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
Судьба нерезидента: главные налоговые и валютные проблемы при работе из-за рубежа Судьба нерезидента: главные налоговые и валютные проблемы при работе из-за рубежа

Какие проблемы могут возникнуть при дистанционной работе за пределами России?

Forbes
Слайд-шоу Слайд-шоу

Космические корабли, инновационные мотоциклы и складные дома

ТехИнсайдер
В большинстве российских компаний не видят пользу цифрового рубля для бизнеса В большинстве российских компаний не видят пользу цифрового рубля для бизнеса

Более 65% российских компаний не видят преимущества цифрового рубля для бизнеса

Forbes
Человек и салат: 9 мифов о Юлии Цезаре Человек и салат: 9 мифов о Юлии Цезаре

Правда и мифы о Юлии Цезаре

Вокруг света
Выдра в США терроризирует серферов и ворует их доски. Ее могут усыпить! Выдра в США терроризирует серферов и ворует их доски. Ее могут усыпить!

Морская выдра в США крадет доски у серферов

ТехИнсайдер
35 откровенных вопросов, которые стоит задать своей девушке (чтобы узнать, что ей нравится в постели) 35 откровенных вопросов, которые стоит задать своей девушке (чтобы узнать, что ей нравится в постели)

Открытое общение между любовниками — залог более приятного секса

Playboy
На что похожа жизнь свободного человека и каким бывает детство в Репино На что похожа жизнь свободного человека и каким бывает детство в Репино

Сююмбике Давлет-Кильдеева — о радостях жизни на Финском заливе

РБК
Пазл Кристофера Нолана. Из чего состоит кино режиссера-визионера Пазл Кристофера Нолана. Из чего состоит кино режиссера-визионера

Как устроено кино Кристофера Нолана

СНОБ
Эль-Ниньо может привести к распространению эпидемий, переносимых комарами Эль-Ниньо может привести к распространению эпидемий, переносимых комарами

Вслед за трехлетним Ла-Нинья планета движется к сильному Эль-Ниньо

ТехИнсайдер
«Я ничего не успеваю!»: как освоить тайм-менеджмент и перестать опаздывать — советы эксперта «Я ничего не успеваю!»: как освоить тайм-менеджмент и перестать опаздывать — советы эксперта

Рекомендации для тех, кто устал проигрывать в неравных схватках со временем

Psychologies
Как в Калининграде развивается среда для людей с инвалидностью Как в Калининграде развивается среда для людей с инвалидностью

Роман Аранин развивает в Калининграде доступную среду для людей с инвалидностью

Forbes
Нежное преступление, обожаемое наказание Нежное преступление, обожаемое наказание

«Следствие ведут знатоки»: картина противостояния криминала и милиции

Weekend
Фокус на джунов: почему в компаниях растет спрос на молодых специалистов Фокус на джунов: почему в компаниях растет спрос на молодых специалистов

На фоне кадрового голода бизнес стал чаще нанимать вчерашних выпускников

Forbes
Брюсы Брюсы

Эти незаурядные иностранцы оставили заметный след в истории России

Дилетант
Топ-5 самых ярких экранизаций книг Терри Пратчетта Топ-5 самых ярких экранизаций книг Терри Пратчетта

Есть и жемчужины, и неоднозначные творения: экранизации книг Терри Пратчетта

Maxim
«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
Хореограф Павел Глухов о работе над постановкой «Дуо» с Дианой Вишневой и Дарьей Павленко Хореограф Павел Глухов о работе над постановкой «Дуо» с Дианой Вишневой и Дарьей Павленко

Хореограф Павел Глухов рассказал — об особенностях общения с прима-балеринами

СНОБ
Громкое имя Громкое имя

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

VOICE
От Месси до Малкома: как испанские налоговые органы преследуют футболистов От Месси до Малкома: как испанские налоговые органы преследуют футболистов

Почему в Испании возбуждают так много дел против топ-игроков?

Forbes
Таргетная терапия уменьшила краниофарингиомы пациентов на 91 процент Таргетная терапия уменьшила краниофарингиомы пациентов на 91 процент

Исследователи сообщили об успехе II фазы испытаний таргетной терапии

N+1
В будущее возьмут всех: 5 причин, почему «Футурама» — великий мультсериал В будущее возьмут всех: 5 причин, почему «Футурама» — великий мультсериал

Что на самом деле сделало комедию про футуристических обывателей бессмертной

Правила жизни
Эмпатия на экране. Почему героям фильмов хочется сопереживать Эмпатия на экране. Почему героям фильмов хочется сопереживать

Глава из книги «Сценарий сериала. Как написать историю, достойную Нетфликса»

СНОБ
Разработан более дешевый способ обучения Больших языковых моделей Разработан более дешевый способ обучения Больших языковых моделей

Новый способ оптимизации предварительного обучения Больших языковых моделей

ТехИнсайдер
Ужин подан! Ужин подан!

9 вопросов о правильном ужине

Лиза
10 неожиданных фактов о главном герое каждого лета – арбузе 10 неожиданных фактов о главном герое каждого лета – арбузе

Арбуз — ягода, фрукт или овощ?

ТехИнсайдер
Как решить, куда двигаться дальше: 5 советов коуча — попробуйте, если вы «сканер» Как решить, куда двигаться дальше: 5 советов коуча — попробуйте, если вы «сканер»

Не можете решить, в каком направлении идти дальше, и это вызывает у вас стресс?

Psychologies
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
ИИ узнает голоса речных дельфинов и помогает их спасению ИИ узнает голоса речных дельфинов и помогает их спасению

Нейронную сеть обучили распознаванию уникальных щелчков и свистов животных

ТехИнсайдер
«Изобретение прав человека: история» «Изобретение прав человека: история»

Как в обществе менялось восприятие пыток

N+1
Открыть в приложении