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

Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Золото, нефть, брокеры и криминал: 9 фильмов о жажде денег Золото, нефть, брокеры и криминал: 9 фильмов о жажде денег

Фильмы о стремлении к большим деньгам

Inc.
Вопрос-ответ Вопрос-ответ

Откуда взялась Луна, заразен ли рак и другие вопросы

Вокруг света
Свежевыжатый сок и протеиновые батончики: 10 продуктов, которые только кажутся полезными Свежевыжатый сок и протеиновые батончики: 10 продуктов, которые только кажутся полезными

Пища, которая только притворяется полезной

Psychologies
Практические вопросы: Системы антиблокировки и стабилизации Практические вопросы: Системы антиблокировки и стабилизации

Система ABS увеличивает тормозной путь или уменьшает его? Полезна ли ESP?

4x4 Club
Быть в потоке Быть в потоке

Сейчас в тренде состояние ресурса и потока. Но что это такое?

Лиза
Наука о чужих. Жизнь и разум во вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во вселенной

Земляне вряд ли смогут установить контакт с существами, похожими на них

Наука и жизнь
Почему Мировой океан меняет свой цвет: зеленые воды Почему Мировой океан меняет свой цвет: зеленые воды

Почему так важен цвет океана и почему он меняется?

ТехИнсайдер
10 звезд-мужчин, у кого было больше всех половых партнерш 10 звезд-мужчин, у кого было больше всех половых партнерш

Верить рассказам этих секс-гигантов или нет — решайте сами!

Maxim
Ехать нельзя остаться Ехать нельзя остаться

Как отлично провести время в отпуске дома?

Лиза
Виртуальная оперативная память в смартфоне — почему её не стоит использовать Виртуальная оперативная память в смартфоне — почему её не стоит использовать

В чем плюсы и минусы виртуальной оперативной памяти в смартфоне?

CHIP
Выше ниши: как меняются приоритеты компаний на пути к цифровой трансформации Выше ниши: как меняются приоритеты компаний на пути к цифровой трансформации

Цифровая трансформация остается важным элементом развития российских компаний

Forbes
Следствие ведут экстрасенсы Следствие ведут экстрасенсы

«Гипнотик»: Бен Аффлек в долгострое Роберта Родригеса

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

Прикосновения обладают целительной силой

Psychologies
Гордые невесты и «мужественные» жены: какими были женщины эпохи викингов Гордые невесты и «мужественные» жены: какими были женщины эпохи викингов

Рассказываем о жизни, быте и положении в обществе женщин эпохи викингов

Forbes
«Главное — никого не разочаровать»: 5 ловушек мышления, которые мешают стать счастливыми «Главное — никого не разочаровать»: 5 ловушек мышления, которые мешают стать счастливыми

Почему мы саботируем свой путь к счастью?

Psychologies
Виктор Бычков: «Хороший мужчина обязательно подкаблучник» Виктор Бычков: «Хороший мужчина обязательно подкаблучник»

История-преданность от главного «Кузьмича» России

Maxim
Навстречу теплым берегам Навстречу теплым берегам

Даже на обычной даче можно создать атмосферу Средиземноморья

Лиза
4 кризиса брака: когда ждать и как преодолеть — мнение психолога 4 кризиса брака: когда ждать и как преодолеть — мнение психолога

Когда в семьях чаще всего случаются кризисы?

Psychologies
Роботы и люди: как производят материнские платы на заводе в Шуе Роботы и люди: как производят материнские платы на заводе в Шуе

Как устроен завод по изготовлению материнских плат

СНОБ
Диана/Дарья Диана/Дарья

Самая ожидаемая премьера Сontext 2023 — спектакль «Дуо»

Собака.ru
Люди услышали тишину Люди услышали тишину

Как именно люди воспринимают тишину?

N+1
Как на вас влияет правильная осанка: интересные факты Как на вас влияет правильная осанка: интересные факты

Как связаны нейробиология осанки и благополучие?

ТехИнсайдер
«Муж на первом месте»: Михаил Галустян объяснил, почему запретил работать русской жене «Муж на первом месте»: Михаил Галустян объяснил, почему запретил работать русской жене

Михаил Галустян объяснил, почему его супруга не должна работать

VOICE
Видео с полицейским снизило риск неосторожного обращения с оружием среди детей Видео с полицейским снизило риск неосторожного обращения с оружием среди детей

Инструктаж снижает риск неосторожного обращения с оружием у детей

N+1
Очная ставка Очная ставка

Чего нам ждать от возрождения «Оки»

Автопилот
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
Dodge Raider 1987. Японский Bronco от Chrysler Dodge Raider 1987. Японский Bronco от Chrysler

В период с 1975 по 1990-й год Chrysler питался деликатесами от Mitsubishi

4x4 Club
Каким получился «Оппенгеймер» Кристофера Нолана — самый ожидаемый фильм года Каким получился «Оппенгеймер» Кристофера Нолана — самый ожидаемый фильм года

«Оппенгеймер» — кино о амбивалентной природе человечества

Правила жизни
От инди-фильмов к главному блокбастеру года: история режиссера «Барби» Греты Гервиг От инди-фильмов к главному блокбастеру года: история режиссера «Барби» Греты Гервиг

Творческий путь режиссера Греты Гервиг, снимающей остроумное кино о женщинах

Forbes
Открыть в приложении