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

11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
«Культура. Литература. Фольклор» «Культура. Литература. Фольклор»

Городские суеверия, анекдоты и страшилки — такая же важная часть фольклора

N+1
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Космический телескоп Евклид будет искать темную материю Космический телескоп Евклид будет искать темную материю

Миссия Европейского космического агентства Евклид снимет миллиарды галактик

ТехИнсайдер
Достойна лучшего Достойна лучшего

Стоит ли заводить роман с лучшим другом?

VOICE
Полиглот с детства: так ли легко воспитать ребенка-билингва — личная история и комментарий психолога Полиглот с детства: так ли легко воспитать ребенка-билингва — личная история и комментарий психолога

Как воспитывать детей-билингвов?

Psychologies
Операция «Мавзолей» Операция «Мавзолей»

Как из вождя мирового пролетариата, атеиста и сторонника кремации сделали мумию?

Дилетант
Beauty-разбор: какими средствами для ухода пользоваться опасно Beauty-разбор: какими средствами для ухода пользоваться опасно

Разнообразие и доступность косметики не всегда работает в нашу пользу

Psychologies
Жизнь дала им второй шанс: реальные истории людей, которые чудом выжили в невероятных обстоятельствах Жизнь дала им второй шанс: реальные истории людей, которые чудом выжили в невероятных обстоятельствах

Случаи этих людей — настоящее чудо

ТехИнсайдер
Режимы посудомоечной машины: какими они бывают и чем отличаются Режимы посудомоечной машины: какими они бывают и чем отличаются

В каких случаях нужен интенсивный режим посудомойки и что экономит экономичный?

CHIP
Привет, как дела, что делаешь? Привет, как дела, что делаешь?

Маяковский, Чехов или Булгаков: разгадай своего собеседника в мессенджере

VOICE
Собираем аптечку в отпуск: что из лекарств взять с собой в поездку Собираем аптечку в отпуск: что из лекарств взять с собой в поездку

О том, что должно быть в отпускной аптечке, а без чего можно обойтись

РБК
Больше энергии и меньше тревоги: откуда брать витамин В12? Больше энергии и меньше тревоги: откуда брать витамин В12?

Продукты, в которых содержится витамин B12

ТехИнсайдер
«В другом мире»: профессорские заметки об искусстве, отношениях и сексизме «В другом мире»: профессорские заметки об искусстве, отношениях и сексизме

Как связаны любовь и профессиональная самореализация

Forbes
Как понять, что вы — манипулятор? Как понять, что вы — манипулятор?

Разбираем, как распознать манипулятивное поведение в себе

Psychologies
Просто дети стали старше: чем хороша и чем плоха «Барби» Греты Гервиг Просто дети стали старше: чем хороша и чем плоха «Барби» Греты Гервиг

С какими концептуальными проблемами сталкивается игрушечная сатира

Правила жизни
Как сооснователи банка «Точка» строят чат-бот для бизнеса в Великобритании Как сооснователи банка «Точка» строят чат-бот для бизнеса в Великобритании

Борис Дьяконов и Эдуард Пантелеев и их финтехстартап в Великобритании

Forbes
7 вещей, которые нельзя делать перед наращиванием ресниц: ты о них пожалеешь! 7 вещей, которые нельзя делать перед наращиванием ресниц: ты о них пожалеешь!

О чем нужно помнить перед наращиванием ресниц?

VOICE
Any Wowzers Any Wowzers

Как Аня Баркова придумала бренд пижам c пляжным уклоном Any Wowzers

Собака.ru
5 антиутопий, которые стоит перечитать 5 антиутопий, которые стоит перечитать

Пять известных романов, которые помогут заглянуть в воображаемый мир

СНОБ
Неожиданный финал: знаешь ли ты, что у истории Шурика и Нины из «Кавказской пленницы» есть продолжение? Неожиданный финал: знаешь ли ты, что у истории Шурика и Нины из «Кавказской пленницы» есть продолжение?

Как сложилась судьба Шурика и Нины из «Кавказской пленницы»

VOICE
Почему сначала не хочется идти в душ, а потом — выходить из него: 4 необычных феномена «ванной психологии» Почему сначала не хочется идти в душ, а потом — выходить из него: 4 необычных феномена «ванной психологии»

Пчему проще переживать в ванной и почему иногда нам особенно лень идти в душ

Psychologies
Архаров, архаровцы и цена на сено Архаров, архаровцы и цена на сено

Николай Архаров — один из главных строителей полицейского ведомства России

Дилетант
«Любовь слепа»: возможны ли счастливые отношения на основе страсти — разбор с психологами «Любовь слепа»: возможны ли счастливые отношения на основе страсти — разбор с психологами

Экстаз, в который мы впадаем, влюбляясь, ведет к трагической развязке. Или нет?

Psychologies
Сливки европейского edtech: как меняется европейский рынок образовательных технологий Сливки европейского edtech: как меняется европейский рынок образовательных технологий

Как меняется фокус образовательных технологий

Inc.
«Кормилец» и «хранительница очага»: чему будут учить детей на уроках «Семьеведения» «Кормилец» и «хранительница очага»: чему будут учить детей на уроках «Семьеведения»

Чему посвящены учебные программы по подготовке школьников к семейной жизни?

Forbes
Величать по имени-матчеству: зачем люди меняют отчества на матронимы Величать по имени-матчеству: зачем люди меняют отчества на матронимы

Зачем людям имя-матчество?

Forbes
Как в Калининграде развивается среда для людей с инвалидностью Как в Калининграде развивается среда для людей с инвалидностью

Роман Аранин развивает в Калининграде доступную среду для людей с инвалидностью

Forbes
Немецкие палеонтологи описали отлично сохранившуюся черепаху из юрского периода Немецкие палеонтологи описали отлично сохранившуюся черепаху из юрского периода

Эта черепаха жила в мелководном море на территории современной Баварии

N+1
Мелатонин не сильно помог детям с бессонницей Мелатонин не сильно помог детям с бессонницей

Ученые не рекомендуют назначать мелатонин в качестве терапии первой линии детям

N+1
Открыть в приложении