Впрочем, одного энтузиазма оказалось недостаточно. У меня был нулевой опыт в молекулярной биологии. Я ни разу в жизни не работала с пипеточным дозатором и не выделяла ДНК. Я не представляла себе, какие именно фрагменты ДНК стоит исследовать. Не знала, где и как добывать ископаемые, из которых можно выделить ДНК. И абсолютно ничего не знала о бизонах.

Не собираясь сдаваться, я решила начать с библиотеки. Принесла страшную клятву не пить чай в читальном зале и беречь книги от огня (без этого мне не выдали бы читательский билет библиотеки Оксфордского университета) и принялась изучать бизонов. Книг по этой теме оказалось на удивление много, причем некоторые до меня явно никто даже не открывал. Несколько недель я провела в холодной и сырой полутьме библиотечного подвала, с трудом справляясь с невероятно сильным искушением согреться горячим чаем или поджечь книги и набираясь знаний о бизонах, которые оказались гораздо интереснее, чем я думала.

Что такое бизоны?

Животные, которые на языке лакота называются «татанка» или «пте», а на языке дене – «тлёкьере» и у которых есть множество других имен в языках тех, кто прожил бок о бок с ними много тысяч лет, первое свое английское название получили в XVI веке от европейцев, наименовавших их «буффало». Сегодня слово «буффало» вызывает ассоциации с чем-то грозным и невозмутимым – весьма подходящие характеристики для этих гигантских своевольных зверей. Однако в XVI веке оно напоминало о толстом кожаном камзоле буффе, для которого, по мнению колонистов, очень годилась бизонья шкура. Но мало того, что зверя нарекли в честь верхней одежды, – слово «буффало» даже не было названием конкретного вида: европейцы называли так всех новых (для них) животных, в которых видели потенциальные куртку или штаны. Переизбыток буффало оказался проблемой и вызвал ожесточенные баталии среди европейских систематиков, поскольку их профессия требует тщательности и осмотрительности во всем, что касается названий. К середине XVIII века в спорах за таксономические приоритеты засквозил здравый смысл и количество буффало снизилось до трех: североамериканский буффало, африканский буффало и азиатский буффало. Затем, в 1758 году, Карл Линней официально назвал американского буффало Bison bison, и систематики дружно вздохнули с облегчением. Отныне, объявили они, американский буффе будет именоваться бизоном. И время от времени мы так их и называем.

Бизоны в Северной Америке, можно сказать, новички. Если мамонты и лошади были частью североамериканской фауны миллионы лет, то бизоны, возникшие в ходе эволюции в Азии около двух миллионов лет назад, появились в местной палеонтологической летописи относительно недавно. Они пришли в Северную Америку через Берингов перешеек, названный в честь Берингова моря (которое теперь его затопило), а море, в свою очередь, получило название в честь Витуса Ионассена Беринга, датского первопроходца и картографа, который впоследствии, спустя сотни тысяч лет, прошел тем же маршрутом на корабле.

Палеонтологи XIX и начала XX века не знали точно, когда именно бизоны пересекли Берингов перешеек, но кое-какими данными они все же располагали. Например, ученые знали, что пройти по перешейку можно было только в самые холодные периоды плейстоцена, когда уровень моря опускался ниже нынешнего, поскольку почти вся пресная вода на планете замерзала. Обнажившийся Берингов перешеек представлял собой сплошной коридор свободной от ледников земли, где животные могли свободно перемещаться. По Берингову перешейку переходили и в дальнейшем рассеивались по континентам мамонты, львы, лошади, бизоны, медведи и даже люди – правда, не одновременно и не в одном и том же направлении. Поскольку перешеек поднимался над водой лишь иногда, палеонтологи знали, что бизоны пришли в Северную Америку во время холодной стадии, причем сравнительно недавно. Большинство бизоньих костей, найденных на Северо-Американском континенте, не успели минерализоваться, а значит, они, скорее всего, были не слишком древними. Однако некоторые из них, найденные в зонах более теплого климата, где минерализация происходит быстрее, оказались частично минерализованы, что не могло не сбивать с толку. Палеонтологам требовался надежный способ измерения возраста бизоньих остатков, и в пятидесятые годы прошлого столетия он наконец появился: именно тогда зародилась новая технология – радиоуглеродный анализ.

