Археология XXI века: от ДНК-анализа до космической съемки. Интервью с профессором РАН Дмитрием Коробовым

Современная археологическая наука — не только раскопки и полевые исследования. На вооружении археолога XXI в. — сложные компьютерные модели, многообразные анализы, беспилотники и даже космические спутники. Как ученые Института археологии РАН создают геоинформационную систему «Археологические памятники России»? Какая технология помогает исследователям дистанционно изучать памятники, скрытые под пологом лесов? Что могут рассказать исследователям кости древних людей? О современных методах археологии рассказывает заведующий отделом теории и методики Института археологии РАН доктор исторических наук, профессор РАН Дмитрий Сергеевич Коробов.

— Какие недеструктивные методы применяются сегодня в российской археологии и в чем заключается их преимущество? Какие из них используются наиболее широко?

— Недеструктивные методы — это отдельная область археологии. Это подходы, позволяющие нам заглянуть под землю, не проводя археологические раскопки. Сейчас эта тема очень актуальна, потому что в последние 20–30 лет человечество пришло к выводу, что необходимо меньше раскапывать археологические памятники и оставлять для наших потомков как можно больше древностей в нетронутом виде. С этим и связано развитие недеструктивных методов. Прежде всего, к ним относится получение данных дистанционного зондирования — это практически любая собранная неконтактным способом информация о поверхности Земли и о том, что находится под ней. Когда мы говорим о дистанционном зондировании, в первую очередь следует упомянуть аэрофотосъемку и снимки из космоса, хотя это не единственные методы в этой области. Второй очень важный подход, помогающий нам заглянуть под землю и получить сведения о древностях без их разрушения археологическими раскопками, — геофизические методы, или методы археологической геофизики.

Все эти технологии кажутся очень современными, но на самом деле им уже весьма много лет. Например, аэрофотосъемка применяется археологами более 100 лет: первые снимки были сделаны на рубеже XIX–XX вв. в Риме. Геофизические методы применяются с конца 1930-х гг., а широко — с 1950-60-х гг.

Однако есть совершенно волшебная технология, которая появилась в самом начале XXI в., буквально в 2000 г., а археологами стала применяться где-то с 2005–2006 гг., — лидар. Лидарная съемка — это цифровая съемка местности с помощью специальных сканеров, позволяющая нам заглянуть под растительный покров. Когда лидары стали применяться в археологических целях, мы получили возможность «убрать» лес и прочую растительность с ландшафта и увидеть объекты, выраженные в рельефе, — распознаваемые за счет того, что они выделяются на местности в виде холмов (как курганные насыпи и городища) или, наоборот, в виде впадин (как, например, рвы того же городища). Простыми словами, мы можем заглянуть под лес, что теперь позволяет использовать дистанционное зондирование не только в южных регионах, но и в Центральной России. В последние годы у нас наблюдается настоящий взрыв использования лидаров в археологической практике на самых разных объектах и территориях. Эта технология позволяет нам уточнять разнообразные характеристики уже известных памятников и находить новые памятники, скрытые под растительным покровом.

Метод получения изображений из космоса в принципе сопоставим с аэрофотосъемкой, просто такая съемка ведется с гораздо бóльшей высоты и, соответственно, в один кадр попадает гораздо больше территорий, что дает огромный охват. Примерно до начала 2000-х гг. космическая съемка, производившаяся с помощью фотографических аппаратов, а затем и сканеров, была не лучшего качества в силу низкого пространственного разрешения этих снимков: размер археологических объектов, которые можно было запечатлеть на таких изображениях, оставался достаточно крупным. Таким образом, из космоса мы могли изучать только очень большие структуры — например, выделить на снимках курганные насыпи, какую-нибудь крепость или другой памятник со рвами и валами.

Но в последние годы появились космические снимки так называемого сверхвысокого разрешения. Это очень подробная съемка, где уже можно выделять объекты размером буквально 30–40 см. С помощью такой съемки мы, с одной стороны, можем существенно уточнять характеристики различных археологических структур; с другой стороны, поскольку эти наблюдения ведутся постоянно и мы уже имеем целый набор космических снимков для одного и того же объекта за разные годы, можем вести своеобразный мониторинг: что происходит с археологическим памятником в режиме реального времени. Это очень важная задача для охраны археологического наследия.

