В первый год проекта проведены комплексные био- и аминостратиграфические исследования плейстоцена юга Восточной Европы и Восточной Англии с использованием ископаемых раковин моллюсков. Результаты предварительных анализов подтвердили высокую сходимость последовательности местонахождений при независимом использовании геолого-биостратиграфического и аминостратиграфического методов. Для юга Европейской России показана стабильная работа аминокислотного геохронометра по кальцитовым оперкулумам пресноводных брюхоногих моллюсков в интервале от второй половины раннего плейстоцена до современности. Подтверждена не только очередность существования фаун и формирования отложений в регионе исследования, но также и наиболее заметные пробелы в палеонтологической летописи в середине среднего (300-400 тыс. л.н.) и в начале второй половины раннего плейстоцена (1,8-1,5 млн л.н.). Для первой половины раннего плейстоцена (гелазия) получены противоречивые данные, что свидетельствует о близости к точке остановки геохронометра. Аминостратиграфическое исследование фаун тираспольского фаунистического комплекса, связанные в восточном Приазовье с танаисской «палюдиновой свитой» подтвердило их принадлежность к самому началу среднего плейстоцена (0,8-0,7 млн. лет). Для нескольких местонахождений показано присутствие ископаемых с более сильными показателями рацемизации, по сравнению с основной группой фоссилий. Такие наблюдения интерпретируются как случаи переотложения оперкулумов моллюсков. В одном случае это подтверждено также присутствием переотложенных остатков грызунов. Пилотное изучение коэффициента рацемизации аминокислот в небольшой выборки образцов эмали ископаемых слонов мамонтовой эволюционной линии также показало достоверную сходимость био- и аминстратиграфических данных, а также больший, чем у моллюсков, интервал работоспособности метода, включая весь ранний плейстоцен.

Результаты, полученные за первый годовой этап выполнения проекта

Проведены комплексные био- и аминостратиграфические исследования плейстоцена юга Восточной Европы и Восточной Англии с использованием ископаемых раковин моллюсков.

Из 26 стратиграфических уровней в 16 местонахождениях позднего плиоцена — позднего плейстоцена, отнесенных к подразделениям региональной биохронологической шкалы Восточной Европы (MNR/MQR зоны, Тесаков, 2004) [РИС.A], были отобран раковинный материал для аминостратиграического исследования.

В нашем исследовании раковинный материал представлен оперкулумами (крышечками) брюхоногих пресноводных моллюсков сем. Bithyniidae. Эти раковинные структуры построены из кальцита (в отличии от арагонита большинства раковин), чья более упорядоченная кристаллическая решетка образует закрытую геохимическую систему для внутрикристаллитовых органических молекул. Рацемизация аминокислот в такой системе зависит только от времени и температуры. Изученные крышечки по морфологии относятся к двум близким родам — Bithynia и Parafossarulus [РИС.1].

Проведено специальное сравнительное исследование для местонахождений, где присутствуют оба рода, показавшее сравнимые результаты по уровням рацемизации аминокислот. Более подробно методическая основа исследований описана в заявке проекта. Исследования по аминокислотному датированию ископаемых находятся на переднем крае современной науки и сотрудничество с британскими коллегами, обладающими приборной базой последнего поколения и высокой научно-исследовательской компетенцией, позволяют рассматривать настоящих проект как обладающий высокой степенью новизны. Основой исследований являются определения степени деградации (рацемизации) четырех аминокислот (аланин - Ala, аспарагин [+аспарагиновая кислота] - Glx, глутамин [+глутаминовая кислота] - Glx, валин - Val). Скорости рацемизации аминокислот во времени неодинаковы: в выбранном наборе наиболее быстрой рацемизацией характеризуется аспарагин, за ним следует аланин, а наиболее «медленными» являются глутамин и валин. Это дает возможность получать большее временное разрешение в определенных участках шкалы геологического времени при использовании разных аминокислот, а также осуществлять взаимопроверку аминохронометров. Степень рацемизации от прижизненного 100% содержания левых изомеров («ноль хронометра») постепенно достигает соотношения 50 на 50% правых и левых изомеров (остановка хронометра). Коэффициент D/L градуирован в интервале от 0 (все левые изомеры) в современном материале до 1.0 (50 на 50% правых и левых) в древнем раковинном материале. На первичных графиках распределение точек значения коэффициента даны для суммарных гидролизируемых аминокислот (THAA, ордината) и свободных аминокислот (FAA, абсцисса). Линейная зависимость между THAA и FAA во времени дает дополнительную проверку степени закрытости геохимической системы.

