Рождение метода

Бродя по лесам и лугам в бурную пору цветения, вы, возможно, обращали внимание на лужи, подернутые бледновато-желтой пленкой, замечали, как во время порыва ветра над ржаным полем поднимается зеленоватая дымка. Это растительный мир расточает в громадном количестве пыльцу - зачатки будущей жизни.

Способность растений производить споры и пыльцу поистине изумительна. Одно соцветие дуба дает за лето 500 тыс. пылинок, соцветие щавеля - до 4 млн. пылинок, соцветие сосны - около 6 млн. Однако для оплодотворения служит только ничтожная ее часть. Громадное же большинство рассеивается в воздухе, разносится ветром и в дальнейшем оседает на почву, поверхность озер, болот и морей.

В каких масштабах может происходить разнос пыльцы, показывает, в частности, такой пример. В 1954 г. жители американского города Давенпорта были свидетелями удивительного явления: над городом прошел дождь голубого цвета. Когда он окончился, всюду остались его необычные следы - голубоватые пятна. Причина этого загадочного явления объяснилась неожиданно просто: в голубой цвет дождевую воду окрасила пыльца американского тополя. Сильный ветер поднял высоко в воздух массу этой пыльцы, которая затем смешалась с дождем.

Возможность изучения пыльцы растений появилась только в 1675 г., после того как Антони Левенгук изобрел микроскоп. С этого времени перед учеными открылся новый мир, полный чудес, не видимых простым глазом. С появлением и усовершенствованием микроскопа человек узнал, что все окружающее его ранее познавалось им неполно. Он увидел, что наряду с нашим миром обычных представлений существует другой мир - мир микромасштабов. Позднейшие исследования показали, что растения прошлых эпох имеют своих "полномочных представителей" в этом мире микромасштабов - пыльцу и споры. В далеком прошлом споры и пыльца, падая на землю или на дно рек, озер, болот, морей и океанов, постепенно покрывались наслоениями пыли, ила, торфа, песка или глины и сохранялись в этих толщах тысячи и миллионы лет.

Сразу же после изобретения микроскопа ботаники начали изучать морфологию пыльцевых зерен. Целью этих работ было изучение оплодотворения у растений. Судьбой пыльцы, которая рассеивалась и погибала, тогда не интересовались. Поэтому работы по морфологии пыльцы, которые продолжались в XVIII и XIX вв., не выходили за рамки чисто ботанических исследований.

Первые упоминания о нахождении цветочной пыльцы в ископаемом состоянии имеют более чем столетнюю давность и принадлежат немецкому ученому Эренбергу. Примерно в это же время, в 1885 г., его соотечественник Шульце сумел выделить споры из каменного угля при помощи специальной обработки (мацерации)^*.

^* (Мацерация углей - растворение гуминового цемента и выделение более стойких растительных остатков, к которым относятся споры и пыльца (вернее их оболочки).)

К более или менее обстоятельному изучению ископаемых пыльцевых зерен приступил швейцарский геолог Фрю. Результаты его работ были опубликованы в 1885 г. в книге "Критические замечания к познанию торфа".

В 1888 г., исследуя осадки из озер Швеции, зоолог Ф. Трибом отмечал в них обилие пыльцы сосны и ели. Он установил регулярность этих находок и пришел к выводу, что пыльцу и споры необходимо принимать во внимание, как и прочие руководящие палеонтологические остатки.

Ботаническое определение ископаемой пыльцы с указанием количественного соотношения видов сделал немецкий ученый К. Вебер в 1896 г. Эти работы подготовили переход к систематическому изучению спор и пыльцы в геологических отложениях и положили начало зарождению новых научных методов исследований - спорово-пыльцевого анализа и палеопалиноморфологии^*. Ученые двух стран - России и Швеции - внесли наибольший вклад в становление этих научных дисциплин.

^* (Палеопалиноморфология - отрасль палеоботаники, посвященная морфологическому изучению ископаемых спор и пыльцевых зерен.)

Методика спорово-пыльцевого анализа разработана в Швеции трудами Лагерхейма и его последователя Леннарта фон Поста. Работы этих двух крупных ученых удачно дополняли друг друга. Лагерхейм - разносторонний исследователь, увлекавшийся ботаникой, хорошо знал растительный мир всех природных зон от северных лесов и тундр Скандинавии до влажных гилей^* Южной Америки.

^* (Гилеи - влажные тропические леса Южной Америки, отличающиеся большой густотой, многоярусностью, богатством и разнообразием видового состава, обилием лиан и апифитов.)

Для геолога Леннарта фон Поста характерна строгая систематичность в работе и способность доводить ее до полного завершения. Оба ученых были представителями правящего шведского общества, но предпочли блестящей карьере высоких правительственных чиновников мало понятные для окружающих научные занятия.

С 1855 г., окончив Упсальский университет и высшую школу в Стокгольме, Лагерхейм изучал бактериологию в Берлине у Роберта Коха. Год, проведенный в лаборатории Коха, в значительной степени повлиял на его дальнейший научный путь.

Лагерхейм занимался исследованием пресноводных водорослей, ржавчинных и головневых грибов, лишайников, различными вопросами ботанической техники, систематикой растений. Однако в историю науки он вошел главным образом как один из основоположников метода спорово-пыльцевого анализа, с помощью которого можно проследить распространение на земном шаре растений, споры и пыльца которых сохранились в ископаемом состоянии.

