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

Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Почему яд скорпионов - одна из самых дорогих жидкостей на планете? Интересный факт! Почему яд скорпионов - одна из самых дорогих жидкостей на планете? Интересный факт!

Незначительное количество яда скорпиона может принести немалые деньги

ТехИнсайдер
Дочь Ра Дочь Ра

Клеопатре суждено было стать последней царицей относительно независимого Египта

Дилетант
Фельдшер скорой помощи нашла остатки парейазавра на берегу Вятки Фельдшер скорой помощи нашла остатки парейазавра на берегу Вятки

Древняя парарептилия жила около 260 миллионов лет назад

N+1
25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины 25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины

Эта статья поможет тебе прожить чуть более счастливую и долгую жизнь

Maxim
В Индийском океане существует гигантская гравитационная дыра, и мы наконец-то можем узнать ее причину В Индийском океане существует гигантская гравитационная дыра, и мы наконец-то можем узнать ее причину

К образованию этой аномалии привели шлейфы раскаленной магмы

ТехИнсайдер
Больше не лезет Больше не лезет

Как вновь ощутить вкус к жизни?

GQ
Трогательный момент: зачем нужны прикосновения — ответ ученых Трогательный момент: зачем нужны прикосновения — ответ ученых

Прикосновения обладают целительной силой

Psychologies
Жены известных людей, о которых никто ничего не знает Жены известных людей, о которых никто ничего не знает

Многие знаменитости женаты на обычных людях, не имеющих отношения к шоу-бизнесу

Maxim
Палеогенетики прочитали ДНК 71 жертвы массовой расправы семитысячелетней давности Палеогенетики прочитали ДНК 71 жертвы массовой расправы семитысячелетней давности

Ученые прочитали ДНК 268 древних людей, проживавших в Европе в эпоху неолита

N+1
Почему плакать полезно для здоровья: 5 веских причины пустить слезу прямо сейчас Почему плакать полезно для здоровья: 5 веских причины пустить слезу прямо сейчас

Плач может улучшить здоровье, причем как психическое, так и физическое

ТехИнсайдер
Продуктивность в 2023 году: как быть эффективнее на работе и меньше отвлекаться Продуктивность в 2023 году: как быть эффективнее на работе и меньше отвлекаться

Как прокачать свою личную эффективность?

Maxim
История наемного убийцы: как сериал «Барри» анализирует травмирующий опыт История наемного убийцы: как сериал «Барри» анализирует травмирующий опыт

Как сюжет про бывшего морпеха пересекается с фильмами Балабанова?

Forbes
9 проверенных способов преодолеть страх 9 проверенных способов преодолеть страх

Уловки, которые помогут перепрограммировать мозг и стать смелее

РБК
7 аудиокниг для совместного прослушивания с детьми 7 аудиокниг для совместного прослушивания с детьми

Озвученные уютные произведения для семейных вечеров

СНОБ
Сама себе психотерапевт. 5 хитов арт-терапии Сама себе психотерапевт. 5 хитов арт-терапии

Если ты устала, возьми тайм-аут и займись арт-терапией

Лиза
«Ты зануда, а в IT за это платят»: как я за три с половиной месяца стала тестировщиком «Ты зануда, а в IT за это платят»: как я за три с половиной месяца стала тестировщиком

Ольге было 35, когда она решила стать тестировщиком, и вот что из этого вышло

VOICE
Что такое массаж сухой щеткой и какой от него эффект Что такое массаж сухой щеткой и какой от него эффект

Есть ли польза от массажа сухой щеткой: все за и против

РБК
«Я построю свой луна-парк»: что смотреть, если вам нравится «Футурама» «Я построю свой луна-парк»: что смотреть, если вам нравится «Футурама»

Мультфильмы, которые придутся по душе фанатам приключений

Правила жизни
5 популярных физических упражнений, от которых практически нет пользы 5 популярных физических упражнений, от которых практически нет пользы

Эти упражнения — ложные друзья каждого ЗОЖника

Maxim
Душевная пустота: что это и как ее правильно заполнять — 5 шагов Душевная пустота: что это и как ее правильно заполнять — 5 шагов

Откуда берутся апатия и чувство безысходности?

Psychologies
Не будущее, а всегда существующее Не будущее, а всегда существующее

Яков Чернихов как единственный в СССР создатель архитектурного абсолюта

Weekend
За 30 лет число детей с диабетом выросло на 40 процентов За 30 лет число детей с диабетом выросло на 40 процентов

Уровень заболеваемости диабетом увеличился с 9,31 до 11,61 на 100000 населения

N+1
Робот дышит и потеет. На нем ученые будут исследовать влияние жары на человека Робот дышит и потеет. На нем ученые будут исследовать влияние жары на человека

ANDI является полевой лабораторией, которая позволит оценить воздействие жары

ТехИнсайдер
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
Какая частота обновления экрана нужна обычному пользователю Какая частота обновления экрана нужна обычному пользователю

Зачем смартфонам дисплеи на 90, 120, 144 Гц?

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

Слабый пароль — залог взлома и утечки информации!

Maxim
Восемь звезд, которые обожают возиться с грядками Восемь звезд, которые обожают возиться с грядками

Иметь собственный огород не только полезно для здоровья и кошелька, но и модно

РБК
«Бросить вызов голливудским ожиданиям»: как Флоренс Пью меняет образ женщины в кино «Бросить вызов голливудским ожиданиям»: как Флоренс Пью меняет образ женщины в кино

Как Флоренс Пью стала новым лицом феминизма в киноиндустрии.

Forbes
Трагическая жизнь Шинейд О'Коннор: «пытки» в детстве, смерть сына и четыре неудачных брака Трагическая жизнь Шинейд О'Коннор: «пытки» в детстве, смерть сына и четыре неудачных брака

Трагическая история жизни Шинейд О'Коннор

VOICE
Открыть в приложении