Биоархеология

Палеодемография изучает демографические характеристики популяций прошлого^[8]. Биоархеологи используют палеодемографию для создания таблиц смертности — разновидности когортного анализа, чтобы понять демографические характеристики (такие как риск смерти или соотношение полов) данной возрастной когорты в популяции. Часто бывает необходимо оценить возраст и пол людей на основании конкретных морфологических характеристик скелета.

При оценке возраста предпринимается попытка определить скелетный/биологический возраст на момент смерти. В первую очередь предполагается, что скелетный возраст человека тесно связан с его хронологическим возрастом. Оценка возраста может быть основана на закономерностях роста и развития или дегенеративных изменениях в скелете^[9]. Для оценки этих типов изменений были разработаны различные методы измерения скелетных костей. Например, у детей возраст обычно оценивается по развитию зубов, окостенению и срастанию определённых элементов скелета или длине длинной кости^[10]. Наиболее надёжным для определения возраста ребёнка является последовательное прорезывание различных зубов из десны. Однако полностью развитые зубы менее информативны^[11]. У взрослых для оценки возраста скелета обычно используются дегенеративные изменения лобкового симфиза, ушной поверхности подвздошной кости, грудного конца 4-го ребра и стираемости зубов^[12][13][14].

Примерно до 30 лет кости человека продолжают расти. Разные кости срастаются в разных точках роста^[15]. Это развитие может отличаться у разных людей. Износ костей ещё больше усложняет оценку возраста. Часто оценки ограничиваются «молодым» (20-35 лет), «среднего возраста» (35-50 лет) или «пожилым» (50+ лет)^[11].

Различия в анатомии мужских и женских скелетов используются биоархеологами для определения биологического пола человеческих скелетов. Люди обладают половым диморфизмом, хотя возможно совпадение формы тела и половых признаков. Не всем скелетам можно присвоить пол, а некоторые могут быть определены неверно. Биологически мужчины и женщины больше всего отличаются друг от друга черепом и тазом; биоархеологи фокусируются на этих частях тела, хотя можно рассматривать и другие части тела. Женский таз обычно шире мужского, а угол между двумя нижними лобковыми костями (подлобковый угол) шире и более U-образный, в то время как подлобковый угол у мужчин более V-образный и составляет менее 90 градусов^[16][17].

В целом, мужской скелет более прочный, чем женский, из-за большей мышечной массы мужчин. Скелет мужчин обычно имеет более выраженные надбровные дуги, затылочные линии и сосцевидные отростки. На размер и прочность скелета влияют питание и уровень активности. Особенности таза и черепа считаются более надёжными индикаторами биологического пола. Определение пола скелетов молодых людей, не достигших половой зрелости, является более сложным и проблематичным, поскольку тело ещё не полностью сформировалось^[16].

Биоархеологическое определение пола скелетов не застраховано от ошибок. Ошибки при записи и перестановка человеческих останков могут способствовать неправильной идентификации.

Прямое тестирование биоархеологических методов определения пола скелетов путём сравнения гендерных имён на гробовых плитах из склепа церкви Христа в Спиталфилдсе (Лондон) с соответствующими останками обеспечило успех в 98 % случаев^[18].

Гендерные модели работы могут оставлять следы на костях и быть идентифицируемыми в археологической летописи. В одном из исследований были обнаружены поражённые артритом большие пальцы ног, разрушение последнего спинного позвонка, а также мускулистые руки и ноги у женских скелетов из Абу-Хурейры, что свидетельствует о гендерных различиях в характере труда^[19]. Такие изменения скелета могли быть результатом того, что женщины долгое время стояли на коленях, перемалывая зерно, с выгнутыми вперёд пальцами ног. Исследование пола по останкам из могил представляет всё больший интерес для археологов^[20].

Гипоплазия эмали

Гипоплазия эмали — это поперечные борозды или ямки, которые образуются на поверхности эмали зубов, когда нормальный процесс роста зуба останавливается, образуя дефицит. Гипоплазия эмали обычно формируется вследствие заболеваний и/или плохого питания^[16]. Линейные борозды обычно называют линейной гипоплазией эмали (ЛГЭ); размеры ЛГЭ могут варьироваться от микроскопических до видимых невооружённым глазом. По расстоянию между бороздами перикимата (горизонтальными линиями роста) можно определить продолжительность стрессового воздействия^[21], хотя Мэйс утверждал, что ширина гипоплазии имеет лишь косвенное отношение к продолжительности стрессового воздействия.

