slepchenko S.M., Bondarev A. A., Johnson P.L.F., Aximu-Petri A., Prüfer K., Filippo C., Meyer M., Zwyns N., Salazar-García D.C., Kuzmin Ya.V., Keates S. G., Kosintsev P.A., Razhev D.I., Richards M.P., Peristov N.V., Lachmann M., Douka K., Higham T.F.G., Slatkin M., Hublin J.-J., Reich D., Kelso J., Viola T.B., Pääbo S. 2014. Genome sequence of a 45000-year-old modern human from western Siberia. Nature. 514(7523):445–449. doi: 10.1038/nature13810

Fu Q., Reich D., Kelso J. 2014. Relationship to Present – day Humans inferred from PCA, ADMIXTURE, and TreeMix. Supplementary Information 10. Nature, 514(7523):54–62. doi:0.1038/nature13810

Iacumin P., Bocherens H., Chaix L. 2001. Keratin C and N stable isotope rations of fossil cattle horn from Kerma (Sudan). Quaternario. 14 (1):41–46.

Ikeya M. 1993. New Applications of electron spin resonance. Dating, Dosimetry, Microscopy. World Scientific, Singapore-New Jersey-London-Hong Kong, p. 500.

Keates S. G., Razhev D. I., Slepchenko S. M., Kyzmin Ya. V., Bence Viola T. 2014. Early modern humans in Eurasia. Supplementary Information 2. Nature, 514(7523):19–22. doi: 10.1038/nature13810

Kosintsev P., Danukalova G., Osipova E., Yakovlev A., Alimbekova L., Popova-Lvova M. 2014. Palaeoenviroment of the Late Pleistocene-Holocene interval in the Tanalyk river valley of the Southern Trans-Ural region (Russia). Quaternary International. 284:74–84. doi:10.1016/j.quaint.2011.10.034

Kutzehberg M.A., Krouse H.R. 1989. Application of stable isotope variation in human tissues for problems of identification. Canadian Society of Forensic Science. 22(1):7-20.

Kuzmin Ya.V., Bondarev A.A., Kosintsev P.A., Douka K., Bence Viola T. 2014. The Ust-Ishim locality: Geology, Paleontology, and Radiocarbon Dating. Supplementary Information 1. Nature, 514(7523):1–5. doi: 10.1038/nature13810

Landis W.J. 1995. The strength of a calcified tissue depends in part on the molecular Structure and organization of its constituent mineral crystals in their organic matrix. Bone. 16(5):533–544. doi: 10.1016/8756-3282(95)00076-P

Li H., Fu Q., Reich D. 2014. A novel estimate of the human mutation rate. Supplementary Information 14. Nature, 514(7523):78–86. doi: 10.1038/nature13810

Richards M.P., Pettit P.B., Stiner M.C., Trinkaus E. 2001. Stable isotope evidence for increasing dietary breadth in the European mid-Upper Paleolithic. PNAS. 98(11):6528–6532. doi: 10.1073/pnas.111155298

Salazar-Garsia D., Richards M.P. 2014. Stable isotope analyses of the Ust-Ishim femur. Supplementary Information 4. Nature. 514(7523):445–449. doi: 10.1038/nature 13810

Svendsen J.I., Heggen H.P., Hufthammer A.K., Mangerud J., Pavlov P., Roebroeks W. 2010. Geoarchaeological investigations of Paleolithic sites along the Ural Mountains – On the northern presence of humans during the last Ice Age. Quatern. Sci. Rev. 29(23): 3138–3156. doi: 10.1016/j.quascirev.2010. 06.043

Veins A. 2003. Mineralization in Organic Matrix Frameworks. Rev. Miner. Geochim. 54(1): 249–289. doi: 10.2113/0540249

Vlasimsky P. 2000. Calcium enriched rooks in the Neoproterozoic sequence, Lasetice uranium mine, Pribram ore district. Vestnik Ceskeho geologickeho Ustavu. 75(3):261–264.

Zwyns N., Kuzmin Ya., Bence Viola. 2014. The Ust-Ishim modern human: archaeological implications. Supplementary Information 5. Nature, 514(7523):23–25. doi: 10.1038/nature13810




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/psu.geol.29.6

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2015 V. I. Silaev, D. V. Ponomarev, S. M. Slepchenko, A. A. Bondarev, D. V. Kiselеva, I. V. Smoleva, A. F. Khazov

URL лицензии: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/