Лук и стрелы изобрели 80 000 лет назад на территории современного Узбекистана? Что нашли в гроте Оби-Рахмат

История охотничьего вооружения — это последовательное увеличение дистанции между человеком и его добычей. Чем дальше охотник находится от опасного зверя, тем ниже риск получить травму и тем выше шансы на успешную добычу мяса. Десятилетиями в археологии господствовала четкая схема: древние люди среднего палеолита (в первую очередь неандертальцы) охотились с тяжелыми деревянными копьями, которыми наносили прямые удары в упор или бросали их рукой на расстояние нескольких шагов. Легкое дистанционное оружие с механическим разгоном — лук и стрелы, а также копьеметалка — считалось исключительным изобретением человека современного вида (Homo sapiens), появившимся уже на следующем историческом этапе, в верхнем палеолите.

Новые результаты анализа каменных артефактов из грота Оби-Рахмат в Узбекистане разрушают эту схему. Международный исследовательский коллектив с участием специалистов из Франции, России, Казахстана и Узбекистана опубликовал в журнале PLoS ONE данные изучения древнейших слоев этой стоянки. Возраст находок составляет около 80 тысяч лет. Среди тысяч каменных сколов ученые обнаружили изделия, параметры которых соответствуют законам аэродинамики и физики полета стрелы. Если эти выводы окончательно подтвердит научное сообщество, историю лука придется сдвинуть в прошлое более чем на двадцать пять тысячелетий.

Грот Оби-Рахмат: сорок тысяч лет непрерывной летописи

Грот Оби-Рахмат расположен в северо-восточной части Узбекистана, в долине реки Палтау, на юго-западных отрогах Чаткальского хребта Тянь-Шаня. Памятник находится на высоте 1250 метров над уровнем моря. Он представляет собой скальный навес шириной двадцать метров и глубиной девять метров, обращенный на юг.

Толща отложений внутри грота достигает десяти метров. Это двадцать один последовательный слой, формировавшийся в течение 40 тысяч лет — примерно от 90 до 40 тысяч лет назад. В этих отложениях нет пустых прослоек: древние люди приходили сюда регулярно. Местность давала охотникам постоянные ресурсы: чистую воду, естественное укрытие, выходы окремненного известняка для изготовления орудий и хороший обзор горных склонов.

Основу фауны Оби-Рахмата составляют копытные животные открытых горных ландшафтов: сибирский горный козел (козерог) и благородный олень. Реже встречаются остатки косули, кабана, лисицы, зайца и сурка. Охота на горного козерога требует особых навыков: эти животные держатся скалистых склонов и обладают острым зрением. Подобраться к ним на расстояние удара тяжелым ручным копьем крайне сложно. Чтобы регулярно добывать таких животных, требовались инструменты, способные поражать цель на значительном удалении.

Команда исследователей сосредоточила внимание на материалах из самых нижних горизонтов стоянки — слоев 20 и 21. Их возраст, определенный серией физико-химических методов (радиоуглеродным и методом электронного парамагнитного резонанса), составляет около 80 тысяч лет назад.

Трасология: как отличить наконечник стрелы от бытового ножа

Главная проблема при изучении каменных орудий палеолита состоит в том, что внешний вид предмета может вводить в заблуждение. Простой треугольный отщеп из кремня или известняка мог служить наконечником копья, но мог использоваться и для разделки туши, чистки шкур, строгания дерева или сбора растений.

Чтобы выяснить реальное назначение предметов, ученые используют трасологию — дисциплину, которая изучает следы работы и повреждения на поверхности камня под сильным оптическим увеличением. Авторы работы применили комплекс аналитических методов:

1. Оптическая микроскопия. Поверхности орудий исследовали под микроскопом с увеличением от 50 до 500 крат в отраженном свете.
2. Трехмерное сканирование. Для каждого подозрительного предмета построили высокоточную трехмерную цифровую модель с помощью структурированного подсвета. Это позволило измерить углы сколов, сечение и кривизну граней с точностью до долей миллиметра.
3. Сравнение с экспериментом. Полученные следы сопоставили с эталонной базой из более чем пятисот каменных наконечников, которыми в ходе научных экспериментов стреляли из луков, метали с помощью копьеметалок и наносили удары вручную по тушам животных.

При ударе о плотное тело (мягкие ткани, хрящи и кости) наконечник испытывает сильнейшие нагрузки, которых не бывает при обычном строгании или скоблении. В момент попадания на острие одновременно действуют силы прямого сжатия и бокового изгиба.

