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

Тень Карафуто Тень Карафуто

Южная половина острова Сахалин исторически была тесно связана с японцами

Вокруг света
Под Томском нашли бронзовую модель лука и булаву из рога раннего железного века Под Томском нашли бронзовую модель лука и булаву из рога раннего железного века

Результаты раскопок могильника шеломокской культуры

N+1
Слайд-шоу Слайд-шоу

Космические корабли, инновационные мотоциклы и складные дома

ТехИнсайдер
Как создать надежный пароль, который не взломают хакеры? Как создать надежный пароль, который не взломают хакеры?

Слабый пароль — залог взлома и утечки информации!

Maxim
За гранью оргазма: все, что нужно знать об удовольствии, — разбор с психологами За гранью оргазма: все, что нужно знать об удовольствии, — разбор с психологами

Действительно ли оргазм то переживание, стремиться к которому нужно любой ценой?

Psychologies
Any Wowzers Any Wowzers

Как Аня Баркова придумала бренд пижам c пляжным уклоном Any Wowzers

Собака.ru
Время Дракона. Весеннее небо Время Дракона. Весеннее небо

Созвездие Дракона — приполярное созвездие северного полушария

Наука и жизнь
«Главное — профессиональный уровень проекта»: как меняется роль женщины в архитектуре «Главное — профессиональный уровень проекта»: как меняется роль женщины в архитектуре

Женщины до сих пор составляют меньшинство среди архитекторов. Дарья Белякова

Forbes
Иномарка для музы и споры с налоговой: как зарабатывал и сколько тратил Маяковский Иномарка для музы и споры с налоговой: как зарабатывал и сколько тратил Маяковский

Владимир Маяковский даже в обращении с деньгами не изменял себе

Forbes
Стыдные привычки, которые нам подарил СССР Стыдные привычки, которые нам подарил СССР

Если вам больше 40 лет, то перечисленные рефлексы вы уже в себе не переборете

Maxim
Химическая завивка волос — все плюсы и минусы, виды и правила ухода Химическая завивка волос — все плюсы и минусы, виды и правила ухода

Как правильно расчесывать волосы после химии и когда можно мыть голову?

РБК
Фармотрасль движется к истокам Фармотрасль движется к истокам

Новым этапом в развитии станет выход на полный цикл создания фармпрепаратов

Эксперт
Спасти императора Иоанна Спасти императора Иоанна

XVIII век Российского государства — «заговорщицкое» столетие

Дилетант
Как найти потерянный Android-смартфон: несколько простых способов Как найти потерянный Android-смартфон: несколько простых способов

Как быстро найти потерянный или украденный Android-смартфон своими силами

CHIP
Отец «червя», профессор, бизнесмен: история Роберта Тэппэна Морриса — студента, который изменил интернет Отец «червя», профессор, бизнесмен: история Роберта Тэппэна Морриса — студента, который изменил интернет

Вспоминаем историю человека, который  случайно «взломал» интернет

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

Самые яркие романы Мика Джаггера

Maxim
«Бей, беги, замри»: как помочь себе правильно прожить и отпустить стресс «Бей, беги, замри»: как помочь себе правильно прожить и отпустить стресс

Практики, которые помогут с комфортом пройти через сложные моменты

Psychologies
Откуда и когда начали свое распространение индоевропейские языки Откуда и когда начали свое распространение индоевропейские языки

Индоевропейские языки берут свое начало на Южном Кавказе 8000 лет назад

ТехИнсайдер
Пляжное тело: почему считается, что право надеть купальник нужно заслужить, — личный опыт и мнение психологов Пляжное тело: почему считается, что право надеть купальник нужно заслужить, — личный опыт и мнение психологов

Почему надеть бикини порой может быть непросто?

Psychologies
Дипфейки, репетиторы и запрещенные слова: как Китай планирует регулировать ИИ Дипфейки, репетиторы и запрещенные слова: как Китай планирует регулировать ИИ

Китай одним из первых вводит ограничения для развития ИИ

Forbes
Резерв утопии Резерв утопии

Как Велимир Хлебников поместил время в пространство

Weekend
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
Алиса больше не живет Алиса больше не живет

«Реинкарнация. Новая глава»: несостоявшийся феминистский хоррор

Weekend
Он мог соперничать с Twitter, но был «убит»: как появился и почему провалился Google Reader Он мог соперничать с Twitter, но был «убит»: как появился и почему провалился Google Reader

Почему руководители Google закрыли один из своих «самых дальновидных» проектов?

VC.RU
«Простоквашино», поехали! «Простоквашино», поехали!

Центры власти и стратегии выживания в одной нарисованной российской деревне

Weekend
Камеры начнут наказывать водителей за шум. Как будут штрафовать Камеры начнут наказывать водителей за шум. Как будут штрафовать

Штрафы за шумные машины и мотоциклы скоро должны появиться в КоАП

РБК
Заклинатели роботов: какие профессии создал ИИ и кто на этом зарабатывает Заклинатели роботов: какие профессии создал ИИ и кто на этом зарабатывает

Что за люди «работают на роботов» и какие навыки от них требуются?

Forbes
Лео Бокерия: «Я обожаю само слово «сердце» Лео Бокерия: «Я обожаю само слово «сердце»

Кардиохирург Лео Бокерия — одна из самых легендарных личностей в нашей медицине

Коллекция. Караван историй
Модель ИИ Brain2Music превращает мысли в музыку Модель ИИ Brain2Music превращает мысли в музыку

Разработана модель ИИ, которая восстанавливает музыку, которую слышит человек

ТехИнсайдер
Пугающая традиция! Зачем племена в Африке удлиняют головы новорожденных девочек Пугающая традиция! Зачем племена в Африке удлиняют головы новорожденных девочек

«Липомбо» — причудливый обычай удлинения черепа в племени мангбету

ТехИнсайдер
Открыть в приложении