Forskare förklarar: Så dateras gammalt material

– Som arkeolog, särskilt om man gräver mycket, förhåller man sig alltid till tid. Det är både absolut tid och så kallad relativ tid, vad som händer före eller efter någonting. Så hela grävprocessen när man tar sig ner genom jordlagren handlar om när saker har hänt i förhållande till varandra, säger Charlotte Hedenstierna-Jonson, forskare vid institutionen för arkeologi och antik historia.

Generellt gäller att olika jordlager representerar olika händelser och tidsperioder. Ju djupare ner under markytan något påträffas desto äldre är det. Stratigrafier, alltså tvärsnitt av de olika jordlagren, kan även visa exakta tidpunkter i form av till exempel ett sotlager från en dokumenterad brand eller aska från ett känt vulkanutbrott.

– De jag själv använder mig allra mest av är dels de här stratigrafierna, dels föremålsbaserad datering, typologier och att bygga tidsskalor utifrån föremål, berättar Charlotte Hedenstierna-Jonson.

Arkeologer har sedan lång tid tillbaka katalogiserat föremål och har därigenom en god förståelse för hur saker och ting har sett ut under olika historiska epoker. Mynt är särskilt bra eftersom det ofta framgår när de präglades.

Om ett större träföremål hittas, till exempel ett skepp, kan årsringarna i träet användas för att göra mycket exakta dateringar. Metoden kallas dendrokronologi och det finns omfattande kataloger över hur årsringars mönster varierat under åtminstone de senaste tusen åren. Det krävs dock en välbevarad och relativ stor träbit med många årsringar för att få tillförlitliga svar.

– Då kan man, om man dessutom har ända ut till barken, verkligen på året tala om när det har fällts, säger Charlotte Hedenstierna-Jonson.

Riktigt lika exakt är inte kol-14-metoden, som är den kanske mest välkända dateringstekniken. Den fungerar enbart på organiskt material som ben, matavfall eller latrin. Med en exakthet på cirka 30 år när kan den slå fast när människan, djuret eller växten dog.

Kol-14-metoden för sådant som har levt

Kol-14-metoden är en så kallad radiometrisk metod och bygger på att förhållandet mellan olika varianter, så kallade isotoper, av grundämnet kol mäts. Kol-14 är en radioaktiv isotop som tas upp av växter under fotosyntesen och sedan av djur via maten. När en organism dör upphör upptaget och de radioaktiva kol-14-atomerna som finns i den sönderfaller till kväve. Andelen kol-14 i förhållande till andra kolvarianter kommer då att minska enligt ett tidsbestämt mönster som går att mäta.

–Jag brukar säga att vi har en biljon kolatomer per kol-14-atom i oss. Därför behöver vi en jättestor maskin för att detektera det. Kol-14 har en halveringstid på 5 730 år och vi kan mäta ett prov med ålder ned till åtta eller tio halveringstider, så det är 50 000 eller 60 000 år max, förklarar Bryan Lougheed.

Han är klimatforskare vid institutionen för geovetenskaper och använder själv kol-14-metoden för att datera skal av små havslevande organismer som kallas foraminiferer. De kan användas som en slags tidskapsel över forntida klimat.

Annan metod för äldre fossil

För fossil eller bergarter som är äldre än 50 000 år fungerar inte kol-14-metoden. Då finns andra radiometriska metoder för att undersöka det radioaktiva sönderfallet i andra grundämnen.

– Om du till exempel vill veta hur gammal jorden är, kan du använda någonting som heter uran-bly-metoden. Det finns olika typer av uran som sönderfaller till olika typer av bly. De två som man tittar på har halveringstider som är cirka 4,5 miljarder år och 700 miljoner år. Med de metoderna kunde de under 1950-talet bestämma jordens ålder till 4,5 miljarder år, säger Bryan Lougheed.

Det radioaktiva sönderfallet i de här ämnena sker långsammare än i kol-14. och precisionen blir därför inte heller lika hög. Används uran-bly är felmarginalen en miljon år hit eller dit jämfört med kol-14 där felmarginalen kan vara så låg som 30 år.

Förutom att analysera av radioaktivt sönderfall använder geologer sig också av så kallad magnetisk datering om de till exempel vill ta reda på hur länge sedan det var en viss vulkan hade utbrott. Då studerar de hur magnetiska mineral i lavan är orienterade. Jordens magnetfält varierar nämligen och de magnetiska polerna byter till och med plats med varandra då och då, så att den magnetiska nordpolen blir sydpolen och vice versa. Det resulterar i att magnetiska mineral ligger fixerade i vad som var nord-sydlig riktning när lavan stelnade. Hur och när jordens magnetfält varierat är ganska väl undersökt.

Precis som arkeologer använder sig av stratigrafier använder sig geologer av lagerföljder för relativ datering som ibland kan sträcka sig miljarder år tillbaka i tiden. Bergarter som bildats av sediment, till exempel kalk eller lera, ansamlas i olika lager som kan dateras dels genom magnetisk datering men också genom radiometrisk datering av inbäddade fossil. På så sätt har kronologiska ordningsföljder för mycket långa tidsperioder pusslats ihop.

Av allt som liv som funnits på jorden finns bara en ytterst liten del lämnat spår. Därför ger fossil ingen heltäckande bild av när dagens arter uppstod. De svaren går däremot att finna i vår arvsmassa.

– När vi analyserar dna kan vi se mutationer, alltså förändringarna i dna:et. De sker till stor del på ett slumpmässigt sätt och man kan nästan betrakta dem på samma sätt som en atoms sönderfall. De ackumuleras så att ju fler mutationer som skiljer två olika arter desto längre tillbaka i tiden har de en gemensam föregångare. Det betyder att vi kan använda de genetiska skillnaderna mellan en människa och till exempel en mus eller en schimpans, förklarar Mattias Jakobsson, professor i genetik vid institutionen för organismbiologi och som forskar om människans evolution.

Även om mutationer sker slumpmässigt finns det en mutationstakt.

– Om man tar människans dna, från en generation till nästa, från en individ som får ett barn, då förväntar man sig kanske fem mutationer i medeltal. Då kan man räkna ut hur många förändringar man förväntar sig per generation eller år och använda mutationstakten till att datera en gemensam föregångare som finns ganska många miljoner år tillbaka i tiden, säger Mattias Jakobsson.

Vill man till exempel ta reda på när människans och schimpansernas utvecklingslinjer skildes åt kan den här metoden användas. Svaret kommer då att hamna på någonstans runt 7–8 miljoner år tillbaka i tiden.

­Just via mutationsstudier kom Mattias Jakobsson och hans forskargrupp 2017 fram till att den moderna människan, Homo sapiens uppstod för cirka 300 000 år sedan. Det skapade en del rubriker eftersom det var 100 000 år äldre än tidigare uppskattningar.

I dna från 2 000 år gammalt benmaterial från Sydafrika undersökte de hur vanliga vissa specifika mutationer var i olika befolkningsgrupper. På så sätt kunde de spåra när en mutation uppstod.

– Vi använde dessa verktyg och tittade på hur vanliga de här förändringarna var i arvsmassan från stenåldersindividerna. Utifrån det kunde vi räkna på hur långt tillbaka i tiden alla människor har en gemensam föregångare. I alla jämförelser landar vi i storleksordningen mellan 250 000 och 350 000 år tillbaka i tiden, säger Mattias Jakobsson.

Åsa Malmberg