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

Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Направления для управления: где власти хотят использовать искусственный интеллект Направления для управления: где власти хотят использовать искусственный интеллект

Минцифры предложило перечень направлений для развития технологий ИИ

Forbes
Новая дисциплина Новая дисциплина

Чемпионка мира, чемпионка Европы, призер Олимпийских игр – Евгения Медведева

Maxim
Без денег не останетесь: куда прятать наличные на пляже Без денег не останетесь: куда прятать наличные на пляже

Самые надежные места, куда можно спрятать деньги во время отдыха на море

ТехИнсайдер
Ивашки, Якушки и Петрушки… Ивашки, Якушки и Петрушки…

Имена царей содержали в себе зашифрованное послание о будущей политике

Дилетант
«Медведь» выходит на второй курс: как одно из самых оригинальных шоу 2022 года стало деликатесом в мире сериалов «Медведь» выходит на второй курс: как одно из самых оригинальных шоу 2022 года стало деликатесом в мире сериалов

Почему «Медведь» — один из самых лучших современных сериалов

Правила жизни
Соевый соус: со вкусом умами и кокуми Соевый соус: со вкусом умами и кокуми

История соевого соуса и его множественных вариаций

Наука и жизнь
Без лишних затрат: как сделать когтеточку для кота своими руками Без лишних затрат: как сделать когтеточку для кота своими руками

Как сделать когтеточку с минимальными тратами?

ТехИнсайдер
Зарядка для сердца. Чем заниматься и как тренироваться, чтобы «прокачать» главную мышцу Зарядка для сердца. Чем заниматься и как тренироваться, чтобы «прокачать» главную мышцу

Не все виды нагрузок подойдут для сердечно-сосудистой системы

Лиза
Что чувствует человек во время панической атаки: от первого лица Что чувствует человек во время панической атаки: от первого лица

Отрывок из романа «Арктический клуб любителей карри»

Psychologies
6 правил свидания с собой 6 правил свидания с собой

Как провести свидание с собой так, чтобы восполнить ресурс?

Psychologies
От Вирджинии Вулф до Кэролайн Криадо-Перес: 13 главных книг о феминизме От Вирджинии Вулф до Кэролайн Криадо-Перес: 13 главных книг о феминизме

Что почитать, чтобы понять, чем занимаются феминистки

Forbes
Топ-5 самых ярких экранизаций книг Терри Пратчетта Топ-5 самых ярких экранизаций книг Терри Пратчетта

Есть и жемчужины, и неоднозначные творения: экранизации книг Терри Пратчетта

Maxim
Секреты китайского автомира. Что полезно знать о машинах из Поднебесной Секреты китайского автомира. Что полезно знать о машинах из Поднебесной

Как Китай поставляет нам машины уже прямиком из будущего

СНОБ
Ультрагибкий микрозонд добрался по крысиным сосудам от шеи до мозга Ультрагибкий микрозонд добрался по крысиным сосудам от шеи до мозга

Ученые из США создали сверхгибкий эндоваскулярный зонд

N+1
Белки плазмы крови предсказали болезнь Альцгеймера Белки плазмы крови предсказали болезнь Альцгеймера

Ученые обнаружили 32 белка плазмы крови, связанные с развитием деменции

N+1
«Уинстон Черчилль: его эпоха, его преступления» «Уинстон Черчилль: его эпоха, его преступления»

Фрагмент книги «Уинстон Черчилль: его эпоха, его преступления»

N+1
Почему наводнения происходят все чаще: эпоха великих катастроф Почему наводнения происходят все чаще: эпоха великих катастроф

Почему природные катаклизмы стали посещать нас с завидной регулярностью?

Maxim
Коппола: как выходцы из семьи итальянских иммигрантов изменили Голливуд Коппола: как выходцы из семьи итальянских иммигрантов изменили Голливуд

Отрывок из книги «Коппола. Семья, изменившая кинематограф» Айана Натана

Forbes
Женщина, которая поймет Женщина, которая поймет

Анна Михалкова отражает все русское женское в одном лице

Weekend
Сезонное предложение Сезонное предложение

Разбираемся, какие сезонные продукты нам помогут отлично выглядеть

Лиза
Неочевидные законы разных стран, которые туристам лучше не нарушать Неочевидные законы разных стран, которые туристам лучше не нарушать

Необычные законы, которые стоит принять во внимание отдыхающим за рубежом

Maxim
DRACO в космосе: зачем в NASA создают ядерный двигатель DRACO в космосе: зачем в NASA создают ядерный двигатель

Полмиллиарда долларов на создание космического корабля с ядерным двигателем

Forbes
Со сцены – на грядки. 7 звезд – заядлых огородников и один король Со сцены – на грядки. 7 звезд – заядлых огородников и один король

Кто из знаменитостей любит работать в саду?

Лиза
Золото, нефть, брокеры и криминал: 9 фильмов о жажде денег Золото, нефть, брокеры и криминал: 9 фильмов о жажде денег

Фильмы о стремлении к большим деньгам

Inc.
Семейные ссоры: как остаться вместе — 4 правила Семейные ссоры: как остаться вместе — 4 правила

Что нужно сказать, когда ситуация во время ссоры становится критической?

Psychologies
Шпион, пытающийся выйти вон Шпион, пытающийся выйти вон

Как «Заключенный» Патрика Макгуэна говорит о возможности и невозможности свободы

Weekend
Покупка подержанного MINI Countryman. Стильно, модно и надёжно Покупка подержанного MINI Countryman. Стильно, модно и надёжно

Зачем вам покупать подержанный MINI Countryman?

4x4 Club
«Колония»: роман о жизни на маленьком ирландском острове «Колония»: роман о жизни на маленьком ирландском острове

Писательница рассказывает о жизни на маленьком ирландском острове

Forbes
Рабочей копии гена оказалось недостаточно для устранения врожденной цветовой слепоты Рабочей копии гена оказалось недостаточно для устранения врожденной цветовой слепоты

Рабочая копия гена CNGA3 не восстанавливает цветовое зрение

N+1
Открыть в приложении