Но здесь есть один нюанс. Дело в том, что космические снимки дают о памятниках достаточно современное представление, охватывающее диапазон последних 15–20 лет. А для нас как раз бóльшее значение имеют как можно более старые данные дистанционного зондирования. Поэтому с этой точки зрения для нас оказывается ценнее аэрофотосъемка, сделанная 50–70 лет назад. К ней относятся архивные снимки территории нашей страны, делавшиеся в военных целях в 1940-е гг. — в том числе немецкими оккупантами. В период Великой Отечественной войны вся европейская часть Советского Союза была полностью многократно отснята до Урала. Соответственно, есть колоссальные архивные материалы, дающие нам представление о курганах, городищах и других объектах, в начале 1940-х гг. еще не потревоженных глубокой распашкой, мелиорационными работами по устройству крупных водохранилищ, устройством оросительных систем, искусственными лесопосадками. Они начались в 1950–1960-е гг. и привели к повсеместному уничтожению археологических объектов.

— Важный проект Института археологии РАН — геоинформационная система «Археологические памятники России». Что она собой представляет и на каком этапе сейчас находится работа над ней?

— Проект по созданию национальной геоинформационной системы, включающей все археологические памятники на территории нашей страны, — очень амбициозная, но в то же время очень насущная для нас задача. Мы до сих пор толком не знаем, сколько имеем в распоряжении древностей — даже тех, что уже так или иначе попадали в сферу интересов отечественных археологов.

Здесь у нас есть большое преимущество в сравнении со многими странами — и европейскими, и государствами на других континентах. Дело в том, что археология в России с самого момента своего возникновения в середине XIX в. была достаточно централизованной. Разрешение на проведение любых археологических работ (будь то разведка, то есть поиск новых памятников и нанесение их на карту, или раскопки, то есть уже детальное изучение отдельных памятников) сопровождалось выдачей специальной лицензии. Мы называем ее «открытым листом». И с середины XIX в. Императорская археологическая комиссия выдавала эти открытые листы на определенных условиях: после проведения таких работ было необходимо написать отчет и сдать его в эту комиссию, впоследствии — в Академию истории материальной культуры, позднее — в Институт истории материальной культуры и Институт археологии. Эта преемственность сохраняется до сих пор. Поэтому ИА РАН обладает колоссальным архивом, включающим информацию обо всех археологических работах, проводившихся на территории нашей страны с 1944 г. Отчеты, накопленные до этого времени, хранятся в архиве Института истории материальной культуры РАН в Санкт-Петербурге.

Работа над проектом по созданию крупной геоинформационной системы «Археологические памятники России» началась в 2014 г. под руководством нашего директора академика Николая Андреевича Макарова. На первом этапе мы собрали сведения об археологических древностях, исследовавшихся учеными за последние пять лет: на тот момент это были памятники, изучавшиеся в 2008–2012 гг. (дела передаются в архив постепенно, поэтому между 2012 г. и 2014 г. образовался небольшой разрыв). Все археологические памятники, фигурировавшие в этих отчетах, были внесены в базу данных и могли быть нанесены на карту, поскольку имели пространственные привязки, полученные с помощью систем глобального спутникового позиционирования (GPS-приемников). По результатам первого этапа нашей работы на карту было нанесено порядка 30 тыс. археологических памятников и еще примерно 20 тыс. так называемых пустых шурфов — мест локальных археологических работ, где не были найдены следы пребывания людей в древности.

Уже тогда, нанеся на карту этот огромный массив памятников и получив первые результаты, мы увидели очень интересную картину как распределения самих археологических объектов, так и интереса к этим объектам для разных регионов нашей страны. Оказалось, что практически 70% археологических древностей, изучавшихся с 2008 по 2012 г., находятся к западу от Уральского хребта, на европейской территории нашего государства. На азиатскую территорию России приходятся только 30% исследованных объектов. При этом подавляющее большинство изученных памятников находится в степной и лесостепной зоне, то есть они тяготеют к югу. В лесной зоне и зоне тундры, как и на сáмом севере, было найдено весьма мало объектов. По-видимому, эти места в прошлом были малообитаемы, да и сейчас, собственно говоря, на этих территориях плотность населения и человеческая активность не особенно высоки.

На втором этапе была осуществлена такая же работа с отчетами самого раннего периода, попадавшими в наш архив с 1944 г. по 1964 г. В базу данных был включен примерно такой же массив памятников, и в результате анализа мы получили практически те же результаты, что и на первом этапе. Таким образом, уже сейчас можно говорить о том, что эта картина пространственного распределения археологических памятников по территории нашей страны — не плод нашего воображения и не результат различной степени исследованности разных мест (как можно было бы подумать, потому что, конечно, работать в тундре и тайге гораздо тяжелее, чем в лесостепи и тем более в степи). Теперь мы понимаем, что полученный результат отражает реальные закономерности расселения человека на территории современной России в самой древности, в Средневековье и вплоть до Нового времени.

