Z prochu powstałeś w szkło się obrócisz? Przypadek mózgu z Herkulaneum

Pod koniec roku 2022 w polskich mediach społecznościowych na nowo odżyła informacja o fascynującym odkryciu, dokonanym w 2020 roku w Herkulaneum. Badacze z Uniwersytetu Fryderyka II w Neapolu stwierdzili, że odkryli przypadek ofiary erupcji Wezuwiusza, której mózg, pod wpływem temperatury, przemienił się w szkło. Tkanki miękkie ofiary miały wyparować, a mózg ulec „witryfikacji„. Aby taka przemiana nastąpiła, konieczna jest temperatura dochodząca do 1400°C, co według badaczy zostało osiągnięte pod wpływem spływu piroklastycznego, czyli chmury gazów i płynów uwolnionej w wyniku erupcji wulkanu. Następnie, po przejściu chmury, miało dojść do błyskawicznej zmiany warunków i nagłego oraz drastycznego spadku temperatury. Dzięki tym wyjątkowym warunkom i gwałtownemu ochłodzeniu mózg miał zmienić się w szkło. 

Uwaga: Tekst zawiera zdjęcia szczątków ludzkich

Badacze wskazali, że szczątki ludzkiego mózgu ludzki pod wpływem wysokiej temperatury zachowuje się najczęściej w wyniku procesu saponifikacji, czyli pośmiertnemu przekształceniu tkanki tłuszczowej w struktury tłuszczowo-woskowe. Wskazali oni jako analogię efekty bombardowań miast w trakcie II Wojny Światowej, na przykład Drezna i Hamburga, i relacji dotyczących cywilnych ofiar nalotów. Tego typu przemiany  zachodzą w środowisku wilgotnym, bez dostępu tlenu. W tym procesie dochodzi do rozpadu trójglicerydów na glicerynę oraz sole wyższych kwasów tłuszczowych, czyli…. mydła. W omawianym dziś przez nas szczególnym przypadku mózg nieszczęśnika z Herkulaneum według badaczy uległ witryfikacji, czyli nagłej przemianie kinetycznej w stan szklisty. Identyfikacja znaleziska jako szczątków mózgu była między innymi związana z lokalizacją, w jakiej doszło do odkrycia. Badany fragment został odkryty wraz ze szczątkami kości czaszki tragicznie zmarłego osobnika. Badacze w celu dokładnej analizy unikatowego znaleziska zastosowali szereg interdyscyplinarnych metod. Analizy białek (proteomiczne) wskazały na obecność w zagadkowej strukturze kwasu adypinowego oraz kwasu margarynowego, które to są produktami gruczołów łojowych ludzkich włosów, wchodząc w skład tzw. łoju skórnego, znanego również jako sebum. Dodatkowo w szklistej strukturze stwierdzono obecność trójglicerydów, a pod lupą mikroskopu elektronowego badaczom ukazały się struktury neuronów i aksonów.

W najnowszej publikacji, która ukazała się 6 kwietnia 2023 na łamach Scientific Reports, przedstawiono nową interpretację wpływu spływu piroklastycznego, a dokładniej rodzaju lawiny z większą zawartością gazów niż płynów, określaną też terminem fali piroklastycznej (ang. pyroclastic surge lub ang. diluted pyroclastic density currents) na to, co krótko po erupcji Wezuwiusza stało się z ludnością Herkulaneum. Zwrócili oni na różnicę w stanie zachowania szczątków ofiar wybuchu wulkanu między Pompejami a Herkulaneum. W przypadku pierwszego z tych miast na dobre zachowanie się szczątków ludzkich miały wpływ popioły wulkaniczne, które przysypały zwłoki ofiar erupcji. Natomiast w przypadku Herkulanum nie odkryto dotychczas tak dobrze zachowanych szczątków jak w Pompejach. Badacze w Neapolu we współpracy z geologami z Uniwersytetu Tre w Rzymie tłumaczą tę różnicę tym, że Herkulaneum jest położone bliżej Wezuwiusza niż Pompeje. Według ich interpretacji nad Herkulaneum krótko po eksplozji zawisła mieszanina gorących gazów i popiołów, określana jako spływ piroklastyczny, która to ma odpowiadać za zły stan zachowania szczątków ofiar w tym mieście. Dodatkowo, w oparciu o analizę węgli drzewnych znalezionych w różnych częściach Herkulanum, oszacowano, że temperatura wspomnianych prądów gęstościowych osiągnęła co najmniej… 550°C.