Радиоуглеродный анализ показывает, давно ли умер тот или иной организм. Эта технология опирается на то, что организмы в процессе роста поглощают из атмосферы углекислый газ и применяют его как строительный материал для создания костей, листьев и прочих своих частей. Точнее, они поглощают два разных изотопа углерода – стабильный углерод-12 и углерод-14, радиоактивный изотоп, который получается, когда космическое излучение бомбардирует верхние слои земной атмосферы. Углерод-14 нестабилен и распадается на углерод-12 с периодом полураспада 5730 лет. После смерти организм перестает поглощать углерод из атмосферы, однако углерод-14 в биологических остатках продолжает распадаться на углерод-12. А значит, отношение углерода-14 к углероду-12 будет с течением времени сокращаться с известной скоростью. Измерив это отношение, мы узнаем, сколько лет прошло с тех пор, как организм перестал поглощать новый углерод-14. Это скажет нам, когда организм умер, а следовательно, сколько лет ископаемой находке.

Хотя радиоуглеродный анализ и произвел революцию в палеонтологии, у этого метода есть свои ограничения. Главное из них – радиоуглеродный анализ можно применять только для изучения возраста относительно молодых древних остатков. Где-то через пятьдесят тысяч лет углерода-14 остается настолько мало, что точное измерение становится невозможным и метод лишь покажет, что находка старше этой величины.

Когда радиоуглеродный анализ применили для оценки возраста старейших бизоньих костей в Северной Америке, большинство их оказалось моложе пятидесяти тысяч лет, однако нашлись и настолько древние, что датировке они не поддавались. Следовательно, бизоны пришли в Северную Америку больше пятидесяти тысяч лет назад. Такое положение вещей сохранялось примерно полвека, пока ответ на загадку не дало секвенирование древней ДНК… а помог в этом вулкан.

В 2013 году Берто Рейес, геолог из Университета провинции Альберта, работая на дальнем севере канадской территории Юкон, нашел замерзшую бизонью ногу, торчавшую из такого же замерзшего утеса. Утес был частью Чьиджи-Блафф, геологического обнажения возле уединенного поселения Олд-Кроу. Кость находилась чуть выше толстого покрывала вулканического пепла – так называемой тефры Олд-Кроу – в отчетливо выделявшемся слое темно-коричневой почвы, который был набит ветками, корнями и другим органическим мусором: именно такие отложения образуются во времена потепления между ледниковыми периодами. Над толстым темным слоем, куда вклинилась кость, лежал мелкозернистый серый слой: подобные отложения накапливаются в ледниковые периоды. Поскольку на образование геологических слоев нужно много времени, Берто заключил, что кость принадлежала животному, жившему в теплый период, предшествовавший ледниковому. Это подсказало ему возраст бизоньей ноги. Однако на протяжении плейстоцена сменилось целых двадцать ледниковых периодов с потеплениями между ними – так как же узнать, к какому именно потеплению принадлежит находка Берто?

Вот тут-то и помог вулкан.

При извержении вулкана в верхние слои атмосферы выбрасываются в виде пепла мелкие осколки камней, стекла и кристаллов. Воздушные течения подхватывают этот пепел и уносят прочь от вулкана, иногда на тысячи километров. В конце концов пепел оседает на землю и покрывает ее, словно снег, слоем толщиной от микроскопических величин до нескольких метров. После этого пепел постепенно размывается дождями, разлетается по ветру, скрывается под слоями других отложений и подвергается воздействию прочих естественных процессов. Проходят тысячелетия, и накопившиеся слои почвы прорезает река, отчего обнажается стена ущелья, на которой между полосами обычного грунта виднеется словно бы случайно попавшее туда белое одеяло. Это белое одеяло и есть пепел – и метка времени: все, что ниже слоя пепла – вся почва, все кости, деревья и прочий органический материал, – попало туда до извержения вулкана, а все, что выше – наслоилось после.

