Kapitel 2: Kohlenstoff-Datierung

Wann hat das Mammut in Nordamerika und Eurasien gelebt? Wann ist es ausgestorben? Vor wie vielen Jahren? Die Geologen sagen, das Mammut habe während des späten Pleistozäns gelebt. Und es sei dann am Ende des späten Pleistozäns, Anfang des Holozäns ausgestorben. Ihre geologische Zeitrechnung über die späte Pleistozän-Holozän-Periode beruht hauptsächlich auf der Kohlenstoffdatierung. Diese Daten haben sie von den Überresten von Pflanzen und Tieren gewonnen und von den Sedimenten in Seen und Teichen in enteisten Gebieten. Diese spätpleistozäne Zeitrechnung benutzen die Geologen jetzt überall in die Welt. – Aber wie zuverlässig sind diese Kohlenstoffdatierungen, die sie von den Überresten des Mammuts, von Holz und Erde aus dieser Zeit gewonnen haben? Wie vertrauenswürdig sind sie?

Die Kohlenstoffdatierung hat man auch bei alt-indianischen Skeletten angewandt. Zuerst datierte man sie als spätpleistozän. Dann als holozän. Auch Knochenwerkzeuge, wie den berühmten Old Crow Fellschaber (flesher) vom nördlichen Yukon, haben sie mit der Kohlenstoffmethode datieren lassen. Paläo-Indianer im nördlichen Yukon Territorium machten Werkzeuge aus Knochen. Man datierte sie mit der Kohlenstoffmethode. Zuerst sollten diese Knochenwerkzeuge aus dem späten Pleistozän stammen. Sie sollten 26.000 Jahre alt sein. Dann datierte man sie noch einmal. Jetzt sind sie nur noch 1.359 Jahre alt. Sie stammen aus dem Holozän (Nelson, D. E. et al. 1986:749, 750).

Die Kohlenstoffdatierungen vom Manitoba See, in Ostkanada, sind auch ganz berühmt geworden. Alter Kohlenstoff ist dort mit neuem Kohlenstoff gemischt. Der Kohlenstoff-Fehler beträgt dort mehr als 25.000 Jahre (Nambudiri, E.M.V. et al. 1980:125). Wenn man Schmelzwasser-Sedimente in enteisten Gebieten datiert, erhält man auch keine zuverlässigen Daten. Die Daten sind zu alt (D. G. Sutherland, 1980:142-148). Es gibt Probleme beim Datieren von Sedimenten. „Keine molekulare Fraktion und kein Vorbehandlungsprotokoll wird die Genauigkeit einer ¹⁴C Messung garantieren.“ T. W. Stafford et al. (1991:161).

Kollagen datieren

Kollagen ist ein Protein. Man findet es auch im Knochen. Es spaltet immer mehr seine Proteine, und sie sickern dann heraus. Fremde Moleküle und Atome sickern aus dem umliegenden Bodenwasser herein. Sie füllen den leeren Raum im ausgelaugten Knochen aus. – Wie schnell laugt das Wasser den Knochen aus, und bei welcher Temperatur?

P. E. Hare, Geophysisches Laboratorium, Carnegie Institution von Washington, Washington, D.C., berichtet über die „Organische Geochemie von Knochen und ihre Verbindung zum Überleben von Knochen in der natürlichen Umgebung“:

„Anders als moderne Knochen, schwanken fossile Knochen sehr in ihrer Aminosäure-Zusammensetzung. Im allgemeinen, für eine konstante Umgebung: Je älter der fossile Knochen ist, um so weniger organische Materie enthält er, und daher auch um so weniger Aminosäure je Gramm Knochen. Die verhältnismäßige Aminosäure-Zusammensetzung zeigt auch äußerste Variationen und schwankt von kollagenähnlichen Mustern bis zu nicht-Kollagen-Aminosäure-Mustern.“ (1980:209).

„Aber in den meisten natürlichen Umgebungen ist Wasser im Überfluss vorhanden, wenigstens periodisch. Und dieses Wasser laugt die löslichen Bestandteile aus. Um das zu simulieren, erhitzten wir Knochenstücke in verschiedenen Mengen von Wasser. In einer Folge von Experimenten veränderten wir das umliegende Wasser oft, so dass die Knochenstücke die meiste Zeit über im frischen Wasser lagen. Die simulierten diagenetischen (umgestellten chemischen) Änderungen, die entstanden, als wir die Knochen erhitzten, variierten dramatisch. Je nachdem, ob oder ob nicht Wasser vorhanden war und wie viel. ... Die Knochenstücke, die wir erhitzten, wenn kein Wasser vorhanden war, sahen beinahe ebenso aus, wie die nicht erhitzten Stücke. Sie hatten keinen Stickstoff verloren. Und ihre Aminosäuren waren nur wenig racemiert (optisch gemischt) oder gar nicht.