Część badaczy, na przykład Tim Thompson z Teeside University wskazuje, że do potwierdzenia tej teorii konieczne jest przeprowadzenie badań eksperymentalnych, dokładnie odtwarzających postulowane przez badaczy z Neapolu warunki. Według jego opinii, pod wpływem temperatury niższej niż 1400°C mogło dojść do ‘upieczenia’ nieszczęśników z Herkulanum.

W nauce najwięcej sensacji wzbudzają unikatowe odkrycia takie właśnie jak mózg z Herkulaneum. Czy faktycznie wszystkie wnioski wyciągnięte przez badaczy są poprawne? Na temat tych rewelacji oraz kilku innych mitów związanych z wpływem ognia na ludzkie ciało porozmawiamy z dr Elżbietą Jaskulską z Katedry Bioarcheologii Wydziału Archeologii Uniwersytetu Warszawskiego.

Redakcja Archeowieści.pl (RA): Z prochu powstałeś w proch się obrócisz? Czy ciałopalenie na stosach pogrzebowych praktykowane w przeszłości (ale także współcześnie, np. w Indiach) i współczesne krematoria zamieniają ludzkie szczątki bezpośrednio w proch?

Elżbieta Jaskulska (EJ): Większość ludzi jest przekonana, że zgodnie ze słynnym cytatem możliwe jest całkowite spopielenie szczątków ludzkich. Ten powszechny pogląd nie uwzględnia jednak specyficznej charakterystyki tkanek, z których zbudowane jest ciało człowieka (jak również innych ssaków). Spopielenie, czyli zamiana w popiół pod wpływem wysokiej temperatury dotyczy tylko substancji organicznych, w tym paliw kopalnych. Natomiast unikalną cechą tkanki kostnej jest jej złożona budowa, która łączy substancje organiczne z substancjami nieorganicznymi (mineralnymi). Podstawowym składnikiem mineralnym kości jest hydroksyapatyt. Podobnie jak w przypadku innych minerałów nie można go spopielić, nawet w bardzo wysokich temperaturach. Badania wskazują, że pod wpływem wysokich temperatur dochodzi do skomplikowanych przemian chemicznych, jednak nawet w temperaturach powyżej 1500°C nie następuje przemiana minerału w popiół.

Kolejnym elementem, który w tym miejscu należałoby omówić to kwestia temperatury, w której dochodzi do kremacji. W przypadku kremacji tradycyjnych i podczas eksperymentów przeprowadzanych przez archeologów potwierdzono, że temperatura stosu pogrzebowego może osiągnąć miejscami ponad 1000°C, na co wskazują np. stopione podczas tego procesu metalowe przedmioty. Nie mniej podczas badań archeologicznych systematycznie znajdowane są szczątki ludzkie, które mimo poddania procesowi ciałopalenia nadal zachowują cechy anatomiczne pozwalające na identyfikację.

Pewnym nieporozumieniem jest przekonanie niektórych badaczy, że temperatury uzyskiwane w trakcie kremacji we współczesnych krematoriach pozwalają na większe rozdrobnienie i niemal całkowite zniszczenie tkanki kostnej. Według danych z krematoriów opublikowanych w artykułach naukowych zwykle temperatura w piecu kremacyjnym osiąga 870-980°C, w praktyce więc może być niższa niż podczas kremacji na stosie pogrzebowym. I mimo, że warunki są dużo bardziej kontrolowane, również podczas współczesnej kremacji nie dochodzi do maksymalnego rozdrobnienia szczątków. Popularne przekonanie o popiołach jako wyniku kremacji wynika natomiast z dalszego, mechanicznego rozdrobnienia przepalonych szczątków. Są one mielone w urządzeniu zwanym kremultorem. Pył i drobne fragmenty po pulweryzacji są zbierane do urny i przekazywane do pochówku.

RA: Będziemy rozmawiać o tym czy mózg może zamienić się w szkło. Zatem warto byłoby pochylić się nad tym co dzieje się z czaszką pod wpływem ognia. Czy czaszki w wyniku wpływu ognia wybuchają?