Исследования гипоплазии зубной эмали используются для изучения здоровья детей. В отличие от костей, зубы не подвергаются реконструкции, поэтому неповреждённая эмаль может служить более надёжным индикатором прошлых событий, связанных со здоровьем. Гипоплазия зубной эмали служит индикатором состояния здоровья в период детства, когда формируется эмаль коронки зуба. Не все слои эмали видны на поверхности зуба, поскольку слои эмали, сформировавшиеся на ранних этапах развития коронки, оказываются скрыты более поздними слоями. Гипоплазии в этой части зуба не видны на поверхности зуба. Из-за этой скрытой эмали зубы, подвергшиеся стрессовому воздействию, формируются через несколько месяцев после начала воздействия. Доля времени формирования эмалевой коронки, приходящаяся на эту скрытую эмаль, варьирует от 50 % в молярах до 15-20 % в передних зубах^[16]. Поверхностные гипоплазии регистрируют стрессоры примерно от одного года до семи лет, или до 13 лет, если включить третий моляр^[22].

Поротический гиперостоз/cribra orbitalia

Долгое время считалось, что железодефицитная анемия оказывает заметное влияние на плоские кости черепа младенцев и детей младшего возраста. Когда организм пытается компенсировать низкий уровень железа за счёт увеличения производства эритроцитов в молодом возрасте, в сводах черепа (так называемый поротический гиперостоз) и/или в глазницах (так называемая cribra orbitalia) развиваются ситовидные поражения^[23]. Такая кость губчатая и мягкая^[7].

Однако маловероятно, что железодефицитная анемия является причиной поротического гиперостоза или cribra orbitalia^[24]. Скорее всего, они являются результатом сосудистой активности в этих областях и вряд ли носят патологический характер. Развитие cribra orbitalia и поротического гиперостоза может быть обусловлено и другими причинами, помимо дефицита железа в рационе, например, потерей питательных веществ из-за кишечных паразитов. Однако наиболее вероятной причиной является дефицит питания^[25].

Распространённость анемии может быть результатом неравенства в обществе и/или свидетельствовать о различных формах работы и деятельности среди различных групп населения. Исследование дефицита железа среди ранних монгольских кочевников показало, что хотя общий уровень заболеваемости cribra orbitalia снизился с 28,7 % (27,8 % от общего числа женщин, 28,4 % от общего числа мужчин, 75 % от общего числа подростков) в бронзовом и железном веках до 15,5 % во времена Хунну. В период Хунну (2209—1907 гг. до н. э.) доля женщин с cribra orbitalia осталась примерно на том же уровне, а среди мужчин и детей снизилась (29,4 % от общего числа женщин, 5,3 % от общего числа мужчин и 25 % от общего числа подростков имели cribra orbitalia). В данном исследовании была выдвинута гипотеза о том, что у взрослых уровень заболеваемости cribra orbitalia может быть ниже, чем у подростков, поскольку с возрастом поражения либо заживают, либо приводят к смерти. Более высокие показатели частоты cribia orbitalia среди женщин могут свидетельствовать о более слабом состоянии здоровья или о большей выживаемости молодых женщин, страдающих cribia orbitalia, во взрослой жизни^[26].

Линии Харриса

Линии Харриса образуются до взрослого возраста, когда рост костей временно останавливается или замедляется из-за какого-либо стресса (обычно болезни или недоедания)^[27][28]. В это время минерализация костей продолжается, но рост не происходит, или происходит на пониженном уровне. Если и когда стрессовый фактор преодолён, рост костей возобновляется, в результате чего на рентгенограмме появляется линия повышенной минеральной плотности^[25]. Если стрессовый фактор не устранён, линия не образуется^[29].