Работа над этим проектом, сейчас уже объединяющим более 70 тыс. археологических памятников, продолжается. В настоящее время специальная научная группа под руководством старшего научного сотрудника отдела сохранения археологического наследия ИА РАН Ольги Викторовны Зеленцовой занимается внесением в эту базу новых данных — как последних лет, так и относящихся к промежутку между 1964 и 2008 гг. Впереди еще очень много труда, который позволит нам получить уже полную картину распределения древностей на территории Российской Федерации и, думаю, еще даст множество интересных наблюдений и результатов.

— Как методы геоинформатики помогают исследователям моделировать климатические условия прошлого и для чего это необходимо именно археологам?

— Климат и его изменения — важные факторы, влияющие на жизнь человека. Особенно это касается древности, поскольку современные климатические изменения, которые наблюдаем мы с вами, безусловно, бывают и губительными, и даже катастрофичными, но тем не менее мы уже достаточно хорошо адаптированы к этим переменам. У нас есть большое количество разнообразных технологий, позволяющих нам пережить суровую зиму или слишком жаркое лето. В древности этих технологий, конечно, не было. И влияние климата на население, в основном занимавшееся сельским хозяйством и получавшее продукты своей жизнедеятельности с различных ресурсных территорий в окрестностях своего местообитания (условно, некоего поселения), было очень серьезным фактором.

И как раз геоинформационные системы позволяют нам с бóльшей или меньшей степенью достоверности моделировать климатические изменения, происходившие в прошлом на той или иной территории.

Для региона, которым я занимаюсь, — это окрестности современного Кисловодска, Кисловодская котловина — была создана специальная модель современного климата и прогнозируемого климата для I тысячелетия н.э. Эта работа была проведена коллективом из географов, геоинформатиков и археологов под руководством археолога Геннадия Евгеньевича Афанасьева и двух исследователей из МГУ им. М.В. Ломоносова: специалиста по геоинформатике Александра Владимировича Чернышева и специалиста по моделированию климата Александра Викторовича Кислова. Полученная модель представляла собой карту, разбитую на ячейки 500 × 500 м, в каждую из которых вносилась информация о современном климате (исследование проводилось в 2000 г.). Она включала около десяти параметров: температуру, количество осадков, радиационные эффекты, число теплых дней в году и т.д. И затем в эту виртуальную систему искусственно вносилось «возмущение» климата в соответствии с условиями интересовавшего нас периода. В частности, мы предполагаем, что в то время температура Мирового океана в Северном полушарии была примерно на 0,6 °C выше, чем в 2000 г. Далее мы наблюдали за тем, как менялись климатические характеристики для каждого маленького фрагмента территории Кисловодской котловины.

В результате анализа мы пришли к выводу, что люди, обитавшие на этой территории в I тысячелетии н.э., могли заниматься сельским хозяйством на землях, расположенных гораздо выше над уровнем моря, чем в современности. То есть, например, сейчас на территории Кисловодской котловины выше порядка 1,2 тыс. м над уровнем моря отсутствует какая бы то ни было сельскохозяйственная активность за исключением сезонной пастьбы скота. А в древности местное население вполне могло заниматься земледелием до высот около 1,5 тыс. м, а может быть, даже и выше.

Таким образом, подобные микроклиматические модели позволяют нам приподнять завесу тайны над пространственным распределением разнообразных памятников и взглянуть на них немного с другой, менее привычной для нас точки зрения.

— Этой весной на конференции в Институте археологии РАН вы представляли первые результаты полногеномного исследования древнего ДНК населения кобанской культуры Северного Кавказа. Это был практически первый случай, когда полногеномный анализ сделали целиком на территории России. Расскажите, пожалуйста, об этом исследовании. Каковы его основные результаты и что позволило впервые провести работы полностью в пределах нашей страны?

— В нашей стране уже сейчас есть несколько лабораторий, позволяющих проводить такой полногеномный анализ. Но пока все, к сожалению, упирается в недостаток финансирования и текущие серьезные ограничения, связанные с закупкой специальных реактивов для этого анализа и доступом к самим технологическим инструментам обработки.