Камень разрушается строго определенным образом. На его вершине возникают так называемые изгибные переломы со специфическими окончаниями:

• Ступенчатые переломы: край излома обрывается резкой поперечной ступенькой.
• Шарнирные переломы: линия излома плавно закругляется наружу.
• Сколы отрыва: от места основного перелома вдоль грани отделяется узкий вторичный осколок.

Кроме макроскопических сломов, на контактных зонах возникают микроскопические линейные следы удара (в международной терминологии — MLIT). Это тончайшие параллельные царапины и полосы истирания, идущие строго вдоль оси движения снаряда. Они образуются, когда острие на высокой скорости раздвигает плотные волокна мышц и задевает минеральные частицы или край кости.

Из коллекции слоев 20 и 21 исследователи отобрали двадцать изделий с несомненными следами ударов. Их разделили на три четкие категории:

• Крупные массивные острия: вес от 25 до 35 граммов, ширина около 40 миллиметров. Вершины этих орудий несут следы мощного дробления при прямом сжатии, а на одном экземпляре зафиксирован поперечный излом, возникающий из-за действия длинного и тяжелого деревянного древка как рычага. Это наконечники тяжелых ручных копий или метательных пик.
• Пластинки и микропластинки: узкие кремневые полоски с ретушью или следами подправки. По характеру боковых сколов они соответствуют боковым вкладышам, которые вставляли в пазы деревянной или костяной основы для удлинения режущей кромки.
• Треугольные микроостроконечники: девять неретушированных и один ретушированный экземпляр. Их средняя масса составляет 1,4 грамма (минимальная — 0,7 грамма, максимальная — 2,5 грамма), а средняя ширина — 18,2 миллиметра. На двух образцах одновременно зафиксированы продольные изломы острия и микроскопические линейные следы высокоскоростного удара.

Механика и аэродинамика: почему эти острия не подходят для дротика

Главная часть исследования посвящена расчету того, частью какого именно оружия могли быть эти микроостроконечники. Метательные орудия делятся на три основные группы:

1. Копье, бросаемое рукой.
2. Дротик, запускаемый с помощью копьеметалки (атлатля).
3. Стрела, выпускаемая из лука.

Эти три типа снарядов принципиально различаются по массе, скорости и распределению энергии. Механические параметры наконечника жестко привязаны к характеристикам древка. Ошибочно думать, что охотник мог произвольно насадить легкий камешек на тяжелый дротик или массивный наконечник на тонкую стрелу. Такая система просто не будет работать в реальных условиях.

Первый закон механики стрелы связан с диаметром древка. У стрелы есть критический показатель — динамическая гибкость (в баллистике она называется словом спайн, от английского spine). Когда натянутая тетива лука отпускается, она толкает хвостовик стрелы вперед с огромным ускорением. Наконечник из-за собственной инерции в первую долю секунды остается на месте. Стрела сжимается вдоль оси и начинает изгибаться волной.

Если деревянный стержень сделать слишком тонким, он переломится в момент запуска или будет совершать беспорядочные колебания в воздухе, потеряв полезную силу. Если стержень сделать излишне толстым и жестким, стрела не сможет плавно обогнуть корпус лука при сходе и резко отклонится в сторону.

Этнографические коллекции стрел со всех континентов (Африка, Северная и Южная Америка, Сибирь), а также расчеты конструкторов современного спортивного и охотничьего оружия показывают устойчивую закономерность: диаметр древка легкой охотничьей стрелы практически всегда составляет от 7 до 8 миллиметров. Это физический оптимум для деревянного стержня, разгоняемого луком умеренного натяжения.

Второй закон связан с сопротивлением проникновению наконечника в корпус жертвы. Чтобы стрела нанесла животному летальное повреждение, наконечник обязан проделать в плотной коже отверстие, диаметр которого заметно превышает диаметр деревянного стержня.

Кожа копытных животных упруга. Если ширина кромки наконечника равна толщине древка или меньше нее, края раны мгновенно обжимают входящее дерево. Возникает высокое гидродинамическое сопротивление и трение, которые останавливают легкий снаряд всего через пару сантиметров после проникновения. Мышечные волокна и внутренние органы остаются не задетыми.

Расчеты баллистиков показывают: максимальная ширина кромки наконечника должна составлять от 140 до 150 процентов от диаметра древка. Это гарантирует свободный проход стержня внутрь тканей.

