Диагенез (разложение) костей

Строение и химические свойства костей

Кость — это композитный материал, состоящий из минерального компонента (гидроксиапатита) и органического компонента (в основном коллагена). В сухом виде приблизительно 20% костной ткани приходится на органический компонент. В структуре костной ткани минеральный и органический компоненты тесно взаимосвязаны, и каждый из них наделяет ее важными свойствами, такими как прочность и эластичность. Повреждение одного компонента ослабляет и другой. Это особенно важно для изучения деградации костной ткани.

К структурными элементами кости так же относятся минеральные пластинчатые кристаллы карбоната. Этот материал часто относят к гидроксиапатиту (химическая формула Ca10(PO4)6(OH)2), однако структура этого минерала сложнее, чем показывает формула: соотношение кальция и фосфора в нем непостоянно, а в состав входят и другие ионы, в том числе кремния и цинка. Важно отметить следующее:

• кристаллы в составе костной ткани имеют крошечный размер, около 10—50 нанометров;
• костная ткань построена из апатита, который носит название биоапатит. Он может обмениваться химическими элементами с окружающей средой.

В живом организме костная ткань — благодаря описанной структуре апатита — может включать в свой состав химические элементы и обмениваться ими с теми элементами, которые обычно присутствуют в организме. При жизни человека это важно, так как скелет играет роль депо необходимых минеральных веществ. После смерти эти свойства сохраняются, и кость не теряет реакционноспособность — таким образом, она непрерывно меняется даже после смерти.

Существует распространенное заблуждение, будто скелет легко растворяется в земле; мы удивлены тому, насколько распространено это мнение. В некоторых условиях скелет может сохраняться после захоронения многие тысячи лет. Однако, как мы уже знаем, кость очень реакционноспособна. Изменения, происходящие с костной тканью во время жизни, называются биогенез, а изменения после смерти — диагенез. В этом разделе основное внимание будет уделено диагенезу, так как он может значительно повлиять на методы судебной археологии и антропологии.

Диагенез

Когда тело находится в земле, на диагенез влияет множество различных факторов. Они воздействуют на тело одновременно и иногда оказывают влияние друг на друга. Локальная среда захоронения (включающая в себя местные особенности геологии, климата и движения грунтовых вод) оказывает огромное влияние на степень и скорость изменений при диагенезе. Реакция окружающей почвы (ее кислотность или щелочность) — это, вероятно, наиболее важный фактор, определяющих степень таких изменений: в щелочных почвах кость сохраняется хорошо, а в кислых — разрушается быстрее.

На следующих изображениях показаны раннесредневековые скелеты (давностью приблизительно 1000—1300 лет), найденные в Соединенном Королевстве. Скелеты имеют схожую давность, однако различия в сохранности огромны. Действительно: на верхней фотографии с раскопок в некрополе Саттон-Ху (авторское право — Alan Hawkes) видно, что скелет отсутствует, а тело представлено лишь участком песка, окрашенным органическими веществами. Это крайне ограничивает объем антропологической информации, которую можно получить. Напротив, скелет, показанный на нижнем изображении из Линдисфарна (авторское право — Davit Petts), прекрасно сохранился, и о нем можно получить множество информации.

Биологические изменения

Одними из первых происходят изменения биологической структуры костной ткани. Эти биологические изменения могут быть вызваны множеством факторов, а на целостность строения костной ткани может существенно повлиять жизнедеятельность бактерий и грибов.

Химические изменения

Кость — это прекрасная ионная губка: она очень реакционноспособна, а входящие в ее состав химические элементы могут замещаться. Когда кость находится в земле, ее химический состав начинает сближаться с составом окружающей почвы. Кроме того, контаминации кости могут способствовать находящиеся в земле предметы, в частности изделия из металла.

Следует отметить, что процессы диагенеза воздействуют на разные кости скелета по-разному. Скелет состоит из костной ткани различных типов.

• Компактное (корковое) вещество кости

Более плотная компактная костная ткань (более высокая ее доля приходится на трубчатые кости и кости черепа) образует наружную оболочку всех костей. Это наиболее плотная форма костной ткани. На нее в меньшей степени влияют некоторые факторы диагенеза, так как она сильнее минерализована и менее пориста.

• Губчатое (трабекулярное) вещество кости

Напротив, кости, в которых более высокая доля приходится на губчатое, или трабекулярное, вещество (например, позвонки, кости таза, ребра), более подвержены диагенезу, так как они более пористы (см. изображение ниже).