Слои вулканического пепла (тефра) часто встречаются в отложениях ледникового периода на Аляске и в Юконе. Извержения, производящие тефру, происходят на двух ближайших вулканических полях – это Алеутская дуга вместе с регионом полуострова Аляска и вулканическое поле Врангеля на юго-востоке Аляски. Поскольку у каждого вулкана своя сигнатура (характерный химический состав пепла), оседающая при их извержениях тефра имеет особенности, позволяющие связать пепел, обнаруженный на большой территории, с одним и тем же извержением. Для наших целей важно, что частички стекла в пепле позволяют датировать извержение – благодаря методу, похожему на радиоуглеродный анализ и измеряющему радиоактивный распад урана-238. Поскольку период полураспада у урана-238 больше, этот метод позволяет определить даты извержений, произошедших за последние два миллиона лет.

Тефра Олд-Кроу (тефра под тем слоем, где Берто нашел бизонью ногу), по оценкам геологов, возникла примерно 135 000 лет назад. По составу слоев почвы над ней мы знаем, что бизон жил во время потепления перед недавним ледниковым периодом. И еще из геологических данных нам известно, что на протяжении последних 135 000 лет и до наступления последнего ледникового периода существовал лишь один временной промежуток, когда на севере Юкона было достаточно тепло, чтобы могли выжить древесные растения: это было примерно 119 000–125 000 лет назад. Должно быть, именно тогда там и обитал бизон Берто.

Кость из ноги бизона, найденная Берто, – похоже, самые древние датированные ископаемые остатки бизона в Северной Америке. Мы с коллегами искали бизонов в самых разных более древних слоях, богатых ископаемыми, в том числе в тех, которые расположены ниже тефры Олд-Кроу и, следовательно, старше ее. В таких местах часто встречаются кости лошадей, мамонтов и других животных ледникового периода, но бизоньи не попадались никогда. Когда мы секвенировали древнюю ДНК из бизоньей кости, которую нашел Берто, то оказалось, что она вполне соответствует диапазону генетического разнообразия североамериканских бизонов, как вымерших, так и современных, то есть все эти бизоны – потомки той породы, которая пришла по Берингову перешейку. Бизон Берто был одним из первых бизонов, живших в Северной Америке.

Бизоны, вероятно, пересекли Берингов перешеек около 160 000 лет назад, когда он обнажился во время ледникового периода, после которого жил бизон Берто. По мере потепления климата и увеличения площадей травянистых равнин эти животные распространились на восток и на юг по всему континенту, о чем свидетельствуют десятки тысяч ископаемых остатков всевозможных форм и размеров, обнаруженные от Аляски до самого юга (нынешней Северной Мексики) и с запада на восток поперек практически всего континента. Удивительнейшие из них получили подобающее название Bison latifrons – гигантский длиннорогий бизон, размах рогов у которого превышал 210 см от кончика до кончика. Длиннорогие бизоны были более чем вдвое крупнее своих северных современников и – судя по тому, что жили они одновременно с другими видами, которые прекрасно себя чувствовали в теплый межледниковый период, – появились не меньше 125 000 лет назад. Мало того: они так сильно отличаются от остальных бизонов, что некоторые палеонтологи считали их отдельным видом, который пришел по перешейку независимо. Однако, как ни странно, в северной половине континента не нашлось никаких остатков длиннорогого бизона, хотя в этой части мира ископаемых окаменелостей необычайно много. Получается, что если длиннорогие бизоны и впрямь пришли по Берингову перешейку обособленно, то по северной части континента они промчались так быстро, что не оставили по себе даже костей.