Ширина треугольных микроостроконечников из слоев 20 и 21 грота Оби-Рахмат составляет от 15,0 до 23,7 миллиметра (в среднем — 18,2 мм). Если применить к этим значениям формулу необходимого запаса ширины раневого канала (деление средней ширины 18,2 мм на коэффициент 1,45), мы получаем максимальный расчетный диаметр древка около 12,5 миллиметров, что является крайним теоретическим пределом. Однако с учетом треугольной формы изделий, их неравномерной толщины и наличия выраженного утолщения в области ударного бугорка фактический диаметр древка оказывается заметно меньше — строго в интервале от 7,5 до 8 миллиметров.

Древко толщиной 7,5-8 миллиметров полностью исключает применение копьеметалки. Копьеметалка представляет собой рычаг длиной в полметра с упором на конце. Она передает дротику резкий вращательный импульс. Чтобы дротик длиной полтора-два метра не сломался от такой нагрузки в момент броска, толщина его стержня должна быть не менее 11-15 миллиметров, а масса всего снаряда — от 60 до 120 граммов. Наконечник массой 1,4 грамма на таком тяжелом снаряде физически бесполезен: он не обеспечит нужной центровки и не создаст достаточного раневого канала для толстого древка.

Таким образом, микроостроконечники Оби-Рахмата по массе, геометрии и баллистическим требованиям могли монтироваться только на тонкие деревянные стержни стрел.

Конструкция монтажа: отсутствие обвязки и посадка на клей

Анализ оснований микроостроконечников раскрывает еще одну важную техническую деталь: способ их крепления к древку.

На изделиях нет следов специальной подготовки основания: отсутствуют боковые выемки, сужения или черешки, за которые наконечник можно было бы привязать шнуром или жилами. Более того, при общей длине около двух сантиметров любая наружная обмотка неизбежно закрыла бы режущие боковые кромки камня, превратив его в тупой конус.

Единственный возможный способ монтажа таких изделий — вклеивание в продольный расщеп на торце деревянного стержня. В непосредственной близости от грота Оби-Рахмат расположены естественные выходы горного битума. Смесь разогретого битума с древесным углем или растительной смолой дает прочный водостойкий клей, который палеолитические охотники применяли для сборки составных орудий.

В ходе экспериментов авторы работы воспроизвели эту технологию: изготовленные из местного окремненного известняка копии микроостроконечников закрепили битумно-угольной смесью в расщепах березовых стрел диаметром 8 миллиметров без использования веревочной обвязки. Стрельба из простого лука силой натяжения 16 килограммов (36 фунтов) по подвешенной невыпотрошенной туше животного подтвердила работоспособность конструкции. Стрелы глубоко проникали в ткани, а при контакте острия с ребрами на камне возникали точно такие же ступенчатые изломы и линейные микроборозды, как и на подлинных артефактах возрастом 80 тысяч лет.

Технологический парадокс: откуда взялись эти наконечники

В археологии принято считать, что внедрению нового типа орудий предшествует появление строгой технологии его производства — так называемой операционной цепочки. Если древние люди перешли к изготовлению стрел, в слое должны присутствовать специальные заготовки-нуклеусы, предназначенные исключительно для получения одинаковых мелких треугольных сколов.

В гроте Оби-Рахмат такой специализированной цепочки обнаружить не удалось. Каменная индустрия слоев 20 и 21 ориентирована на производство крупных и средних изделий. Мастера систематически расщепляли окремненный известняк для получения длинных массивных пластин, скребел, резцов и классических наконечников леваллуазского типа.

Микроостроконечники получали разными путями:

• скалывали с мелких ядрищ леваллуазской традиции;
• получали в качестве побочных продуктов при подправке ударных площадок больших нуклеусов;
• скалывали со специализированных резцов, которые одновременно служили и ядрищами для мелких пластин.

Французский философ и теоретик техники Жильбер Симондон описал этот феномен как закономерность развития технических систем. Новая техническая форма не рождается сразу в стандартизированном виде. На раннем этапе своего существования она заимствует ресурсы из уже функционирующей технологической среды. Охотники Оби-Рахмата нуждались в легких остриях для стрел, но еще не выработали отдельную схему их серийного производства. Они просто выбирали из массы получаемых каменных сколов те мелкие треугольные фрагменты, которые подходили под нужные геометрические и весовые параметры, после чего монтировали их на стрелы.

Стандартизация готового оружия определялась не технологией расщепления камня, а жесткими требованиями баллистики: стреле требовался наконечник определенного веса и ширины.

Параллель с французским гротом Мандрен: разрыв в 25 000 лет

До последнего времени самым ранним свидетельством использования лука в Евразии считались материалы слоя E грота Мандрен, расположенного в долине реки Роны на юге Франции. В 2023 году группа археологов под руководством Людовика Слимака опубликовала отчет о находке там сотен кремневых микроостроконечников возрастом 54 тысячи лет. Культуру этих слоев называют неронской. Орудия слоя E грота Мандрен ассоциированы с зубом человека современного типа (Homo sapiens) и представляют собой кратковременный эпизод проникновения сапиенсов на территорию европейских неандертальцев задолго до начала основной верхнепалеолитической колонизации Европы.

При прямом сопоставлении микроостроконечников из Оби-Рахмата и грота Мандрен выявляется их полное морфологическое и размерное совпадение. Форма треугольников, ширина оснований, толщина сечения и характер ударных переломов одинаковы. Однако Оби-Рахмат древнее грота Мандрен примерно на 25 тысяч лет, а географическое расстояние между ними составляет около 6000 километров.

Авторы исследования не утверждают, что между жителями долины Палтау и обитателями долины Роны существовала прямая преемственность. Однако недавние масштабные палеогенетические исследования называют Персидское плато (территорию современного Ирана и прилегающих предгорных областей) ключевым демографическим узлом Евразии. Именно в этом регионе предки всех современных неафриканских популяций человека находились в изоляции в интервале между 70 и 60 тысячами лет назад, восстанавливая численность после выхода из Африки и накапливая культурные инновации перед расселением по континенту.

Оби-Рахмат примыкает к северо-восточной границе этого ареала. Сложные горные условия и необходимость добывать быстрых копытных могли послужить стимулом для изобретения составного стрелового комплекса именно в этой части планеты.

Кто изготовил стрелы Оби-Рахмата: антропологическая загадка

Вопрос о том, какие именно гоминины жили в гроте Оби-Рахмат 80 тысяч лет назад, остается открытым.

В 2003 году в слое 16 той же стоянки (возраст слоя составляет около 70 тысяч лет, что на 10 тысяч лет моложе горизонтов с микроостроконечниками) антропологи нашли костные останки ребенка в возрасте 9-12 лет: шесть зубов верхней челюсти и более ста мелких фрагментов костей черепа.

Исследование этих останков дало противоречивые результаты:

• Морфология зубов (строение корней, толщина эмали, форма коронок) однозначно указывает на неандертальцев.
• Строение костей свода черепа демонстрирует мозаику черт: толщина стенок и кривизна отдельных элементов не соответствуют неандертальскому анатомическому типу и сближают индивида с архаичными Homo sapiens.

Пока по материалам Оби-Рахмата не проведен палеогенетический анализ древней ДНК или анализ белков (палеопротеомика), ученые рассматривают три рабочие гипотезы:

1. Ранняя волна Homo sapiens. Микроостроконечники были изготовлены ранней группой анатомически современных людей, которая проникла в Центральную Азию в ходе первых этапов расселения из Африки, принеся с собой лук и стрелы.
2. Гибридная популяция. Обитатели стоянки являлись результатом смешения между сапиенсами, неандертальцами или денисовцами, соединив местную технику обработки камня со сложными технологиями метательного вооружения.
3. Неандертальское изобретение. Местные популяции неандертальцев самостоятельно изобрели механическое метательное оружие в ответ на экологические условия горных долин Тянь-Шаня задолго до контакта с европейскими или африканскими сапиенсами.

Новые контуры палеолитической истории

Открытие в гроте Оби-Рахмат принципиально меняет взгляд на динамику технологического развития человечества.

Оно показывает, что переход от среднего к верхнему палеолиту не был одномоментным событием, вызванным внезапным биологическим превосходством одного вида над другим. Появление легких метательных наконечников, требующих точного физического расчета древка, балансировки и клеевого монтажа, происходило очагово.

Стрела как оружейная система сформировалась в Центральной Азии 80 тысяч лет назад. Это означает, что математические и физические закономерности баллистики — сопротивление упругих тканей, аэродинамическое сечение и динамическая гибкость древка — были практически освоены древними охотниками на десятки тысячелетий раньше, чем принято было считать.

Источник: PLOS One