В частности, к образованию линий Харриса может привести дефицит белка и витаминов, который приводит к задержке продольного роста кости^[30]. В процессе роста эндохондральной кости прекращение остеобластической активности приводит к отложению тонкого слоя кости под хрящём, что потенциально может привести к образованию линий Харриса^[31][32]. Последующее восстановление, необходимое для восстановления остеобластической активности, также связано с формированием линии Харриса^[33]. Когда зрелые хрящевые клетки вновь активизируются, возобновляется рост кости, утолщая костный слой. Поэтому полное выздоровление после периодов хронических заболеваний или недоедания проявляется на рентгенограммах в виде поперечных линий. При длительном и тяжёлом недоедании линии становятся толще. Формирование линий Харриса обычно достигает пика в длинных костях примерно через 2-3 года после рождения и становится редким после 5 лет до зрелого возраста. Линии Харриса чаще встречаются у мальчиков, чем у девочек^[34].

Гормон стресса кортизол откладывается в волосах по мере их роста. Это обстоятельство было успешно использовано для выявления колебаний уровня стресса на поздних этапах жизни мумий^[35].

Изучение влияния деятельности на скелет позволяет археологу понять, кто и как занимался тем или иным видом труда и как была структурирована деятельность в обществе. Труд в домашнем хозяйстве может быть разделён по полу и возрасту или основываться на других социальных установках. Человеческие останки позволяют археологам выявить эти закономерности.

Живые кости подчиняются закону Вольфа, который гласит, что кости подвергаются физическому воздействию и ремоделируются под влиянием физической активности или бездействия^[36][37]. Увеличение механической нагрузки приводит к образованию более толстых и крепких костей. Нарушения гомеостаза, вызванные дефицитом питания или болезнью^[38] или сильным бездействием/заболеванием/инвалидностью, могут привести к потере костной массы^[39]. Хотя приобретение двуногой локомоции и масса тела определяют размер и форму костей у детей^[40][41][42], активность в подростковом периоде роста оказывает большее влияние на размер и форму костей у взрослых, чем физические упражнения в более позднем возрасте^[43].

Считается, что места прикрепления мышц (энтезы) подвергаются такому же воздействию, вызывая энтезальные изменения^[44][45]. Эти изменения широко использовались для изучения паттернов активности^[46], но исследования показали, что процессы, связанные со старением, оказывают большее влияние, чем профессиональные стрессы^{[47][48][49][50][51][52]}. Также было показано, что геометрические изменения структуры костей (описанные выше) и энтезальные изменения отличаются по своей первопричине, причём на последние мало влияет профессия^[53][54]. Изменения суставов, включая остеоартрит, использовались для определения профессии, но в целом они также являются проявлениями процесса старения^[46].

Маркеры профессионального стресса, включающие морфологические изменения скелета и зубного ряда, а также изменения суставов в определённых местах, широко используются для определения конкретной (а не общей) деятельности^[55]. Такие маркеры часто основаны на единичных случаях, описанных в клинической литературе конца XIX века^[56]. Один из таких маркеров был признан надёжным индикатором образа жизни: экзостоз наружного слухового прохода, также называемый ухом сёрфера^[57], который представляет собой небольшой костный выступ в слуховом проходе, возникающий у тех, кто работает вблизи холодной воды^[58][59].

Одним из примеров того, как эти изменения использовались для изучения деятельности, является Нью-Йоркское африканское захоронение в Нью-Йорке. Оно свидетельствует о жестоких условиях труда, в которых работали рабы^[60]; остеоартрит позвонков был распространён даже среди молодых. Характер остеоартрита в сочетании с ранним возрастом начала заболевания свидетельствует о том, что труд приводил к механическим нагрузкам на шею. На одном мужском скелете обнаружены стрессовые повреждения в 37 % из 33 мест прикрепления мышц и связок, что свидетельствует о том, что он испытывал значительные нагрузки на опорно-двигательный аппарат. В целом у погребённых наблюдаются признаки значительного стресса для опорно-двигательного аппарата и тяжёлой работы, хотя объём работы и виды деятельности варьируются в зависимости от конкретного человека. У одних отмечается высокий уровень стресса, у других — нет. Это свидетельствует о разнообразии видов труда (например, домашний труд против переноса тяжёлых грузов).

Переломы костей во время или после раскопок выглядят относительно свежими, а поверхности изломов — белыми и не выветрившимися. Отличить переломы, произошедшие в момент смерти, от переломов костей после погребения довольно сложно, поскольку оба типа переломов имеют признаки выветривания. Если нет доказательств заживления кости или других факторов, исследователи могут считать все выветрившиеся переломы постпогребальными^[16].