Нам в этом смысле повезло, поскольку необходимые ресурсы нашлись в Научно-исследовательском центре «Курчатовский институт». В работе совместно участвовали коллектив палеогенетиков во главе с Артемом Валерьевичем Недолужко, группа археологов, которую представлял я, а также коллектив антропологов из нашего института. Мы подготовили около 120 образцов костных останков из могильников разных эпох и культур на территории Северного Кавказа для того, чтобы выяснить корни происхождения аланской археологической культуры. Вопросы, откуда появились древние северокавказские аланы и каким образом сформировался их генетический портрет, в первую очередь, представляют интерес для меня. Нам уже были известны их антропологические характеристики и археологические особенности их культуры. Теперь же было необходимо изучить палео-ДНК.

Чтобы разобраться в этом вопросе, требовалось углубиться в более древние эпохи. И, как раз исследуя материалы кобанской археологической культуры, мы получили характерный след, наблюдаемый в генетическом портрете населения Северного Кавказа начиная с эпох позднего бронзового и раннего железного веков и в принципе вплоть до современности. Получается, что на основе представителей кобанской археологической культуры сформировалось и население северокавказских территорий в раннем железном веке, и, собственно, северокавказские аланы, и их потомки, которых можно обнаружить в разных народах, населяющих Северный Кавказ в современности.

Пока это, можно сказать, своеобразный «булавочный укол», поскольку описанные мною результаты основаны на анализе всего пяти образцов, которые нам удалось секвенировать на достаточно глубоком уровне, чтобы получить полный геномный портрет. Но эти выводы уже очень неплохо укладываются в общую картину, полученную до нас зарубежными исследователями.

Эта работа продолжается, и я думаю, что скоро мы получим еще несколько образцов полногеномного анализа палео-ДНК. В ближайшее время эти результаты должны быть подготовлены и опубликованы нами в кооперации с тем же коллективом палеогенетиков из НИЦ «Курчатовский институт» и Европейского университета в Санкт-Петербурге, представляемым палеогенетиком А.В. Недолужко.

Мы также надеемся получить сведения о полном геноме людей, живших на изучаемой нами территории в промежутке между кобанской и аланской археологическими культурами. Разрыв между ними составляет примерно 1 тыс. лет, и результаты нашего исследования могут как раз послужить своеобразной ниточкой, связывающей эти два массива данных.

Отвечая на вопрос о том, что позволило провести этот анализ на территории нашей страны, следует прежде всего поблагодарить Российский фонд фундаментальных исследований (ныне Российский центр научной информации. — Примеч. авт.), давший нам возможность поработать в рамках крупной программы по конвергенции между разными областями наук. Именно кооперация между археологией и палеогенетикой вкупе с предоставленным РФФИ достаточно серьезным финансированием позволили нам провести это исследование. Одновременно я надеюсь на то, что в ближайшее время мы будем получать новые полногеномные анализы не только в Курчатовском институте, но и в других лабораториях. Работа над этим ведется, и я думаю, что мы будем постепенно преодолевать возникший между отечественной и зарубежной палеогенетикой разрыв.

— Археологи получают данные в том числе из биологических источников: например, реконструируют рацион древних людей по их костям или исследуют деятельность человека по содержащимся в почве микроорганизмам. Расскажите, пожалуйста, немного подробнее, какие биоматериалы могут изучаться археологами, каким образом это происходит и какую информацию дают такие изыскания?

— Работа с биологическими материалами — особая стезя, которой занимаются профильные специалисты. Я в этой ситуации оказываюсь, скажем так, пользователем результатов, полученных из различных источников.

Однако если вкратце охарактеризовать названные вами направления, то анализ костей и зубов людей и животных действительно позволяет нам восстанавливать не только их диету, но и, что очень интересно, их мобильность. Если мы проанализируем содержание и соотношение изотопов углерода и азота в биологических тканях, эти данные позволят нам получить представление о палеодиете древних людей: была ли она в бóльшей степени связана с потреблением мяса или растительных ресурсов (причем различного происхождения). В результате становится возможным в целом восстановить картину питания для отдельной популяции — пусть в общих чертах, но тем не менее рацион людей всегда будет различаться в зависимости от их хозяйственной деятельности и места проживания.

Изотопы стронция, получаемые человеком при потреблении воды, дарят нам возможность отследить мобильность человеческих или животных популяций. По анализу содержания изотопов этого металла в костях можно выяснить, был ли человек, погребенный в изучаемом могильнике, местным (автохтонным) жителем данной территории или прибыл из других мест. Пока мы вряд ли сможем сказать, откуда точно человек был родом, но по крайней мере сможем определить, местный он или нет, провел ли он детство в этой же местности или попал сюда уже во взрослом возрасте и т.д.