EJ: Wybuchające czaszki to kolejna, dość sensacyjna, koncepcja związana z kremacją zwłok. Zanim wyjaśnię, co się dzieje naprawdę, pozwolę sobie przedstawić podstawy takiej hipotezy. Wiadomo, że 73-85% mózgu stanowi woda (różne źródła podają odmienną zawartość procentową, zmienność może np. wynikać z wieku osobnika). Z naszego codziennego życia wiemy, że podgrzewana woda paruje, a para ma większą objętość niż ciekła woda. Tak więc podgrzewanie zamkniętego pojemnika z wodą spowodować musi wzrost ciśnienia wewnątrz, który może doprowadzić do eksplozji. Dlatego lokomotywy parowe zostały wyposażone w system odprowadzania nadmiaru pary. Podstawowym błędem teorii o wybuchających czaszkach jest jednak koncepcja głowy jako zamkniętego pojemnika. Należy pamiętać, że w czaszce znajduje się wiele otworów, którymi może ujść nadmiar pary powstałej na skutek podgrzewania płynu mózgowo-rdzeniowego i samego mózgu. Choć część tych otworów jest zasłonięta, stosunkowo szybko dochodzi do spalenia tkanek miękkich i nic nie stoi na przeszkodzie, aby para ulatniała się, zamiast powodować wzrost ciśnienia wewnątrz czaszki. Taki proces potwierdzają również obserwacje ze współczesnych kremacji. 

RA: Czy spalenie to najlepszy sposób na zatarcie śladów morderstwa?

EJ: Zawsze mam obawy przed rozwianiem tego mitu, pozostaje bowiem niepokój, kto moje wyjaśnienia weźmie sobie do serca. A tak na serio, odpowiedź na to pytanie wcale nie jest prosta. Na pewno nie jest możliwe spalenie ciała ludzkiego tak, aby nie pozostał po nim ślad, szczególnie, jeśli nie będzie używany kremulator lub inny sposób ekstremalnego rozdrobnienia spalonych szczątków kostnych. 

Nie mniej rozpoznanie spalonych fragmentów jako szczątków ludzkich będzie stanowiło wyzwanie nawet dla osób z dużą wiedzą anatomiczną. W przypadku archeologii wielokrotnie stajemy przed problemem identyfikacji przepalonych szczątków zwierzęcych, na przykład pochodzących z ofiar składanych wraz ze zmarłym na stosie, od szczątków człowieka. Możemy również rozważać sytuację odwrotną. I niestety, w wielu przypadkach pozostajemy bez odpowiedzi – jeżeli nie znajdziemy elementów charakterystycznych dla różnych gatunków, dokładna identyfikacja nie będzie możliwa. 

Podobnie będzie w przypadku określenia wieku w chwili śmierci i płci osoby, której szczątki poddawane są analizie. Metody osteologiczne (bazujące na charakterystycznych elementach szkieletu) wymagają obecności fragmentów dystynktywnych, które często nie zachowują się w wyniku destrukcyjnego działania ognia, ale również czynników, które wpływały na szczątki po ich złożeniu do ziemi. Co więcej, nie możemy polegać również na analizie DNA, która jest obecnie bardzo przydatnym narzędziem identyfikacyjnym w kryminalistyce. Jak wspominałam, organiczne elementy (a tylko te zawierają informację DNA) ulegają całkowitemu spopieleniu. 

Ostatnim elementem układanki jest kwestia rozpoznania samych dowodów, że doszło do morderstwa. To bardzo ważki temat, ponieważ poddanie spaleniu zwłok osoby zamordowanej jest od bardzo dawna dość szeroko praktykowanym sposobem zatarcia śladów. Specjaliści od medycyny sądowej i antropologii sądowej dobrze wiedzą, że odnalezienie śladów zbrodni na szczątkach całkowicie zeszkieletowanych jest bardzo dużym wyzwaniem i nie musi skończyć się powodzeniem (np. na szkielecie może nie być śladów śmierci w wyniku uduszenia). W przypadku szczątków fragmentarycznych i niekompletnych, do tego poddanych destrukcyjnym działaniu ognia jest to wyzwanie jeszcze większe.