Свидетельства прижизненных переломов (или переломов, нанесённых свежему трупу) можно обнаружить в незаживших повреждениях костей металлическими лезвиями. Живые или только что умершие кости обладают определённой упругостью, поэтому повреждения костей металлическим лезвием образуют линейный разрез с относительно чистыми краями, а не неравномерный осколок^[16]. Археологи пытались использовать микроскопические параллельные следы царапин на разрезанных костях, чтобы оценить траекторию движения лезвия, нанёсшего травму^[61].

Кариес вызывается локальным разрушением зубной эмали в результате воздействия кислот, вырабатываемых бактериями, питающимися и ферментирующими углеводы в полости рта^[62]. Сельское хозяйство тесно связано с более высоким уровнем кариеса, чем собирательство, из-за более высокого уровня углеводов, производимых в сельском хозяйстве^[29]. Например, биоархеологи использовали кариес на скелетах, чтобы связать рисовую диету с болезнью^[63]. Женщины могут быть более уязвимы к кариесу по сравнению с мужчинами из-за меньшего потока слюны, положительной корреляции эстрогена с увеличением частоты кариеса, а также из-за связанных с беременностью физиологических изменений, таких как подавление иммунной системы и возможное сопутствующее снижение антимикробной активности в полости рта^[64].

Биогеохимия стабильных изотопов использует вариации изотопных сигнатур и связывает их с биогеохимическими процессами. Наука основана на преимущественном фракционировании более лёгких или более тяжёлых изотопов, что приводит к обогащению и обеднению изотопных сигнатур по сравнению со стандартным значением. Основные элементы, необходимые для жизни, такие как углерод, азот, кислород и сера, являются основными стабильными изотопными системами, используемыми для изучения археологических находок. Изотопные признаки из нескольких систем обычно используются в тандеме, чтобы составить полное представление об анализируемом материале. Эти системы чаще всего используются для отслеживания географического происхождения археологических останков и изучения рациона питания, мобильности и культурных практик древних людей^[65][66].

Анализ ДНК прошлых популяций используется для генетического определения пола, определения генетического родства, понимания моделей брака и изучения доисторической миграции^[67].

В 2012 году археологи нашли скелетные останки взрослого мужчины. Он был похоронен под автомобильной стоянкой в Англии. Анализ ДНК позволил археологам подтвердить, что останки принадлежат Ричарду III, бывшему королю Англии, погибшему в битве при Босворте^[68].

В 2021 году канадские исследователи проанализировали скелетные останки, найденные на острове Кинг-Вильям, и установили, что они принадлежат прапорщику Джону Грегори, инженеру, служившему на борту корабля «Эребус» в злополучной экспедиции Франклина в 1845 году. Он стал первым членом экспедиции, личность которого была установлена с помощью анализа ДНК^[69].

Изучение человеческих останков может пролить свет на взаимосвязь между физическими телами и социокультурными условиями и практиками, используя модель биокультурной биоархеологии^[70].

Этические вопросы биоархеологии связаны с обращением и уважением к мёртвым^[7]. Впервые масштабные коллекции скелетов были собраны в США в XIX веке, в основном это были останки коренных американцев. Выжившие родственники не давали разрешения на изучение и демонстрацию. Федеральные законы, такие как закон NAGPRA (Закон о защите и репатриации могил коренных американцев) 1990 года, позволили коренным американцам вернуть контроль над останками своих предков и связанными с ними артефактами.

Многие археологи не осознавали, что многие люди воспринимают археологов как непродуктивных и/или грабителей могил^[71]. Опасения по поводу плохого обращения с останками не беспочвенны: при раскопках в Миннесоте в 1971 году с останками белых и коренных американцев обращались по-разному; белых перезахоронили, а коренных американцев перевезли в музей естественной истории^[71]. Биоархеология афроамериканцев развивалась после NAGPRA и её последствий в виде прекращения изучения останков коренных американцев^[72].

Биоархеология в Европе не так сильно пострадала от вопросов репатриации^[7]. Однако, поскольку большая часть европейской археологии была сосредоточена на античности, особое внимание уделялось артефактам и искусству, а римские и постримские скелетные останки почти полностью игнорировались до 1980-х годов. В доисторической европейской археологии биологические останки начали анализировать раньше, чем в классической археологии.