Что касается изучения почвы, это уже немного другая область исследований. Этот подход позволяет нам определить места человеческой активности, связанной и с проживанием людей, и с размещением животных на территории поселения и вне ее, и с использованием ресурсных зон вокруг поселения для сельскохозяйственных работ, при которых в почву вносятся удобрения. Для анализа почвы с точки зрения археологии применяются различные интересные методы, в частности разработанные нашими коллегами-почвоведами в лаборатории археологического почвоведения Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН в Пущине технологии изучения уреазной активности (содержания в почве мочевины) и термофильных бактерий (то есть бактерий, живущих только при повышенных температурах, около 60–70 °С, как раз свойственных компосту и навозу). Если на определенных участках территории обнаруживается повышенная концентрация термофильных микроорганизмов, можно смело утверждать, что в эту почву в древности или в Средневековье вносились удобрения, и таким образом выделять вокруг поселений ресурсные зоны, находившиеся в сельскохозяйственном обороте.

— Как археологам помогает 3D-моделирование? Возможно, есть какие-то истории из вашего опыта?

— Это очень активно развивающаяся область. На эту тему проводятся конференции, уже написаны учебники. Громадный интерес к данной сфере в последние годы во многом обусловлен появлением современных компьютерных программ, дающих новые возможности для трехмерного моделирования, связанного с методом фотограмметрии — науки, позволяющей производить измерения по фотографическим изображениям. История этого метода восходит к моменту появления фотографии: фотография зародилась в середине XIX в., и тогда же появилась фотограмметрия.

Однако лишь в последние 10–15 лет были созданы очень мощные и комфортные для пользователя компьютерные программы, в которые можно загрузить набор цифровых изображений, нажать на кнопку и через некоторое время получить на их основе трехмерную модель. Конечно, все это не так просто, как кажется, поскольку в этой работе существует множество подводных камней и, чтобы получить адекватное 3D-изображение, необходимо соблюдать очень много технических требований. Словом, это занятие для настоящих опытных профессионалов.

Что нам дает трехмерное моделирование? Во-первых, оно позволяет очень быстро и качественно фиксировать археологические объекты и структуры в процессе работ. Например, представьте себе: мы раскапываем курган, внутри которого обнаруживается громадный каменный развал — кромлех, оградка из камней или каменный панцирь. Раньше такие структуры фиксировались чертежником, приходившим на объект и несколько дней зарисовывавшим этот развал камней на миллиметровой бумаге с помощью рулеток и других всем знакомых инструментов. Этот полевой чертеж делался очень долго. Сейчас же мы можем получить качественное отображение изучаемого объекта буквально за полчаса-час. Задействовав беспилотные летательные аппараты и зафиксировав контрольные точки памятника с помощью геодезических приборов, таких как электронный тахеометр или GNSS-приемник (аппарат для глобального спутникового позиционирования), уже затем в лабораторных условиях, затратив определенные время и ресурсы, мы можем создать очень точное цифровое изображение поверхности исследуемого объекта, по которому в дальнейшем можно будет сделать чертеж — даже более точный, чем сделанный в полевых условиях. Это одна сторона вопроса.

Другая сторона вопроса связана с тем, что, когда мы работаем на археологических раскопках в других государствах, мы очень часто сталкиваемся с ситуациями, когда у нас нет возможности вывозить находки с собой. Мне доводилось принимать участие в зарубежных экспедициях, например, на территории Африки, в Республике Чад и Республике Мавритания; наши коллеги работают в том числе в Турции, Узбекистане, Казахстане. В таких случаях мы далеко не всегда можем вывезти археологические предметы в Москву, чтобы продолжить с ними работу после того, как мы их раскопали: создать соответствующие рисунки, фотоизображения. Мы должны сделать это «в поле», сразу после проведения археологических работ. И здесь технологии создания трехмерных изображений позволяют нам получить 3D-модели археологических предметов — опять же подготавливаемые за короткий промежуток времени и весьма точные по характеристикам. Таким образом, мы можем, не вывозя находки в Москву, получить целый набор их изображений — и затем, работая с трехмерными моделями артефактов, формировать более глубокие представления об этих объектах, их классификации и типологии уже исключительно на основе цифровых данных.

Источники изображений в тексте: Елена Либрик / «Научная Россия», freepik / фотобанк Freepik, kjpargeter / фотобанк Freepik.