Czy jest to jednak najlepsza metoda? Wydaje mi się, że odpowiedź musi być następująca: jest to jedna z najbardziej dostępnych metod, która może znacząco skomplikować dochodzenie.

RA: Badacze wskazali, że mózg zamienia się w szkło pod wpływem temperatury >550°C. Czy wiemy jaką temperaturę maksymalną osiągały stosy pogrzebowe? Jak w ogóle możemy o tym wnioskować?

EJ: Jak już wspomniałam wcześniej badania eksperymentalne wskazują, że temperatury uzyskiwane na stosie (a także w większych ogniskach) mogą sięgnąć temperatur rzędu 1000°C, o czym w archeologii mogą świadczyć znajdowane stopione ozdoby wykonane ze szkła i brązu. Nie słyszałam o znalezieniu śladów stopionego żelaza, a zabytki żelazne poddane działaniu ognia są czasem znajdowane, więc temperatury musiały być niższe niż topnienie żelaza. Te metody określenia temperatury stosu są dość wiarygodne. W ostatnich latach nastąpił jednak również rozwój analiz chemiko-fizycznych, które pozwalają na dokładniejsze określenie temperatury, którym poddane były różne elementy stosu i ciało zmarłego. Dobrym przykładem może być analiza przedstawiona w cytowanym wcześniej artykule z Scientific Reports, gdzie analizie poddano węgle drzewne, dzięki którym ustalono temperaturę spływu piroklastycznego na >550°C. Od dłuższego czasu wykorzystuje się również chemiczne przemiany hydroksyapatytu, o których wspomniałam wcześniej. Analizy za pomocą spektrografii przemiany struktury krystalicznej tego związku pod wpływem wysokiej temperatury pozwala na wskazanie granicznych temperatur, którym poddane zostały szczątki ludzkie, do temperatury 800-900°C. Powyżej tej temperatury do tej pory nie zaobserwowano dalszych zmian, lecz nie prowadzono również badań w temperaturach przekraczających 1500°C.

W kontekście pytania, myślę, że warto również zwrócić uwagę na inny fakt – czy mózg w ogóle może zamienić się w szkło. I myślę, że te rozważania nie pójdą zupełnie po myśli autorów wspomnianego artykułu. Aby powstało szkło, musi istnieć substancja, która może w korzystnych warunkach zamienić się w szkło. Głównym surowcem wykorzystywanym przy produkcji szkła jest krzemionka (dwutlenek kwarcu). W przypadku ludzkiego ciała niewielkie ilości krzemu zawiera keratyna (substancja tworząca włosy i paznokcie), pierwiastek ten praktycznie nie występuje w mózgu. Co więcej, badania eksperymentalne wykazały, że ilość krzemu znajdująca się w keratynie nie wystarcza do produkcji tzw. szlaki organicznej, czasem znajdowanej wśród pozostałości stosu. Badacze przeprowadzający eksperyment doszli do wniosku, że musi ona pochodzić z innych substancji znajdujących się na stosie, nie może być wynikiem spalania ciała zmarłego.

W przeciwieństwie do twierdzeń autorów artykułu nie istnieją w ciele człowieka tkanki, które mogłyby ulec wskazanej witryfikacji.

Warto za to przypomnieć, że podczas erupcji wulkanów często dochodzi do rozprzestrzenienia produktów wulkanicznych na dużym obszarze. Jednym z nich jest obsydian, czyli szkło wulkaniczne. Może ono w tym wypadku stanowić znacznie prostsze wyjaśnienie proweniencji znaleziska.

RA: Co zostaje z tkanek miękkich w ludzkim organizmie pod wpływem takiej temperatury?

EJ: Rozumiem, że chodzi o wskazywaną w poprzednim pytaniu temperaturę >550°C? To bardzo nieprecyzyjne określenie. Z reguły w przypadku badań naukowych podajemy temperaturę maksymalną, a nie minimalną — temperatura powierzchni Słońca to także temperatura >550°C (wg danych naukowych jest to 5505°C). Przyjmijmy jednak, że mówimy o temperaturach z zakresu 550-1000°C. Ta górna granica jest podawana jako maksymalna temperatura, jaką może osiągnąć spływ piroklastyczny.