В апреле 2018 г. по материалам рабочей встречи (К.Пенкман и российские участники) был сделан доклад на секции четвертичной палеонтологии в рамках ежегодной сессии Палеонтологического общества в г. Санкт-Петербурге. На этом этапе развития проекта была продемонстрирована устойчивая корреляция уровней рацемизации древних аминокислот и биохронов региональной биостратиграфической шкалы. Были исследованы пробы из местонахождений независимо датированных с помощью методов региональной геологии, палеомагнетизма и биостратиграфии. Из каждой точки было изучена по нескольку экземпляров оперкулумов. Полученные данные показали распределение значений коэффициента рацемизации от 0,1-0,2 до 1 неслучайным образом. В большинстве случаев проба из более древнего биохрона показала и более высокие значения рацемизации аминокислот. Как и было показано в литературе для плейстоцена Великобритании и прилежащей части континентальной Европы (Penkman et al., 2011), наиболее «быстрая» аминокислота — аспарагин демонстрирует высокую степень деградации от прижизненных уровней до значений между 0,8 и 1,0 для всех проб в интервале времени 3-0,5 млн лет. Хорошее разрешение для этого аминохронометра демонстрируется в интервале конца среднего — позднего плейстоцена [РИС.2] где четко различаются облака точек, отвечающие местонахождениям «рисской» эпохи (Беглица, Лебяжий) и пост-микулинскому уровню Синего Яра.

Таким образом, проверена очередность существования фаун и формирования отложений в регионе исследования.

Всего на данном этапе исследования изучены пробы с 26 стратиграфических уровней из 16 местонахождений. Всего, с учетом множественности наблюдений для каждой точки, проведено более 300 измерений. Определен интервал надежной работы аминостратиграфического метода на основе изучения кальцитовых оперкулумов брюхоногих моллюсков семейства Bithyniidae. В регионе юга Европейской России (Нижний Дон, Приазовье, Северный Кавказ) достоверное соответствие амино- и биостратиграфических данных наблюдается в интервале последних 1.5 млн лет.

Полученный массив данных позволил сделать несколько выводов по структуре изучаемой палеонтолгической летописи. В интервале первой половины раннего плейстоцена получены противоречивые данные с инверсиями и отскоками данных по местонахождениям по сравнению с биостратиграфической последовательностью. Хотя коэффициенты рацемизации для проб этого интервала еще не предельные (0,8-1,0), все говорит о том, что вблизи зоны остановки геохронометра его надежность резко падает. Подтверждено существование двух наиболее протяженных пробелов в палеонтологической летописи в середине среднего (300-400 тыс. л.н.) - [РИС.2-4] и в начале второй половины раннего плейстоцена (1,8-1,5 млн л.н.) - [РИС.4-5]. На основе наиболее богатой палеонтологической летописи начала среднего плейстоцена Приазовья проведено аминостратиграфический анализ положения фаун тираспольского фаунистического комплекса, связанные в восточном Приазовье с танаисской «палюдиновой свитой». Были изучены пробы из местонахождений Платово, Стефанидар, Семибалки 2, Таганрог, Зеленый. Результаты подтвердили их принадлежность к самому началу среднего плейстоцена (0,8-0,7 млн. лет) [РИС.4-5].

Удалось также впервые оценить масштаб переотложения ископаемых в флювиальных осадочных свитах региона и идентифицировать конкретные стратиграфические уровни, с которых произошло переотложение. Так для нескольких местонахождений (Платово, Семибалки 1, 2, Маргаритово 2) показано присутствие ископаемых с более сильными показателями рацемизации, по сравнению с основной группой фоссилий [РИС.5]. Такие наблюдения интерпретируются как случаи переотложения оперкулумов моллюсков. В одном случае (Платово) это подтверждено также присутствием переотложенных остатков грызунов.

Проведено пилотное изучение коэффициента рацемизации аминокислот в небольшой выборки образцов эмали ископаемых слонов мамонтовой эволюционной линии также показало достоверную сходимость био- и аминостратиграфических данных, а также больший, чем у моллюсков, интервал работоспособности метода, включая весь ранний плейстоцен [РИС.6].

Рис. 6. Диаграмма рацемизации аминокислот аспарагин+аспарагиновая кислота (Asx), аланин (Ala), глутамин+глутаминовая кислота (Glx), фенилаланин (Phe) в осях совокупного состава аминокислот (THAA) и свободных аминокислот (FAA). Справа даны обозначения выборок из изученных местонахождений. Kermek, Khapry, Psekups: Archidiskodon meridionalis; Sarkel, Sinyay Balka: A.m.tamanensis; Zekenyi, Beglitsa: Mammuthus ex gr. trogontherii; Nechereziy: Mammuthus primigenius.

В ходе поездки в Великобританию (ноябрь 2018) российские участники проекта ознакомились с лабораторной и приборной базой Химического факультета Университета Йорка, изучили вместе с британскими коллегами типовые разрезы раннего и среднего плейстоцена Восточной Англии, изучили сравнительные коллекции раковин ископаемых моллюсков и костных остатков млекопитающих в фондах Музея Естественной истории в Лондоне, провели рабочую встречу где были обсуждены полученные в первый год результаты и намечены совместные работы на 2019 г.

Проведены предварительные переговоры с учеными из нескольких научных организаций РАН и Министерства высшего образования (Институт элементоорганических соединений им. Несмеянова РАН, Физфак МГУ и др.) с целью поиска лабораторно-приборной и научной базы для аминостатиграфических исследований в нашей стране. На данном этапе выяснилось, что в большинстве организаций, ведущих работы по молекулярной хиральности, отсутствует современная приборная база. Поиски российских партнеров будут продолжены.