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

Ядерные полигоны и могильники: где хранят радиоактивные отходы Ядерные полигоны и могильники: где хранят радиоактивные отходы

Какую опасность для окружающего мира представляют радиоактивные отходы?

ФедералПресс
Как понять, что вы — манипулятор? Как понять, что вы — манипулятор?

Разбираем, как распознать манипулятивное поведение в себе

Psychologies
Дочь Ра Дочь Ра

Клеопатре суждено было стать последней царицей относительно независимого Египта

Дилетант
Вы и новый партнер пережили развод: как могут складываться отношения — личная история и комментарий психолога Вы и новый партнер пережили развод: как могут складываться отношения — личная история и комментарий психолога

Сколько нужно времени, чтобы залечить душевные раны после развода?

Psychologies
Что ты такое? Что ты такое?

Как за последние десятилетия поменялось наше гендерное восприятие

Men’s Health
«Лаврова не могла выбрать между Смоктуновским и Баталовым», — рассказывала подруга актрисы «Лаврова не могла выбрать между Смоктуновским и Баталовым», — рассказывала подруга актрисы

Роднило ее избранников только одно — все они были талантливы, неординарны

Коллекция. Караван историй
Зимние забавы за пределами земли Зимние забавы за пределами земли

Возможно ли в темноте космоса найти места для катания на коньках?

Наука и жизнь
Ученые нашли эффективный способ отличать сигналы из глубин космоса от «фонового шума» Земли Ученые нашли эффективный способ отличать сигналы из глубин космоса от «фонового шума» Земли

Новый метод распознавания радиосигналов может значительно сузить поиск

ТехИнсайдер
Африке предрекли ведущую роль в загрязнении поверхностных вод к концу этого века Африке предрекли ведущую роль в загрязнении поверхностных вод к концу этого века

Главными загрязнителями поверхностных вод Африки станут страны южнее Сахары

N+1
Самоуверенный алгоритм: какие риски внедрения ИИ пока недооцениваются Самоуверенный алгоритм: какие риски внедрения ИИ пока недооцениваются

ИИ обладают предсказательной способностью, но не могут заглянуть на шаг вперед

Forbes
От итальянских рабочих до суперзвезд и инфлюенсеров: история белой майки От итальянских рабочих до суперзвезд и инфлюенсеров: история белой майки

Откуда вообще взялась белая майка и при чем тут алкоголики и расизм

Правила жизни
Как мозг строит модели будущего и действует согласно этим моделям Как мозг строит модели будущего и действует согласно этим моделям

Память не только сохраняет воспоминания, но и позволяет прогнозировать будущее

ТехИнсайдер
Вытащить с того света, спасти от чумы и принять роды: к чему должен быть готов экипаж воздушного судна Вытащить с того света, спасти от чумы и принять роды: к чему должен быть готов экипаж воздушного судна

Как и чем могут помочь бортпроводники:

ТехИнсайдер
Лунная диета. Прощайте, лишние килограммы Лунная диета. Прощайте, лишние килограммы

Луна управляет не только приливами и отливами в морях и океанах

Лиза
Покупка подержанного MINI Countryman. Стильно, модно и надёжно Покупка подержанного MINI Countryman. Стильно, модно и надёжно

Зачем вам покупать подержанный MINI Countryman?

4x4 Club
Вода: сколько пить в литрах? Вода: сколько пить в литрах?

Правильный питьевой режим — что это за зверь?

Здоровье
«Уинстон Черчилль: его эпоха, его преступления» «Уинстон Черчилль: его эпоха, его преступления»

Фрагмент книги «Уинстон Черчилль: его эпоха, его преступления»

N+1
Внимание, работают тревожные люди. Как справляться со стрессом начальнику и сотруднику Внимание, работают тревожные люди. Как справляться со стрессом начальнику и сотруднику

Как помочь себе и другим пережить трудные моменты

Inc.
Данте и Беатриче Данте и Беатриче

Рассматриваем картину британского художника Генри Холидея «Данте и Беатриче»

Дилетант
Уже ягодки: как Wildberries заработал на штрафах 8 млрд рублей и со всеми поссорился Уже ягодки: как Wildberries заработал на штрафах 8 млрд рублей и со всеми поссорился

Как и почему меняется крупнейший маркетплейс России?

Forbes
Характер такой: пятиминутный путеводитель по основным психотипам Характер такой: пятиминутный путеводитель по основным психотипам

Психотипы: основные особенности и моменты, на которые нужно обратить внимание

Правила жизни
Жутко громко и запредельно опасно: как шум убивает нас Жутко громко и запредельно опасно: как шум убивает нас

Громкие звуки провоцируют появление хронической бессонницы у людей

ТехИнсайдер
Подтягиваем ягодицы Подтягиваем ягодицы

5 отличных упражнений для красивой формы ягодиц

Лиза
«Каждую ночь она задерживала дыхание и молилась»: как бомбежки влияют на психику «Каждую ночь она задерживала дыхание и молилась»: как бомбежки влияют на психику

Какой была жизнь в английском приюте для воспитания и содержания детей-сирот?

Psychologies
За что подростки уважают взрослых За что подростки уважают взрослых

Опрос среди юношей и девушек от 14 до 22 лет: за что можно уважать взрослых

СНОБ
Генерал Франко и его мятеж Генерал Франко и его мятеж

На марке Испанского Марокко всего лишь скромная надпечатка: 18 июля 1936 года

Дилетант
Как мозг воспринимает и хранит слова, которые мы слышим. Новое исследование Как мозг воспринимает и хранит слова, которые мы слышим. Новое исследование

Слуховой лексикон мозга расположен в передней части первичной слуховой коры

ТехИнсайдер
«Я и так знаю, что он мне скажет»: 6 причин, по которым люди не идут к психологу «Я и так знаю, что он мне скажет»: 6 причин, по которым люди не идут к психологу

Что лежит в основе нежелания работать с психологом?

Psychologies
Намагниченный взгляд Намагниченный взгляд

«Куда бегут собаки»: ошибки в электросхематической картине мира

Weekend
Каменные глаза трилобитов: удивительная загадка доисторических времен Каменные глаза трилобитов: удивительная загадка доисторических времен

Природа применила безграничную фантазию, создавая системы зрения трилобитов

ТехИнсайдер
Открыть в приложении