Jak już wskazywałam większość badań dotyczących ciałopalenia jest przeprowadzana w tym zakresie temperatur, podobnie zresztą wyglądają temperatury, którym poddawane jest ciało podczas współczesnej kremacji. Tak więc wiemy naprawdę sporo o tym, co się dzieje z ciałem człowieka w takich temperaturach. W tym przypadku istotny jest jednak również czas trwania ekspozycji na ogień. I myślę, że ten element stanowi największy problem przy interpretacji faktycznych warunków podczas erupcji Wezuwiusza — nie do końca wiemy ile, trwał każdy spływ piroklastyczny (wulkanolodzy są zdania, że było ich sześć), czy każdy z nich docierał w badany rejon oraz ile gorących pyłów wulkanicznych pozostało.

Z badań eksperymentalnych wiemy, że w przypadku ekspozycji na temperaturę rzędu 600-1000°C w przeciągu około godziny ogień trawi większość wnętrzności z jamy brzusznej, jak również mózg, co oznacza, że po takim czasie pozostaną jeszcze resztki tkanek miękkich z najwolniej spalanych regionów. Niemniej jednak pełne spalenie ciała w piecu kremacyjnym jest liczone na około 45 kg/godzinę, w przypadku stałej i jednolitej ekspozycji na ogień większość tkanek miękkich ulegnie więc spaleniu w przeciągu 1-2 godzin. Warto tutaj dodać, że estymacje archeologów eksperymentalnych są dużo ostrożniejsze — wskazują oni, że do pełnego spalenia zwłok na stosie potrzebnych jest ok. 10 godzin.

RA: Naukowcy wskazali także dość precyzyjnie przyczynę śmierci oraz temperaturę lawiny piroklastycznej. Czy mają rację i czy rozwiązanie tej części zagadki z Herkulaneum jest to faktycznie tak proste?

EJ: Na to pytanie chyba nie ma dobrej odpowiedzi, ponieważ w swoich wywodach, opublikowanych w kwietniu autorzy mieszają dane znane i wielokrotnie potwierdzone, z własnymi interpretacjami, które stoją w sprzeczności z naszą wiedzą na temat wpływu procesu spalania na ciało ludzkie. Wszystkie źródła wskazują, że najczęstszą przyczyną śmierci jest uduszenie w wyniku zniszczenia dróg oddechowych przez bardzo gorące powietrze. Autorzy artykułu nie zaprzeczają tej teorii, wskazują jednak na bardzo specyficzny wpływ gorąca na ciała, nie precyzując, jak długo po śmierci miały one miejsce, przez co opis wydaje się wskazywać, że zostały one potraktowane jako przyczyna śmierci.

Artykuł interpretuje zmiany widoczne na zachowanych czaszkach jako dowód “eksplodujących” czaszek. Hipoteza ta była dyskutowana już wcześniej, pozwolę sobie więc tylko wskazać, że czaszki na zdjęciach prezentowanych przez autorów są w większości zachowane w całości, część zniszczeń spowodowała zapadnięcie się kości do wnętrza, co stoi w sprzeczności z prezentowaną tezą.

Podobnie mało wiarygodne są tezy dotyczące “wyparowania” tkanek miękkich. Jak już mówiłam, temperatury spływu piroklastycznego nie są wyjątkowo wysokie i na podstawie obserwacji i badań eksperymentalnych możemy wykluczyć taką sensacyjną interpretację. Wszystkie elementy, które zdaniem autorów są dowodami popierającymi ich tezę mogą być, wprost przeciwnie, z łatwością wyjaśnione, jeśli kości zostały ochronione przez zachowane tkanki miękkie, które w temperaturach wyższych niż wskazane jako temperatury spływu piroklastycznego w Herkulaneum mają prawo się zachować nawet przez 20-30 minut. 

Takie, mało sensacyjne wyjaśnienia są dość powszechnie przyjęte w środowisku naukowców zajmujących się wpływem procesu spalania na ciało człowieka, na przykład w publikacji z 2015 na temat Herkulaneum. 

RA: Badacze jako ważną przesłankę wskazują, że w zagadkowej strukturze odkryli trójglicerydy występujące tylko w  ludzkim mózgu oraz kwasy tłuszczowe występujące we włosach. Czy jest to możliwe biorąc pod uwagę wszystkie postulowane przez nich warunki?

