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

Два капитана: пенис и мозг — кто кем управляет? Два капитана: пенис и мозг — кто кем управляет?

Наличие пениса и мозга составляют правильный тандем всей мужской жизни

Maxim
Выбираем стиральную машину: на что смотреть, чтобы не потратить деньги зря Выбираем стиральную машину: на что смотреть, чтобы не потратить деньги зря

Не так просто выбрать лучшую стиральную машину по соотношению цены и качества

CHIP
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
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
Хватит мечтать, займись делом! Хватит мечтать, займись делом!

Почему важнее хорошо работать, чем искать хорошую работу

kiozk originals
Капля жизни Капля жизни

Красивая этикетка не гарантируют качества воды. А что гарантирует?

Лиза
Тайна форсажного пламени Тайна форсажного пламени

Что такое форсаж?

Популярная механика
10 неожиданных фактов о главном герое каждого лета – арбузе 10 неожиданных фактов о главном герое каждого лета – арбузе

Арбуз — ягода, фрукт или овощ?

ТехИнсайдер
Видео с полицейским снизило риск неосторожного обращения с оружием среди детей Видео с полицейским снизило риск неосторожного обращения с оружием среди детей

Инструктаж снижает риск неосторожного обращения с оружием у детей

N+1
Экспедиция на остров Земля Александры: как и зачем ученые исследуют землетрясения в Арктике Экспедиция на остров Земля Александры: как и зачем ученые исследуют землетрясения в Арктике

Как прошла научная экспедиция на остров Земля Александры

ТехИнсайдер
Икона скама: что происходит в бренде ÖMANKÖ и почему его покинул Артем Ермилов Икона скама: что происходит в бренде ÖMANKÖ и почему его покинул Артем Ермилов

Разбираемся, что происходит с популярным сообществом ÖMANKÖ

Правила жизни
Я — сноб: музыкант Гарик Сукачев Я — сноб: музыкант Гарик Сукачев

Гарик Сукачев о работе над театральной постановкой и творчестве на даче

СНОБ
Ехать нельзя остаться Ехать нельзя остаться

Как отлично провести время в отпуске дома?

Лиза
В фокусе В фокусе

Проекты ISRO – один из крупнейших экспортных контрактов Криогенмаша

Прогресс
Вы чересчур самокритичны? Задайте себе эти 7 вопросов Вы чересчур самокритичны? Задайте себе эти 7 вопросов

Семь вопросов, чтобы понять, почему вы так строги к самому себе

Psychologies
Непохожие вербейники Непохожие вербейники

Посмотришь на вербейники, не можешь поверить их родству — насколько они различны

Наука и жизнь
Раннемеловое млекопитающее поохотилось на динозавра втрое тяжелее себя Раннемеловое млекопитающее поохотилось на динозавра втрое тяжелее себя

Необычная окаменелость, которая сохранила сцену охоты Repenomamus robustus

N+1
На пороге квантового превосходства На пороге квантового превосходства

Квантовые компьютеры: чем они отличаются об обычных и какие задачи выполняют?

Наука и жизнь
Какие шляпы и бейсболки носят девушки со вкусом: ключевые тренды на головные уборы Какие шляпы и бейсболки носят девушки со вкусом: ключевые тренды на головные уборы

Подборка стильных головных уборов

VOICE
Трогательная история. Она потеряла слух после 60 лет, но нашла силы жить Трогательная история. Она потеряла слух после 60 лет, но нашла силы жить

Язык жестов и глухонемые коллеги показали женщине новый путь в жизни

ТехИнсайдер
Дрожь Вселенной: как астрономы открыли сотрясение пространства черными дырами Дрожь Вселенной: как астрономы открыли сотрясение пространства черными дырами

Как сверхмассивные черные дыры меняют пространство и время

Forbes
Да здравствует король! Краткая история Cadillac Escalade Да здравствует король! Краткая история Cadillac Escalade

Cadillac Escalade: история длиной в двадцать лет

4x4 Club
Плюсы, минусы, подводные камни: как тренироваться на улице и не навредить себе Плюсы, минусы, подводные камни: как тренироваться на улице и не навредить себе

Как сделать тренировки на открытом воздухе комфортными и безопасными?

Maxim
Мать всех страхов: как избавиться от танатофобии — и надо ли? Мать всех страхов: как избавиться от танатофобии — и надо ли?

Как танатофобия связана с остальными страхами? Что (не) поможет в борьбе с ней?

Psychologies
«На жестовом языке видят сны»: как Елена Максимова создала проект по поддержке глухих «На жестовом языке видят сны»: как Елена Максимова создала проект по поддержке глухих

Основательница организации «Услышать тишину» — о сообществе глухих людей

Forbes
«Основано на реальных событиях»: сатира на болезненный интерес к серийным убийствам «Основано на реальных событиях»: сатира на болезненный интерес к серийным убийствам

«Основано на реальных событиях» — история о браке, который спасает подкаст

Forbes
Спирт во спасение? Спирт во спасение?

Чем еще можно заменить бензин и дизельное топливо?

Наука и жизнь
Смерть им к лицу: каково это — побывать на спиритическом сеансе начала XX века Смерть им к лицу: каково это — побывать на спиритическом сеансе начала XX века

Чем жителей Питера так манил сверхъестественный мир?

Правила жизни
Дальнего следования Дальнего следования

Опыты с гибридом Skywell HT-I

Автопилот
Как расти в Дубае: правда и мифы о бизнесе в Эмиратах Как расти в Дубае: правда и мифы о бизнесе в Эмиратах

Какие представления о бизнесе в Дубае оказываются правдой, а какие мифом

Правила жизни
Открыть в приложении