Палинологический анализ — мощный инструмент в руках реконструкторов

Наука и жизньНаука

Пыльцевые отпечатки истории

Денис Новиков, Волгоградский государственный медицинский университет

В рамках информационного партнёрства с научно-популярным сайтом biomolecula.ru публикуем журнальный вариант статьи, которая была представлена на конкурс «Био/мол/текст»-2022/2023 в номинации «Свободная тема».

Невидимые для невооружённого глаза пыльцевые зёрна подобны архивам, хранящим воспоминания о прошлом. Спорово-пыльцевой, или палинологический анализ, — мощный инструмент в руках исследователей, занимающихся реконструкцией растительных сообществ прошлого и изучением видового состава ныне живущих растений. Для палеоэкологических исследований пыльцевые зёрна и споры растений, грибов и даже бактерий не менее полезный объект, чем годичные кольца древесины.

Так как цветковые — самый распространённый отдел растений на Земле, то именно они чаще всего становятся объектом палинологического анализа. Каждое пыльцевое зерно покрытосемянных представляет собой довольно сложно организованный многоклеточный мужской гаметофит — практически растение в миниатюре. Растения производят их в большом избытке, хотя для оплодотворения достаточно всего лишь одного зерна, попавшего на женский цветок. Таким образом, большинство пыльцевых частиц так или иначе будет обречено на постепенное оседание в слоях почв или водоёмов без всяких репродуктивных перспектив. Ведь перед оплодотворением гаметофиту предстоит проделать долгий путь, полный опасностей и невзгод.

Преодолеть неблагоприятные условия окружающей среды пыльце помогает экзина — твёрдая капсула, состоящая преимущественно из спорополленина — одного из самых инертных биополимеров, устойчивого к воздействию органических растворителей, минеральных кислот и щелочей. Природная химическая стойкость экзины долгое время была препятствием для выяснения её структуры. Исследования, проведённые с использованием ядерного магнитного резонанса, позволили установить, что спорополленин представляет собой комплекс из плотно сшитых каротиноидов, жирных кислот, фенилпропаноидов и поливиниловых спиртов1.

1 Li F. S., Phyo P., Jacobowitz J. еt al. The molecular structure of plant sporopollenin. Nature Plants, 5, 41—46 (2019).

Эта особенность химического состава оболочки позволяет пыльце сохраняться в геологических отложениях на протяжении тысяч и даже миллионов лет в виде микроскопических остатков, называемых палиноморфами. Поскольку внешнее строение таких окаменевших зёрен очень сильно отличается даже у разных родов растений внутри одного семейства, то опытному специалисту-палинологу не составляет труда определить и видовую принадлежность изучаемого образца (рис. 1). Зная экологическую толерантность растений, выявленных по их пыльцевым остаткам в нескольких стратиграфических слоях, можно сделать вывод об изменении природных факторов на интересующей территории в разные геологические эпохи. Для наглядности исследователи строят пыльцевые диаграммы, основанные на процентном распределении палинотаксонов относительно глубин их обнаружения. Безусловно, у этого метода есть свои недостатки, ведь такие диаграммы (палинограммы) отражают только цветущие растения. Те, что по той или иной причине до периода цветения не дожили, попросту не оставят после себя пыльцы, то есть следы. Кроме того, из-за природных катастроф (наводнений, землетрясений и лавин) нередко происходит смещение отложений и геологическая преемственность фоссилий нарушается. Эти временны́е пробелы исследователи заполняют методом экстраполяции данных из других, более полных диаграмм.

Рис. 1. Пыльца различных родов семейства ароидных (Araceae) выглядит очень по-разному под микроскопом: А — амброзиния; B — дракункулюс; C — пинеллия; D — циртосперма; E — антуриум; F — монстера. Рисунок из книги: Halbritter H. et al. (2018). Palynology: History and Systematic Aspects. In: Illustrated Pollen Terminology. Springer, Cham.

Анализируя палинограммы, можно реконструировать события прошлого. Например, увеличение числа пыльцевых зёрен водных растений расскажет о стихийном наводнении, а рост числа палиноморф растений, характерных для пустынь и полупустынь (их называют ксерофитами), поведает о наступлении засухи в далёкой древности.