„Die Proben dagegen, die wir in Wasser oder Wasserdampf erhitzten, die natürlich im Knochen vorhanden ist (indigenous water or water-vopor) zeigte den höchsten Grad von Aminosäure-Racemierung von allen experimentellen Simulationssystemen. Obwohl sie Mengen von Stickstoff enthielten, die denen des modernen Knochens ähnelten. Das ist das geschlossene Systemmodell, in dem die racemische Aminosäure und die Peptiden von zerbrochenem Protein im Knochenmaterial bleiben.

„Wenn flüssiges Wasser vorhanden ist, entstehen weitere dramatische Wirkungen durch das Auslaugen. Wenn das Verhältnis von Wasser zu Knochen 10 bis 1 ist, wird etwa 85% des Proteins aus dem Knochen ausgelaugt. Und im Experiment, in dem wir das Wasser oft erneuerten, wurde 95% des Proteins ausgelaugt. Je mehr Proteinmaterial ausgelaugt wird, um so mehr verringert sich das Verhältnis von D-und L-Amino Säuren (prozentige Racemization) im Knochenfragment, weil dann mehr D-Aminosäuren in das Wasser ausgelaugt werden.“ (1980:213).

„Die meisten Knochen aus natürlichen Umgebungen zeigen, dass sich ihr Proteinmaterial verringert hat. So scheint es vernünftig anzunehmen, dass sie etwas ausgelaugt worden sind. Wenn ein großer Teil der freien Aminosäuren in fossilen Knochen ist, ist er wahrscheinlich ausgelaugt worden. Im Wasserdampf-Experiment werden mit der Zeit immer mehr freie Aminosäuren ausgelaugt, die von zerfallenen Proteinen stammen. In den ständig ausgelaugten Proben stellten wir keine bedeutungsvollen Niveaus fest. Das scheint davon abzuhängen, wie schnell das Protein zerfällt, und nicht davon, wie schnell die Bruchstücke ausgelaugt werden.

„Das bedeutet, dass selbst gelegentliches oder periodisches Auslaugen die Bruchstücke, die durch die Reaktion mit dem Wasserdampf in ‚trockenen‘ Zeiten entstehen, schnell genug entfernen würden. Das könnte man im Feld an Knochen überprüfen, und zwar, nach einer längeren Trockenzeit und nach dem nächsten Regen.“ (1980:217).

„Quantitative Beobachtungen während der Simulations-Experimente zeigten, dass, wenn Wasser mit dem Protein in den Knochenstücken reagierte, die Stücke immer kreidehaltiger und leichter wurden, und dass man sie immer leichter auseinander brechen konnte. Die Proben, die stark ausgelaugt worden waren, konnte man gewöhnlich leicht zerbrechen und zerschneiden.

„Fossile Knochen aus dem Pleistozän sind oft viel härter und stärker, als jüngere Fossilien. In diesen Fällen ist die Mikrostruktur der Knochen gestärkt worden. Oder in einigen Fällen haben Mineralien, die aus dem Bodenwasser stammen, sie ganz ersetzt. Strukturelle Details der ursprünglichen Mikrostruktur des Knochens werden oft bewahrt, im Gegensatz zu den organischen Bestandteilen des Knochens, die fast ganz fehlen.

„Viele der chemischen Änderungen, die wir innerhalb von Minuten oder Stunden beim Experiment im Laboratorium bei relativ hohen Temperaturen beobachteten, (75°-150°C), sollten innerhalb einiger Jahre bei Umwelttemperaturen wahrnehmbar sein (15°-20°C).“ Hare, P. E. (1980:218, 219).

Ergebnis: Sogar gelegentliches oder periodisches Auslaugen würde die Bruchstücke schnell genug entfernen, wenn sie in der ‚trockenen‘ Zeit mit dem Wasserdampf reagieren. Wenn flüssiges Wasser vorhanden ist: Ist das Verhältnis von Wasser zum Knochen 10 bis 1 ist, wird es 85% des Proteins aus dem Knochen auslaugen. Erneuert man das Wasser oft, wird es 95% des Proteins auslaugen.

