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

Античный коммунизм Античный коммунизм

Кто всех суровее в Древней Греции?

Дилетант
«Оставил сердце в Сан-Франциско»: как жил и пел Тони Беннетт «Оставил сердце в Сан-Франциско»: как жил и пел Тони Беннетт

Тони Беннетт успел заработать славу, потерять ее на годы и вернуться в строй

Правила жизни
Слайд-шоу Слайд-шоу

Космические корабли, инновационные мотоциклы и складные дома

ТехИнсайдер
Как отключить подписку Кинопоиск HD: 4 способа Как отключить подписку Кинопоиск HD: 4 способа

Как отменить подписку на Кинопоиск на смартфоне, компьютере, телевизоре

CHIP
Как Lexus и Mercedes. Первый тест-драйв Hongqi HS5 Как Lexus и Mercedes. Первый тест-драйв Hongqi HS5

Китайская премиальная марка Hongqi расширяет модельный ряд в России

РБК
Вывести новый софт: как обновления ПО могут уберечь компанию от хакерских атак Вывести новый софт: как обновления ПО могут уберечь компанию от хакерских атак

Как компании могут свести возможность кибератак к минимуму

Forbes
Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты

Исследования выявили ряд интересных фактов, связанных с кофеином

Psychologies
Результат на лицо Результат на лицо

5 ошибок в умывании, из-за которых кожа постареет быстрее

Лиза
Здоровье от природы Здоровье от природы

7 эффективных природных антибиотиков

Лиза
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
«Ты сама этого хотела!»: как проекции отравляют отношения «Ты сама этого хотела!»: как проекции отравляют отношения

Привычка приписывать другому свои мысли может помешать нам быть счастливыми

Psychologies
Душ и радар: топ-5 уникальных гаджетов для автомобиля Душ и радар: топ-5 уникальных гаджетов для автомобиля

Без каких девайсов не обойтись в долгой поездке

Maxim
Белки плазмы крови предсказали болезнь Альцгеймера Белки плазмы крови предсказали болезнь Альцгеймера

Ученые обнаружили 32 белка плазмы крови, связанные с развитием деменции

N+1
Связи решают все: как работает теория 6 рукопожатий — объяснение математиков Связи решают все: как работает теория 6 рукопожатий — объяснение математиков

Уаждый человек заочно знаком с любым другим жителем планеты

Psychologies
«Формула-1» бьет рекорды: почему команды серии дорожают на сотни процентов в год «Формула-1» бьет рекорды: почему команды серии дорожают на сотни процентов в год

Оценки стоимости команд «Формулы-1» стремительно растут

Forbes
Куда двигаться Куда двигаться

Какие именно танцы подойдут тебе?

VOICE
Формула любви: как построить идеальный союз — 2 шага Формула любви: как построить идеальный союз — 2 шага

Существует ли совершенное чувство любви?

Psychologies
Британские археологи поразились открытию 25 ям времен мезолита Британские археологи поразились открытию 25 ям времен мезолита

В Линмере, Бедфордшир больше "монументальных" ям, чем где-либо еще в Англии

ТехИнсайдер
Птицы построили гнезда из противоптичьих шипов Птицы построили гнезда из противоптичьих шипов

Необычный материал для гнезд использовали сороки и черные вороны

N+1
Австралийские животные плохо справились с расселением в Азию из-за адаптаций к засушливому климату Австралийские животные плохо справились с расселением в Азию из-за адаптаций к засушливому климату

Аочему австралийским животным труднее расселяться в Азию, чем наоборот

N+1
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
Почему лучше покупать кондиционер с функцией обогрева Почему лучше покупать кондиционер с функцией обогрева

Жителей квартир эта функция здорово выручит в межсезонье

CHIP
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
«Всегда лги, что родилась здесь»: как живут китайские эмигранты в Нью-Йорке «Всегда лги, что родилась здесь»: как живут китайские эмигранты в Нью-Йорке

Отрывок из книги «Прекрасная страна. Всегда лги, что родилась здесь»

Forbes
Наука о чужих. Жизнь и разум во вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во вселенной

Земляне вряд ли смогут установить контакт с существами, похожими на них

Наука и жизнь
От носа до кишечника: почему микробиом человека так важен для нашего здоровья От носа до кишечника: почему микробиом человека так важен для нашего здоровья

Почему сообщества микроогранизмов так важны для нашего здоровья

ТехИнсайдер
Почему бегать можно не всем? Узнайте о пользе и вреде бега Почему бегать можно не всем? Узнайте о пользе и вреде бега

Хотя преимущества активности очевидны, полезен ли бег для каждого человека?

ТехИнсайдер
Как в русском фольклоре появились русалки? Как в русском фольклоре появились русалки?

Кого на Руси называли русалками?

Культура.РФ
Свежевыжатый сок и протеиновые батончики: 10 продуктов, которые только кажутся полезными Свежевыжатый сок и протеиновые батончики: 10 продуктов, которые только кажутся полезными

Пища, которая только притворяется полезной

Psychologies
Как мозг управляет иммунной системой при воспалениях и травмах Как мозг управляет иммунной системой при воспалениях и травмах

Как наш организм справляется с воспалениями и травмами?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении