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

Новая дисциплина Новая дисциплина

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

Maxim
Непотопляемая Вайолет: история единственной женщины, пережившей гибель «Титаника» и его двух братьев-близнецов Непотопляемая Вайолет: история единственной женщины, пережившей гибель «Титаника» и его двух братьев-близнецов

История Вайолет Джессоп больше похожа на сюжет фантастического блокбастера

ТехИнсайдер
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Алена Долецкая — про дачу как культурный код и жизнь за городом Алена Долецкая — про дачу как культурный код и жизнь за городом

Алена Долецкая размышляет о жизни деревенской и жизни дачной

РБК
Что не так с рейтингом фильмов «Кинопоиска» Что не так с рейтингом фильмов «Кинопоиска»

Сравниваем рейтинг «Кинопоиска» с IMDB и здравым смыслом

Maxim
Директор Музеев Московского Кремля о новом здании, туристах и отношениях с властью Директор Музеев Московского Кремля о новом здании, туристах и отношениях с властью

Почему музейное оборудование невозможно импортозаместить

Forbes
Откуда вырос арифметический корень? Откуда вырос арифметический корень?

Попробуем разобраться в запутанной истории появления на свет знака радикала

Наука и жизнь
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
Вместо тысячи букв: станут ли новые технологии заменой паролю Вместо тысячи букв: станут ли новые технологии заменой паролю

Почему корпорациям все еще не удается отказаться от паролей?

Forbes
Образ Марго Робби из вещей российских брендов Образ Марго Робби из вещей российских брендов

Марго Робби перекрашивает мир в розовый цвет

СНОБ
Доктор, это опасно? Почему ананас жжет и разъедает слизистую и язык? Доктор, это опасно? Почему ананас жжет и разъедает слизистую и язык?

Почему ананас жжет? Есть ли способ победить коварный фрукт?

ТехИнсайдер
Хейтвотчинг: почему мы смотрим на вещи, которые нас очень раздражают Хейтвотчинг: почему мы смотрим на вещи, которые нас очень раздражают

Почему люди продолжают смотреть и читать то, что им не нравится?

Forbes
Без огонька Без огонька

Как избежать штрафа за разведение костра на природе и дачном участке

Лиза
Феминистская икона наоборот: жизнь Фриды Кало, рассказанная в ее собственных картинах Феминистская икона наоборот: жизнь Фриды Кало, рассказанная в ее собственных картинах

Рассказываем о судьбе Фриды Кало, которую она отразила в своих работах

Forbes
Виртуальный номер телефона: что это, и как его получить Виртуальный номер телефона: что это, и как его получить

Что такое виртуальный номер телефона и зачем он нужен?

CHIP
Когда закончится музыка. Как жил и писал хиты Джим Моррисон Когда закончится музыка. Как жил и писал хиты Джим Моррисон

Как The Doors изменили мировую музыку

СНОБ
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
Записки отельера: как изменились отношения фанатов и звезд Записки отельера: как изменились отношения фанатов и звезд

Как за годы жизни «Гельвеции» поменялись отношения талантов и поклонников

Правила жизни
Эстетика Эстетика

Чтобы окунуться в люкс, достаточно надеть продуманный теннисный образ

VOICE
Орангутаны-мигранты позаимствовали пищевые привычки у местных Орангутаны-мигранты позаимствовали пищевые привычки у местных

У кого именно и как долго орангутаны-мигранты учатся есть новую для них пищу

N+1
Ольга Ребайн Ольга Ребайн

Основательница компании Jonacor Marine — о задачах яхтенного агентства

Y Magazine
Самые дорогие трансферные кампании в истории футбола: от «Челси» до «Реала» Самые дорогие трансферные кампании в истории футбола: от «Челси» до «Реала»

Десятка самых больших трат футбольных команд за одно окно

Forbes
Резерв утопии Резерв утопии

Как Велимир Хлебников поместил время в пространство

Weekend
Старт дан: что дальше? Старт дан: что дальше?

Для успешного развития проекты фермеров нуждаются в нефинансовой поддержке

Агроинвестор
Вперед в прошлое: каким получился «Флэш» с Эзрой Миллером Вперед в прошлое: каким получился «Флэш» с Эзрой Миллером

«Флэш» — почему он так сакрально важен для Warner Bros?

Правила жизни
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
Искусственный интеллект в деле Искусственный интеллект в деле

Может ли развитие искусственного интеллекта угрожать человеку?

Лиза
«Ласковый убийца»: что надо знать о гепатите С «Ласковый убийца»: что надо знать о гепатите С

Чем опасен гепатит С, легко ли им заразиться и как защитить от инфекции себя?

Psychologies
«Силой воли художника происходит мощная ежесекундная редактура реальности». Интервью Андрея Бартенева и Вовы Перкина «Силой воли художника происходит мощная ежесекундная редактура реальности». Интервью Андрея Бартенева и Вовы Перкина

Художники Вова Перкин и Андрей Бартенев — о социальной ответственности

СНОБ
«История пиратства: от викингов до наших дней» «История пиратства: от викингов до наших дней»

Почему морские разбойники до сих пор существуют

N+1
Открыть в приложении