Radiokoolstofdatering werkt maar de helft van de tijd we

Radiokoolstofdatering werkt maar de helft van de tijd – we hebben misschien de oplossing gevonden

Een nieuwe DNA-methode kan helpen om skeletten gemakkelijker te dateren Malinka333/Shutterstock

Datering is alles in de archeologie. Opwindende ontdekkingen van oude begraafplaatsen of juwelen halen misschien de krantenkoppen, maar voor wetenschappers zijn dit soort ontdekkingen alleen zinvol als we kunnen zeggen hoe oud de artefacten zijn.

Toen de chemicus Willard Libby in 1946 de datering met behulp van radiokoolstof ontwikkelde, betekende dit een doorbraak voor de archeologie en werd hem voor zijn prestatie een Nobelprijs toegekend.

Tegenwoordig beschouwen mensen de radiokoolstoftechnologie als vanzelfsprekend en veel mensen denken dat je radiokoolstof kunt gebruiken op alle menselijke resten. Wetenschappers zouden willen dat dat waar was, maar in werkelijkheid kan slechts 50% van de lijken met deze methode gedateerd worden omdat er in sommige skeletten niet genoeg organisch materiaal is of omdat het vervuild is.

Veel spannende vondsten zijn onnauwkeurig gedateerd of helemaal niet gedateerd, wat betekent dat de aanwijzingen uit het verleden van de skeletten nog steeds opgesloten liggen. Maar mijn team heeft misschien de sleutel gevonden: DNA datering.

Hoe radiokoolstofdatering werkt

Om te begrijpen waarom we DNA-datering nodig hebben, moet je weten wat radiokoolstofdatering is. Het stelt ons in staat organisch materiaal (dat jonger is dan 50.000 jaar) te dateren op basis van de chemische reacties die het lichaam na de dood met de omgeving uitwisselt.

Koolstof wordt gevonden in alle levende dingen en is de ruggengraat van alle moleculen. We absorberen het wanneer we voedsel eten en ademen het uit in de atmosfeer. Radiokoolstofdatering vergelijkt de drie verschillende isotopen (een soort atoom) van koolstof.

De meest voorkomende, koolstof-12, blijft stabiel in de atmosfeer. Het is een goede maatstaf om de leeftijd van skeletten te meten omdat een van de andere isotopen, koolstof-14, radioactief is en in de loop van de tijd vervalt.

Aangezien dieren en planten stoppen met het opnemen van koolstof-14 wanneer ze vervallen, onthult de radioactiviteit van de koolstof-14 die achterblijft hun leeftijd. Maar er is een addertje onder het gras. Geringe hoeveelheden organisch materiaal, het dieet van de dode persoon of dier, en besmetting met moderne monsters kunnen de berekening scheeftrekken.

Het verschil in datering tussen laboratoria alleen al kan oplopen tot 1.000 jaar. Het is net als het dateren van Koningin Elizabeth II naar de tijd van Willem de Veroveraar.

Koningin Elizabeth houdt een boeket vast

Willem de Veroveraar leefde duizend jaar voor de huidige monarch van het Verenigd Koninkrijk, koningin Elizabeth II.
Simon Ward Fotografie/Shutterstock

Het alternatief voor koolstofdatering is het gebruik van archeologische artefacten die naast menselijke resten zijn gevonden. Dit werkt bijvoorbeeld als we een skelet vinden met een munt geslagen door Julius Caesar. Maar dat gebeurt zelden.

De vroegste menselijke resten in Afghanistan werden gevonden in de Darra-i-Kur grot in Badakhshan. Op basis van radiokoolstofdatering van aarde en houtskool geloofden archeologen dat een schedelfragment van een Neanderthaler uit het Paleolithicum stamde (30.000 jaar geleden), en het werd vaak aangehaald als het beste voorbeeld van Paleolithische beenderen.

Het bot werd met behulp van radiokoolstof en DNA gedateerd in het Neolithicum, (4.500 jaar geleden). Het was de eerste oude mens uit Afghanistan waarvan de DNA-sequentie werd vastgesteld.

Een nieuw dateringsmiddel

Wetenschappers kennen al DNA-mutaties die kunnen aantonen waar iemand vandaan komt. Mijn team creëerde een “GPS” hulpmiddel voor genomen dat ons hielp om het Oude Asjkenaz te identificeren als de geboorteplaats van de Asjkenazische Joden en de Jiddische taal. Er zijn ook DNA-mutaties die ons helpen te vertellen hoe lang geleden iemand leefde.

