Использование нейтронов для анализа человеческих останков

Ученые использовали британский нейтронный источник ISIS для разработки методики, позволяющей лучше понять человеческие скелетные останки, подвергшиеся нагреванию.

Как и сегодня, наши древние предки практиковали кремацию, поэтому скелетные останки часто находят в обожженном состоянии. Однако определить, является ли нагревание кости результатом погребальных обрядов или даже ритуального каннибализма, сложно.

Исследователи использовали источник нейтронов и мюонов ISIS Совета по научно-техническому оборудованию (STFC) для разработки новой методики, которая поможет археологам и криминалистам решить эту проблему.

Отражение нейтронов

Группа под руководством Университета Коимбры (Португалия) использовала ISIS для рассеяния нейтронов на образцах человеческой кости, подвергнутых различным степеням нагрева. Целью исследования был анализ костей, нагретых до температур от 200°C до 650°C.

При нагреве до 200°C воссоздаются температуры, достижимые в кухонных сосудах, что дает информацию о потенциальном каннибализме или ритуалах очистки от плоти.

Физические и химические изменения

Изучение этого диапазона температур важно, потому что физические и химические изменения, происходящие при захоронении кости, могут имитировать эффекты слабого нагрева. Это затрудняет различение захороненной и умеренно нагретой кости.

Исследование костей, подвергнутых нагреву в этом диапазоне, является сложной задачей. Пористость кости означает, что образцы, нагретые примерно до 500°C, более хрупкие, чем те, что подверглись более высоким температурам.

Электрически нейтральные нейтроны

Здесь на помощь приходят нейтронные пучки ISIS. Нейтроны используются в подобных исследованиях, потому что они электрически нейтральны и могут проникать в материалы, не повреждая их.

Доктор Стюарт Паркер, старший научный сотрудник ISIS, отметил: "Это было увлекательное исследование, которое действительно демонстрирует широту применения нейтронной науки. Нейтроны предоставляют неразрушающий способ получения уникальной информации о материалах — от катализаторов и материалов для электронной промышленности до биологических образцов".

Влияние кислорода

Полученные данные показали, что структурные изменения в кости варьировались в зависимости от количества кислорода, которому подвергался образец. Чем больше воздействие кислорода, тем при более низкой температуре происходили вызванные нагревом изменения, такие как разрушение жиров и белков.

Новое исследование основано на предыдущей работе команды, изучавшей влияние более экстремального нагрева (до 1000°C) на структуру кости. Теперь у команды есть данные, охватывающие диапазон температур от 200°C до 1000°C.

Комплексный каталог изменений

Все это обеспечивает комплексный каталог изменений, вызванных нагревом. Он потенциально позволит археологам определить, подвергались ли останки воздействию низких температур (например, при приготовлении пищи) или высоких температур (при кремации).

Исследование также может помочь в интерпретации процессов минерализации кости при фоссилизации (окаменении), что позволит лучше понять биологию вымерших позвоночных.

Криминалистическое применение

Помимо археологии, эта работа может быть применена в криминалистике, когда обнаруживаются кости, подвергшиеся воздействию огня.

Когда на месте преступления или аварии находят человеческие останки, первоочередная задача следователей — установить личность. Если это невозможно сделать по внешним признакам (черты лица, цвет волос), судмедэксперты обращаются к:

• стоматологическим записям,
• отпечаткам пальцев,
• ДНК.

Однако если останки представлены только скелетом, установить личность сложнее, и приоритет смещается на определение:

• пола,
• возраста на момент смерти,
• общих физических характеристик, таких как рост.

Измерение размеров костей

Это делается путем измерения размеров костей и сравнения этих размеров с известными маркерами возраста и пола, например, шириной тазовых костей. Затем эти параметры можно сопоставить с данными пропавших без вести.

Однако эта задача сильно усложняется, если останки подверглись интенсивному нагреву, как при авиакатастрофе или пожаре в доме.

Нагретые кости деформируются и сжимаются

При нагревании кости деформируются и сжимаются, что меняет их размеры и сильно затрудняет определение возраста, пола и роста.

Данная работа позволит ученым точно оценить, какие изменения происходят в структуре кости при нагревании. Идея в том, что, зная, как кость меняется при горении, можно будет "повернуть время вспять" и экстраполировать исходную, необожженную форму кости по ее обгоревшему состоянию.