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

Что упало, не пропало Что упало, не пропало

Метеоритные кратеры на Земле

Наука и жизнь
«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
Цезарь и Антоний Цезарь и Антоний

Великий полководец и политик Гай Юлий Цезарь погрузил Рим в гражданскую войну

Дилетант
Почему работать и читать, лежа в кровати, вредно для здоровья — избавьтесь от этой привычки! Почему работать и читать, лежа в кровати, вредно для здоровья — избавьтесь от этой привычки!

Превращение кровати в рабочее место может вызвать целый ряд проблем со здоровьем

ТехИнсайдер
Черная быль. Что именно произошло на Чернобыльской АЭС и чем все кончилось Черная быль. Что именно произошло на Чернобыльской АЭС и чем все кончилось

С момента катастрофы на Чернобыльской АЭС прошло уже много лет

Maxim
Покровительница христианских народов: как Россия боролась за влияние на Балканах Покровительница христианских народов: как Россия боролась за влияние на Балканах

Как обрастала мифами история отношений России и Западных Балкан?

Forbes
15 фигурантов и их судьбы 15 фигурантов и их судьбы

Каждый из них оказался навеки проклят за преступления против человечности

Дилетант
Шум и ярость. О чем и как писал Уильям Фолкнер Шум и ярость. О чем и как писал Уильям Фолкнер

Чем интересен роман Фолкнера «Шум и ярость»

СНОБ
Узнайте цену! Подземный отель на глубине 400 метров предлагает «самый глубокий сон» Узнайте цену! Подземный отель на глубине 400 метров предлагает «самый глубокий сон»

Чтобы попасть в эту необычную гостиницу, придется преодолеть не одно препятствие

ТехИнсайдер
Альберт Эйнштейн: счастливые годы в Берне Альберт Эйнштейн: счастливые годы в Берне

С каким багажом Эйнштейн приехал в Берн и как он шел к своему «году чудес»

Наука и жизнь
Шаманы и шаманизм Шаманы и шаманизм

Почему шаманизм многих пугает и как он работает на самом деле?

Лиза
Всё о Вине Дизеле. Актеру из «Форсажа» исполнилось 56 лет Всё о Вине Дизеле. Актеру из «Форсажа» исполнилось 56 лет

В автомобильной истории нашлось место для двух Дизелей

РБК
Шкала пригодности: 3 способа понять, правильный ли человек рядом с вами Шкала пригодности: 3 способа понять, правильный ли человек рядом с вами

Поиск единственного и неповторимого может занять много времени. Что же делать?

Psychologies
Громкое имя Громкое имя

Почему Seville стремится на мировую сцену и сколько раз считает нужным влюбиться

VOICE
Российский кинорежиссер Кирилл Кемниц: В кино денег всегда чуть-чуть не хватает Российский кинорежиссер Кирилл Кемниц: В кино денег всегда чуть-чуть не хватает

Интервью с российским режиссером Кириллом Кемницем

СНОБ
Ужин подан! Ужин подан!

9 вопросов о правильном ужине

Лиза
Русские породы собак, которые ценятся во всем мире Русские породы собак, которые ценятся во всем мире

От среднеазиатской овчарки до русского той-терьера: русские породы собак

Maxim
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
Мама перепутает! 10 двойников звезд, которых не отличишь от оригинала Мама перепутает! 10 двойников звезд, которых не отличишь от оригинала

Некоторые охотно пользуются сходством со звездой

VOICE
Особенности работы в Дубае: подходы и цифры Особенности работы в Дубае: подходы и цифры

Разбираемся в специфики деловой культуры в Дубае

Правила жизни
Цапли не то, чем кажутся: каким получился последний фильм Миядзаки «Как поживаете?» Цапли не то, чем кажутся: каким получился последний фильм Миядзаки «Как поживаете?»

«Как поживаете?» — фильм о том, как важно научиться принимать смерть

Правила жизни
Похвала тупости Похвала тупости

Владимир Козин: скульптура с легким характером

Weekend
Искусственные клетки с минимальным геномом быстро адаптировались в процессе эволюции Искусственные клетки с минимальным геномом быстро адаптировались в процессе эволюции

Результаты наблюдений за эволюцией клеток с минимальным геномом

N+1
«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
«У снобов имеется некий душевный надрыв». Отрывок из книги о Марселе Прусте и его главном романе «У снобов имеется некий душевный надрыв». Отрывок из книги о Марселе Прусте и его главном романе

Как Марсель Пруст критиковал светское общество

СНОБ
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
Хвалить публично, дать высказаться и не осуждать: как сделать компанию инклюзивной Хвалить публично, дать высказаться и не осуждать: как сделать компанию инклюзивной

Как инклюзивность влияет на работу компании и помогают ей добиться успеха

Forbes
О чем были песни группы «Звуки Му» О чем были песни группы «Звуки Му»

Чем интересно творчество группы «Звуки Му»

СНОБ
Что будет с «автоматом», если придется буксировать автомобиль Что будет с «автоматом», если придется буксировать автомобиль

Почему нельзя буксировать машину с АКП?

Maxim
Прыщи, усы и седина: «неидеальные» знаменитости, которым плевать на стандарты красоты Прыщи, усы и седина: «неидеальные» знаменитости, которым плевать на стандарты красоты

Эти звезды борются против бьюти-стереотипов, которые нередко портят нам жизнь

VOICE
Открыть в приложении