EJ: Warto zwrócić uwagę, że fragment szkła, który stanowi podstawę badań został znaleziony w latach 60-tych XX w. Biorąc pod uwagę, że autorzy analizy w swoich pracach wskazywali, że nie stosują technik inwazyjnych, aby nie uszkodzić tak unikalnego znaleziska, należy przypuszczać, że substancje te zostały zidentyfikowane na powierzchni znaleziska. W takim przypadku wyjaśnienie pochodzenia wskazanych substancji nie jest zbyt skomplikowane, szczególnie, że widać na podstawie dołączonych zdjęć, że jest to egzemplarz wyjątkowo porowaty, a zabytki archeologiczne nie są z reguły nawet współcześnie trzymane w warunkach sterylnych. Warto również zauważyć, że sami autorzy nie wyjaśniają, w jaki sposób elementy sebum, które jest wytworem skóry, miałyby się znaleźć wewnątrz mózgu.

RA: A co z neuronami i aksonami, których obecność stwierdzili badacze?

EJ: Nie wiem, czy mam wystarczające kompetencje, aby wnikać w prezentowaną przez autorów analizę morfologiczną struktur, które wg nich stanowią zachowany w szkle obraz neuronów i aksonów. Mogę jedynie wskazać, że szkło, musiało ulec stopieniu w temperaturze, w której substancje organiczne ulegają spaleniu. W przedstawionych obrazach brak jest jednak pozostałości spalenizny nawet w mikroskopijnych ilościach. Co więcej, analiza przypomina mi nieco kontrowersje wokół meteorytu Allan Hills 84001 (ALH84001), który był źródłem sensacyjnych doniesień o udowodnieniu istnienia życia na Marsie na podstawie zachowanych struktur interpretowanych jako kolonie bakterii. Mimo bardzo szerokiego odzewu na publikacje, teoria ta do tej pory jest uznawana za kontrowersyjną. Obawiam się, że w przypadku “zeszklonego mózgu” naukowa argumentacja jest jeszcze bardziej wątpliwa.

Elżbieta Jaskulska – bioarcheolożka z Wydziału Archeologii Uniwersytetu Warszawskiego, specjalizująca się w osteologii szczątków ludzkich pochodzących z wykopalisk archeologicznych. Jej główne zainteresowania obejmują zmiany paleopatologiczne obserwowane na szczątkach szkieletowych, oraz kompleksową analizę szczątków pochodzących z pradziejowych kremacji. Jest autorką podręcznika dotyczącego opracowania szczątków ciałopalnych oraz publikacji dotyczących analiz związanych z ciałopaleniem. 

Research Gate

ORCID

Artykuł ten można bezpłatnie przedrukować, ze zdjęciami, z podaniem źródła

Okładka: Ilustracja wygenerowana w Midjourney oraz z wykorzystaniem PS Generative Fill, edycja Archeowiesci
Promt: Szklany ludzki mózg, widoczny z boku, na czarnym tle, w płomieniach

Pytał: Adam Budziszewski

Bibliografia:

Nield, D. (2020, January 23). A Vesuvius Victim Had His Brain Turned Into Glass, Study Claims. Science Alert.

Pensa, A., Giordano, G., Corrado, S., & Petrone, P. P. (2023). A new hazard scenario at Vesuvius: Deadly thermal impact of detached ash cloud surges in 79CE at Herculaneum. Scientific Reports, 13(1), 5622. 

Petrone, P., Giordano, G., Vezzoli, E., Pensa, A., Castaldo, G., Graziano, V., Sirano, F., Capasso, E., Quaremba, G., Vona, A., Miano, M. G., Savino, S., & Niola, M. (2020). Preservation of neurons in an AD 79 vitrified human brain. PLOS ONE, 15(10), e0240017. 

Petrone, P., Pucci, P., Niola, M., Baxter, P. J., Fontanarosa, C., Giordano, G., Graziano, V., Sirano, F., & Amoresano, A. (2020). Heat-Induced Brain Vitrification from the Vesuvius Eruption in c.e. 79. New England Journal of Medicine, 382(4), 383–384. 

Schmidt, C. W., Oakley, E., D’Anastasio, R., & Brower, R. (2015). Herculaneum. In The analysis of burned human remains. Academic Press.