Аспиранткой я была уверена, что смогу разрешить эту загадку, если получу ДНК гигантского длиннорогого бизона. Увы, длиннорогие бизоны жили, во-первых, очень давно, а во-вторых, в теплый период – оба эти обстоятельства весьма скверно влияют на сохранность ДНК. Годами я пыталась выделить древнюю ДНК из остатков длиннорогого бизона и отказалась от этой идеи, лишь когда окончила аспирантуру и занялась другими проектами. Но после того как 14 октября 2010 года Джесс Стил случайно перепахал бульдозером тушу мамонта, передо мной вновь замаячили перспективы.

Бригада Стила расширяла водохранилище, которое снабжало водой жителей Сноумэсс-виллидж в Колорадо, откуда рукой подать до лучших горнолыжных склонов Скалистых гор. Когда Стил выдернул из зубьев бульдозера диковинное гигантское ребро, он и не догадывался, что только что открыл едва ли не богатейшие залежи ископаемых остатков в Северной Америке. На место прибыла рабочая группа под эгидой Денверского музея науки и природы и Службы геологии, геодезии и картографии США. Летом 2011 года сотни сотрудников музея и волонтеров и десятки ученых, которым, как и мне, было невмоготу оставаться в стороне, надели ярко-желтые жилеты и глянцевитые белые каски и принялись за раскопки, продлившиеся почти два месяца. В конце концов мы собрали более 35 000 ископаемых остатков растений и животных. В том числе десятков длиннорогих бизонов, а также мастодонтов, мамонтов, гигантских ленивцев, верблюдов, лошадей и мелких животных – саламандр, змей, ящериц, речных выдр и бобров. Все они были в поразительной сохранности. Листья ив и осоки возрастом в сто тысяч лет были еще зеленые, когда мы извлекали их из глины. Мы добыли фрагменты древнего пла́вника длиной до 20 метров. Хитиновые панцири насекомых, раковины моллюсков, чешуя змей во многом сохранили первоначальную яркую окраску. У меня появились веские поводы надеяться, что мы найдем ДНК длиннорогого бизона.

И мы ее нашли – правда, выделить ее нам удалось только из одной кости длиннорогого бизона. Этот бизон, сохранившийся лучше всех, оказался в слое древнего озера, который отложился около 110 000 лет назад. Его ДНК была почти совсем разрушена, но мы тщательно собрали последовательность, которую и смогли добавить к нашей большой базе данных. Когда мы провели дополнительные исследования, места для сомнений не осталось: длиннорогий бизон при всей своей характерной морфологии генетически не отличался от других бизонов. Гигантский длиннорогий бизон оказался не особым видом, а экоморфой – линией, которая имеет особый внешний вид, поскольку приспособилась к другой среде. То, что своими габаритами он вдвое превосходил бизона из Чьиджи-Блафф, скорее всего, объяснялось обильными ресурсами центральной Северной Америки в теплый межледниковый период, когда жили эти звери.

Позднее, когда планета остыла, а травянистые луга исчезли, исчез и длиннорогий бизон. Девяносто тысяч лет назад все бизоны были уже маленькими, а на Северную Америку снова надвинулся ледниковый период. На одном из раскопов в Юконе мы обнаружили тысячи бизоньих костей, связанных с другим слоем вулканического пепла – тефрой Шипкрик, которая отложилась около 77 000 лет назад. Обилие бизонов в этом месте – я имею в виду и общее количество костей, и их распространенность по сравнению с другими животными, в том числе мамонтами и лошадьми, – указывает на то, что популяции бизонов в Юконе в то время были очень многочисленны. В сущности, промежуток между 77 000 лет назад и 35 000 лет назад, когда началась самая холодная часть последнего ледникового периода, имеет смысл назвать «бизоньим пиком».