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

Ядерные полигоны и могильники: где хранят радиоактивные отходы Ядерные полигоны и могильники: где хранят радиоактивные отходы

Какую опасность для окружающего мира представляют радиоактивные отходы?

ФедералПресс
«Бурят наудачу»: почему стартапы бросились искать запасы природного водорода «Бурят наудачу»: почему стартапы бросились искать запасы природного водорода

В мире могут существовать «астрономические» запасы «геологического» водорода

Forbes
Цезарь и Антоний Цезарь и Антоний

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

Дилетант
Эти огромные акулы оказались вовсе не хладнокровными: ошеломляющее открытие Эти огромные акулы оказались вовсе не хладнокровными: ошеломляющее открытие

Эта гигантская рыба кардинально изменила наши представления о физиологии рыб

ТехИнсайдер
Бюджетный органайзер: 7 идей, как использовать обувные коробки в быту Бюджетный органайзер: 7 идей, как использовать обувные коробки в быту

Мы знаем, что у вас осталась хотя бы пара коробок от обуви. Воспользуемся ими!

ТехИнсайдер
4 кризиса брака: когда ждать и как преодолеть — мнение психолога 4 кризиса брака: когда ждать и как преодолеть — мнение психолога

Когда в семьях чаще всего случаются кризисы?

Psychologies
«Братский поцелуй» «Братский поцелуй»

Одна из самых известный фотографий сделана в ГДР, 7 октября 1979 года

Дилетант
После секса: как на самом деле ведут себя мужчины и женщины — объяснение ученых После секса: как на самом деле ведут себя мужчины и женщины — объяснение ученых

Близость после секса необходима для обоих партнеров

Psychologies
История великой династии: как искал жену Михаил Феодорович Романов История великой династии: как искал жену Михаил Феодорович Романов

Глава из книги «Романовы. История великой династии» о Михаиле Романове

Forbes
Как носить бижутерию, чтобы не выглядеть «дешево»: мнение стилиста Как носить бижутерию, чтобы не выглядеть «дешево»: мнение стилиста

Развенчиваем мифы: не только в ювелирных украшениях можно выглядеть дорого

VOICE
Раз, два, Чарли заберет тебя: гид по страшным культам XX века Раз, два, Чарли заберет тебя: гид по страшным культам XX века

Самые известные секты, которые появились в XX веке: что в них общего?

Правила жизни
Почему плакать полезно для здоровья: 5 веских причины пустить слезу прямо сейчас Почему плакать полезно для здоровья: 5 веских причины пустить слезу прямо сейчас

Плач может улучшить здоровье, причем как психическое, так и физическое

ТехИнсайдер
Инструкция ПЖ: как релоцировать российских сотрудников с минимальными потерями Инструкция ПЖ: как релоцировать российских сотрудников с минимальными потерями

Как релоцировать сотрудников, чтобы они не чувствовали себя потерянными

Правила жизни
Владимир Маяковский в десяти словах, сказанных им самим Владимир Маяковский в десяти словах, сказанных им самим

Портрет Владимира Маяковского в десяти словах из его стихов

Правила жизни
Глобальное потепление радикально меняет средиземноморский туризм Глобальное потепление радикально меняет средиземноморский туризм

Может ли изменение климата в конечном итоге изменить туризм?

ТехИнсайдер
​​Кастер Семеня выиграла суд, самая унизительная история мирового спорта не закончена ​​Кастер Семеня выиграла суд, самая унизительная история мирового спорта не закончена

Самое унизительное и неоднозначное судебное дело в истории мирового спорта

Forbes
Ксения с пиццей, шесть монет, пять жертв Ксения с пиццей, шесть монет, пять жертв

Юлли Улетова — о свежих находках из Помпей

N+1
Подтягиваем ягодицы Подтягиваем ягодицы

5 отличных упражнений для красивой формы ягодиц

Лиза
Почему некоторые растения становятся плотоядными: загадочные хищники Почему некоторые растения становятся плотоядными: загадочные хищники

Что сподвигло некоторые виды растений перейти на диету из живых существ?

ТехИнсайдер
Тельца Краузе в клиторе и пенисе мышей отреагировали на вибрацию Тельца Краузе в клиторе и пенисе мышей отреагировали на вибрацию

Мыши без телец Краузе с трудом начинали половой акт

N+1
10 звезд-мужчин, у кого было больше всех половых партнерш 10 звезд-мужчин, у кого было больше всех половых партнерш

Верить рассказам этих секс-гигантов или нет — решайте сами!

Maxim
Ученые использовали грибной мицелий как основу строительных конструкций Ученые использовали грибной мицелий как основу строительных конструкций

Новый тин материала для экологичного строительства

ТехИнсайдер
Дети в эмиграции: как помочь ребенку справиться со стрессом от переезда в новую страну Дети в эмиграции: как помочь ребенку справиться со стрессом от переезда в новую страну

Переезд — это не только новые впечатления, но и стресс

Psychologies
5-аминолевулиновая кислота помогла дрозофилам с дефектом дыхательной цепи выработать АТФ 5-аминолевулиновая кислота помогла дрозофилам с дефектом дыхательной цепи выработать АТФ

Открытие, которое может помочь в лечении митохондриальных нарушений

N+1
История о приемных детях и важной миссии для подростка История о приемных детях и важной миссии для подростка

Как примирить подростка с присутствием в семье приемного ребенка с особенностями

СНОБ

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

VOICE
Актрисы, модели, балерины — главные женщины в жизни Мика Джаггера Актрисы, модели, балерины — главные женщины в жизни Мика Джаггера

Самые яркие романы Мика Джаггера

Maxim
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
Чем заменить водку, чтобы было вкусно и недорого Чем заменить водку, чтобы было вкусно и недорого

Бюджетные и среднебюджетные дистилляты, которые незазорно рекомендовать друзьям

Maxim
Россияне стали чаще интересоваться мистическими передачами и эзотерическим контентом Россияне стали чаще интересоваться мистическими передачами и эзотерическим контентом

Российские телеканалы фиксируют рост интереса к мистическим передачам

Forbes
Открыть в приложении