Kohlenstoff in ausgelaugtem Knochen ersetzt

Richard Gillespie, Abt. für Biogeographie und Geomorphologie an der Australischen Nationalen Universität, in Canberra, sagt über die „Grundlagen der Chemie bei Knochenabbau: Kollagen ist nicht ‚der Weg‘,“ in der berühmten wissenschaftlichen Zeitschrift Radiocarbon:

„Kollagen hydrolysiert sehr leicht (spaltet sich sehr leicht ab) in saurer, neutraler oder basischer Umgebung. Und das führt dann zu vielen freien polaren Endgruppen. Das Gelierungsverfahren, das von einigen Laboratorien benutzt wird, ist eine partielle ätzende Hydrolyse. Es sind die polaren Rückstände, welche die Kollagen-Polymere quer verbinden. Und sie können sich auch (wenn durch Hydrolyse befreit) mit anderen Aminosäuren, Zuckern, und so weiter, in der Umgebung verbinden. Dann entsteht ein verunreinigtes Protein. Man kann es nicht mit den Methoden, die man jetzt kennt, reinigen. Früher hat man geglaubt, dass Aminosäuren nicht ihren Kohlenstoff umkehrbar austauschen. Aber jetzt hat man festgestellt, dass es einen Austausch durch umkehrbare Decarboxylase gibt (Barret, 1985).

„Durch Arbeiten, die man veröffentlicht hat, ist es auch klar, dass sich fossiles Kollagen nicht wie modernes Kollagen benimmt, wahrscheinlich durch Abbau und diagenetische Änderungen. Vielleicht sind die Tage für Kollagen gezählt, mindestens für stark abgebauten Knochen, wo man die neueren biochemischen Techniken bei nicht-kollagenen Knochen und Blut-Proteinen anwenden kann.“ - Gillespie, R. (1989: 242, 245).

Alaska Mammut Haar

Wie gut haben sich die Haare des Alaska Mammuts erhalten? Was haben Wissenschaftler darüber herausgefunden?

J. M. Gillespie berichtet in der Zeitschrift Science: „Haare von einem Mammut (Mammuthus primigenius), etwa 32.000 Jahre alt, behalten die geordnete Struktur, die für a-Keratine charakteristisch ist. Aber die Proteine dieser Haare unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung vom Mammuthaar. Und sie sind kleiner als ähnliche Proteine von anderen Keratinen, zum Beispiel, Elefantenhaar. Es scheint, dass begrenzte Proteolyse (Eiweißabbau) sie verändert hat.

„Eine Gelegenheit, das zu prüfen, entstand, als Professor Troy L. Péwé uns Mammuthaar schenkte. Diese Haare erhielten wir im Jahr 1951 von den Überreste eines Mammuts (Mammuthus primigenius), das man im Dome Creek, Alaska, entdeckt hat. Es wurde mit der Kohlenstoff Methode auf 32.700 +/- 980 Jahre v.h. datiert. Für vergleichende Zwecke benutzten wir die Haare des eng verwandten Indischen Elefanten, Elephas maximus.“ (1970:1100).

„Die Aminosäure Analysen vom Mammuthaar und seine Proteine zeigten, dass sie sich von denjenigen des Elefantenhaares und seinen Proteinen unterschieden. Das Mammuthaar scheint einige Aminosäure-Rückstände verloren zu haben. Die Größe und Zusammenstellung scheint durch begrenzte enzymatische Proteolyse verwandelt worden zu sein.

„Wir schlagen deshalb vor, dass Proteolyse die Proteinketten bei einer Anzahl von Punkten gespalten hat. Dadurch entstand dann ein Satz von Peptiden verschiedener Größen. Kleine Peptide wurden vielleicht aus der Faser ausgelaugt. Größere Peptide, auch querverbundene Cystin-Peptide, können vielleicht die Zell-Membranen nicht durchdringen. Oder vielleicht halten die molekularen Wechselwirkungen sie fest. So könnte sich seine Zusammensetzung sehr verwandelt haben, während sich die physische Struktur der Faser und ihr Cystingehalt nur sehr wenig verändert hat.

„Ein möglicher Abbauagent ist nicht schwer zu finden. Denn, wie Farrand erklärt hat, sind die meisten Mammute mehr oder weniger beträchtlich verwest, bevor sie gefroren. Und es erscheint, dass dieses Dome Creek Mammut sehr stark beschädigt worden ist. Der faule Geruch von vielen Mammut Kadavern und im umliegenden Boden beweist ganz klar die Existenz von proteolytischen Enzymen in der Umgebung der Haare. Es wäre interessant, festzustellen, ob die Haare von Mammuten, das später gelebt haben, oder von einem der besser bewahrten sibirischen Exemplare, weniger beschädigt wurden.“ - Gillespie, J. M. (1970:1101).