Палинология о чуме

Традиционно принято думать, что вторая пандемия чумы (1346—1353 годы) началась в глубинах Азии, и, вероятно, там же следует искать первых жертв Yersinia pestis. Результаты недавнего исследования международной группы учёных из России, Германии, Италии, Казахстана и Великобритании, опубликованного в «Nature», подтверждают эту регулярно оспариваемую точку зрения. Свои изыскания участники экспедиции вели на берегах озера Иссык-Куль (Киргизия) — на кладбищах Кара-Джигач, датированных 1338 годом. Могильники изобиловали надписями на надгробиях, указывающими на смерть погребённого «от неизвестной язвенной болезни», и (ожидаемо) содержали останки людей, контактировавших с возбудителем чумы. Скрининг ДНК средневекового патогена из Киргизии показал, что это был предок именно того штамма, который спустя 8 лет после начала эпидемии в Кара-Джигач распространился по всей Евразии и впоследствии стал причиной смерти почти половины людей, населявших континент2.

2 Spyrou M. A., Musralina L., Gnecchi Ruscone G. A. et al. The source of the Black Death in fourteenth-century central Eurasia. Nature, 606, 718—724 (2022).

Но везде ли в Европе смертность была столь высока? Демографические последствия второй пандемии чумы помогли расследовать палинологи. Они опирались на гипотезу, что между количеством пыльцевых остатков зерновых культур и колебаниями численности населения времён Чёрной смерти должна быть взаимосвязь. Логика исследователей была очень проста: чем больше на той или иной территории проживает людей, тем выше их потребность в хлебе. То есть резкое сокращение человеческой популяции должно было отразиться и на объёмах продукции растениеводства (рис. 2).

Рис. 2. Схема палинологического подхода к изучению демографических последствий пандемии чумы. В сценарии «Да» болезнь приводит к снижению количества людей и ранее регулярно засеваемые поля постепенно покрывает лес (или, реже, поля становятся пастбищами). В сценарии «Нет» количество зерновых культур оказывается на прежнем уровне и агроценоз остаётся моновидовым сообществом. Пыльца как «культурных», так и «диких» растений оседает на дне стоячих водоёмов и пригодна к палинологическому исследованию. Анализ изменения количества пыльцы сельскохозяйственных культур в общем комплексе микроскопических остатков помогает реконструировать видовой состав растительных сообществ и сделать косвенный вывод о динамике численности населения времён пандемии Чёрной смерти. Рисунок с изменениями из статьи: Izdebski A., Guzowski P., Poniat R. еt al. (2022). Palaeoecological data indicates land-use changes across Europe linked to spatial heterogeneity in mortality during the Black Death pandemic. Nat. Ecol. Evol., 6, 297—306.

Приступая к исследованию, палинологии изучили письменные свидетельства, повествующие об уровне смертности в разных странах, однако в большинстве европейских регионов таких свидетельств оказалось недостаточно. В Моравии, Венгрии, Шотландии, Богемии и Финляндии нет необходимого количества данных о числе умерших именно от чумы. В Англии, Франции, Италии и Нидерландах хронисты также зачастую не указывали причину смерти. Ситуация осложнялась ещё и тем, что исторические отчёты говорили преимущественно о популяциях горожан. А ведь люди, скученно проживающие в средневековых городах, вполне могли значительно сильнее пострадать от чумы, чем сельские жители.

Для изучения реальной эпидемической картины палинологи отобрали 261 керндонных отложений, из которых выделили 1634 образца пыльцы (во избежание ошибок их принадлежность к нужному историческому периоду была проверена радиоуглеродным методом). Территориально исследование охватило 19 современных стран и вошло в число самых масштабных палеоэкологических работ. Для наибольшей достоверности палинологи решили проанализировать пыльцевые остатки злаков за достаточно широкий временной отрезок, охватывающий 200 лет: за век до и после пандемии (рис. 3).

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Что упало, не пропало Что упало, не пропало

Метеоритные кратеры на Земле

Наука и жизнь
Для автоматизации производства не хватает микроэлектроники Для автоматизации производства не хватает микроэлектроники

«Ракурс-инжиниринг»: Наша продукция локализована более чем на 90 процентов

Эксперт
Цезарь и Антоний Цезарь и Антоний

Великий полководец и политик Гай Юлий Цезарь погрузил Рим в гражданскую войну

Дилетант
Чистка лица: что нужно знать перед тем, как записаться к косметологу Чистка лица: что нужно знать перед тем, как записаться к косметологу

Рассказываем об особенностях чистки лица

Psychologies
Из помазанников Божьих в святые мученики Из помазанников Божьих в святые мученики

Расстрел царской семьи — едва ли не самый хорошо исследованный сюжет

Дилетант
Уральская ПИШ: акцент на цифровую трансформацию Уральская ПИШ: акцент на цифровую трансформацию

Внедрение цифровых решений является необходимым условием развития

Эксперт
Я делаю, что хочу ...и наслаждаюсь этим! Я делаю, что хочу ...и наслаждаюсь этим!