Een voorbeeld is de LCT genmutatie die onze voorouders in staat stelde lactose te verwerken. Deze mutatie is snel toegenomen sinds ze voor het eerst ontwikkeld werd in het Neolithicum (10.000-8.000 v. Chr.). We kunnen dus oude genomen zonder de LCT genmutatie dateren van vóór het Neolithicum.

Mijn team ontwikkelde het temporele algoritme voor bevolkingsstructuur (TPS) en gebruikte het om 5.000 oude en moderne genomen te dateren. Er zijn tienduizenden mutaties die in de loop van de tijd toe- of afnamen. TPS identificeert deze mutaties en de periode waarmee ze geassocieerd zijn en deelt ze in in acht grote perioden.

Elke oude persoon wordt vertegenwoordigd door de handtekeningen van deze perioden. TPS gebruikt een soort kunstmatige intelligentie die bekend staat als “machine learning” om deze handtekeningen te koppelen aan de leeftijden van skeletten.

Een manier om een dateringsmethode te testen is door het leeftijdsverschil te vergelijken van skeletten die aan elkaar verwant zijn. Dit kan goed werken als de skeletten compleet genoeg zijn om hun leeftijd te schatten. Je zou bijvoorbeeld verwachten dat skeletten van vader en zoon gedateerd kunnen worden op een periode van ongeveer 17 tot 35 jaar na elkaar.

In een blinde test dateerde de TPS de skeletten van naaste familieleden binnen een zinnige tijdspanne van 17 jaar uit elkaar, vergeleken met 68 jaar in een niet-blinde test voor andere dateringsmethoden. (Een blinde test is wanneer informatie die de experimentators kan beïnvloeden wordt achtergehouden tot het experiment is voltooid).

Een van de meest controversiële plaatsen voor datering uit de oudheid is de Tsjechische Brandýsek begraafplaats. De Brandýsek begravingen uit de Bell Beaker periode werden onderzocht tussen 1955 en 1956.

Archeologen legden graven bloot, waarvan de helft door mijnbouw was verwoest. Zij vonden 23 mensen in 22 graven, naast artefacten zoals aardewerk, een hanger van been en vuurstenen pijlpunten.

Gebaseerd op zowel radiokoolstof als archeologische context, werd de site gedateerd in de Bell Beaker periode (4.800- 3.800 jaar geleden). In dezelfde studie werd een van de skeletten echter met behulp van koolstof gedateerd op ongeveer (5.500 jaar geleden).

Aangezien slechts twee lijken radiokoolstof gedateerd konden worden, was het moeilijk uit te maken of de datering fout was of dat het hier ging om een site die wellicht al duizenden jaren ritueel belang had. Onze DNA studie van 12 skeletten van de site bevestigde dat het twijfelachtige skelet ongeveer 1.000 jaar ouder was dan de andere.

Onze resultaten bevestigen dat deze site al sinds het neolithicum een begraafplaats is. Dit verklaart ook waarom de site architectonische kenmerken heeft die gewoonlijk niet in verband worden gebracht met Bell Beaker begrafenissen, zoals stenen graven.

Hoewel TPS goed presteerde, is het geen vervanging voor koolstofdatering. De nauwkeurigheid is afhankelijk van een dataset van oud DNA. TPS kan data vaststellen voor mensen en boerderijdieren, waarvoor uitgebreide oude gegevens beschikbaar zijn. Maar wie naar het verleden wil reizen om een olifant of een aap uit de oudheid te ontmoeten, is op zichzelf aangewezen.

The Conversation

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door de EPSRC Doctoral Training Partnership Grant EP/N509735/1 aan E.E. en door de MRC (MR/R025126/1), de Crafoord Foundation, de Zweedse Onderzoeksraad (2020-03485), en de Erik Philip-Sorensen Foundation (G2020-011) toekenningen aan E.E. De berekeningen werden mogelijk gemaakt door middelen die ter beschikking werden gesteld door de Zweedse Nationale Infrastructuur voor Informatica (SNIC) in Lund, gedeeltelijk gefinancierd door de Zweedse Onderzoeksraad via subsidieovereenkomst nr. 2018-05973.