Ольга Бузова достигла того уровня свободы, когда она живет так, как хочет

Playboy
Кому подходит стрижка каскад и как ее сделать: советы стилистов Кому подходит стрижка каскад и как ее сделать: советы стилистов

В тренде снова стрижка каскад!

РБК

Почему Томас Андерс и Дитер Болен сцепились не на жизнь, а на смерть?

VOICE
Смотрите, как я умею! Смотрите, как я умею!

Почему мужчины бросают себе смертельно опасные вызовы

Men Today
Климат-контроль: как прогнозирование погоды помогает компаниям стать успешнее Климат-контроль: как прогнозирование погоды помогает компаниям стать успешнее

Как связаны прогнозирование погоды и успех бизнеса?

Forbes
Тепленькая пошла: как выбрать водонагреватель для квартиры и дачи Тепленькая пошла: как выбрать водонагреватель для квартиры и дачи

На что стоит обратить внимание при покупке водонагревателя, чтобы не прогадать.

ТехИнсайдер
Робот дышит и потеет. На нем ученые будут исследовать влияние жары на человека Робот дышит и потеет. На нем ученые будут исследовать влияние жары на человека

ANDI является полевой лабораторией, которая позволит оценить воздействие жары

ТехИнсайдер
«Тайное вторжение»: как новый сериал Marvel возвращает зрителя в мир холодной войны «Тайное вторжение»: как новый сериал Marvel возвращает зрителя в мир холодной войны

Чем примечателен сериал «Тайное вторжение» и почему он вторичен?

Forbes
10 фото Шинейд О'Коннор, которые говорят все о ее жизни 10 фото Шинейд О'Коннор, которые говорят все о ее жизни

Самые важные факты из жизни Шинейд О'Коннор

Maxim
Хореограф Павел Глухов о работе над постановкой «Дуо» с Дианой Вишневой и Дарьей Павленко Хореограф Павел Глухов о работе над постановкой «Дуо» с Дианой Вишневой и Дарьей Павленко

Хореограф Павел Глухов рассказал — об особенностях общения с прима-балеринами

СНОБ
В титане нашли орбитальный эффект Холла В титане нашли орбитальный эффект Холла

Открытие, которое поможет уточнить механизм поведения металлов в магнитном поле

N+1
Сериал «Медведь»: почему открытие ресторана — это полное безумие и осмысленный хаос Сериал «Медведь»: почему открытие ресторана — это полное безумие и осмысленный хаос

Сериал «Медведь»: как поддержка и любовь близких могут повлиять на бизнес

Forbes
Гора идолов Гора идолов

Одно из чудес России – столбы Маньпупунёр

Лиза
Пора валить Пора валить

Не все супергерои носят плащи

Дилетант
Каменные глаза трилобитов: удивительная загадка доисторических времен Каменные глаза трилобитов: удивительная загадка доисторических времен

Природа применила безграничную фантазию, создавая системы зрения трилобитов

ТехИнсайдер
Ирина Безрукова о бьюти-секретах, любви, мужской самооценке и работе тифлокомментатором Ирина Безрукова о бьюти-секретах, любви, мужской самооценке и работе тифлокомментатором

Жизнь Ирины Безруковой полна событий

VOICE
Русские породы собак, которые ценятся во всем мире Русские породы собак, которые ценятся во всем мире

От среднеазиатской овчарки до русского той-терьера: русские породы собак

Maxim
Пауки-улобориды убили жертв пищеварительным соком Пауки-улобориды убили жертв пищеварительным соком

Отсутствие ядовитых желез на головогруди не помешало охоте пауков-улоборидов

N+1
Какие могут быть мотивы Какие могут быть мотивы

Что делать, если музыка вас не связала, а наоборот

VOICE
Жил-был Пеп Жил-был Пеп

Как Пеп Гвардиола изменяет футбол

Men Today
Самые странные и уродливые смартфоны последних 15 лет Самые странные и уродливые смартфоны последних 15 лет

После первого айфона все смартфоны выглядели одинаково? А вот и нет!

Maxim
Сергей Кемпо: «Я — счастливчик!» Сергей Кемпо: «Я — счастливчик!»

«Родители для меня желали какой угодно профессии, но только не актерской»

Караван историй
Нежное преступление, обожаемое наказание Нежное преступление, обожаемое наказание

«Следствие ведут знатоки»: картина противостояния криминала и милиции

Weekend
«Мама посвятила свою жизнь бабушке и теперь того же ожидает от меня»: обыкновенная история «Мама посвятила свою жизнь бабушке и теперь того же ожидает от меня»: обыкновенная история

Порой мы ожидаем от близкого человека роли, к которой он оказывается не готов

Psychologies
Открыть в приложении