Лагерхейм один из первых начал экспериментальным путем приводить пыльцу живых растений в "ископаемое") состояние, т. е. придавать ей тот вид, какой пыльца приобретает в естественных условиях, находясь ряд лет в слоях торфа, ила и т. п. По внешнему виду "живая" пыльца нисколько не похожа на ископаемую, поэтому благодаря работам Лагерхейма и других авторов ученые смогли перейти к составлению надежных определителей.

Продолжателем работ Лагерхейма по пыльцевому анализу был Леннарт фон Пост. В отличие от Лагерхейма, стремившегося охватить большой круг вопросов, он посвятил свою жизнь изучению четвертичного периода в Швеции. Такой выбор становится понятным, если вспомнить, какую роль сыграли в геологической истории его родины великие оледенения четвертичного периода. На севере страны находился центр, от которого начиналось развитие материковых оледенений, покрывших затем большую часть Европы.

Находки ископаемых спор и пыльцы в торфяных отложениях дали ученому материал для правильного понимания изменений климата, связанных с оледенениями на территории Швеции в четвертичном периоде. Изучая отложения ледниковых и межледниковых эпох, Пост установил 11 фаз эволюции лесов и климата. Он также значительно усовершенствовал методику спорово-пыльцевого анализа, начиная от способов обработки образцов и кончая приемами составления пыльцевых диаграмм, и показал, что метод спорово-пыльцевого анализа может быть использован для выяснения различных вопросов четвертичной геологии и палеогеографии.

В нашей стране идеи применения пыльцевого анализа в геологии нашли дальнейшее развитие в работах К. К. Маркова, И. П. Герасимова, В. Д. Даньшина и других ученых.

Основоположником спорово-пыльцевого анализа в России был академик В. Н. Сукачев. Еще в 1903 г., будучи ассистентом кафедры ботаники Петербургского лесного института, В. Н. Сукачев обратился к изучению ископаемых спор и пыльцы в торфяниках. Проводя исследования болот и озер в районе Бологое, он нашел в торфе и сапропелях пыльцу ели, сосны, березы, ивы, споры плаунов и различных папоротников. Таким же методом им были обработаны отложения болот Федосихинское и Горкинское, а также озер Борунево и Озеровка. В этих работах он попытался учесть количественное соотношение видов ископаемых растений. На основании данных пыльцевого анализа В. Н. Сукачев пришел к выводу, что сосна и ель существуют в этой местности длительное время. Результаты этих исследований были опубликованы в 1906 г.

Круг интересов молодого ученого охватывал новые области ботанической географии, фитоценологии^* и лесоводства.

^* (Фитоценология - отдел ботаники, изучающий закономерности состава, развития и распределения на земной поверхности растительных группировок или растительных сообществ.)

В 1911 г. В. И. Сукачев провел ботаническое изучение растительных остатков пищи из желудка мамонта, найденного на р. Березовке в Якутской области. В этой работе, которая в свое время произвела сенсацию в научных кругах, впервые за весь период исследований о сибирских мамонтах были опубликованы ценные сведения о растениях, которыми питались эти животные, и сделана попытка реставрировать условия их жизни. Выводы В. Н. Сукачева получили дополнительное подтверждение в 1954 г., когда Л. А. Куприянова выполнила спорово-пыльцевой анализ образца содержимого желудка того же березовского мамонта. Хотя разнообразные научные проблемы отвлекали В. Н. Сукачева от занятий спорово-пыльцевым анализом, тем не менее он многократно возвращался к этим вопросам.

В 1939 г. В. Н. Сукачев впервые нашел ископаемую пыльцу древесных пород в лёссе и лёссовидных суглинках. Позднее ученый сосредоточивает свое внимание на исследовании пыльцы в озерных отложениях и разрабатывает так называемый комплексный метод изучения сапропелей. Благодаря этому появилась возможность получить чрезвычайно интересные сведения о четвертичной истории растительности Среднего и Южного Урала.

В России примерно в одно время с Л. Постом работал В. С. Доктуровский - крупнейший болотовед и палеоботаник. Изучая болота и торфы, он использовал пыльцу как палеофлористический показатель. В частности, В. С. Доктуровский пришел к выводу, что ель в России появилась значительно раньше, чем в Скандинавии. В 1917 г. он впервые в России приступил к цифровому количественному учету пыльцевых зерен в торфе. Этот цикл исследований был завершен выходом в 1923 г. обобщающего руководства: "Метод анализа пыльцы в торфе". В том же году В. С. Доктуровский совместно с В. В. Кудряшовым опубликовал первый в мире определитель пыльцы, который был немедленно переведен в Германии на немецкий язык.

В. С. Доктуровский внес значительный вклад в изучение межледниковых отложений. Он впервые применил метод спорово-пыльцевого анализа в археологических исследованиях. В последующие годы Доктуровский приложил много сил для популяризации этого метода в, нашей стране. Его роль была тем более значительна, что он руководил изучением торфяных месторождений во многих зонах страны в связи с работами, которые развернулись по осуществлению ленинского плана электрификации России (план ГОЭЛРО), а также был представителем Советского Союза на международных конгрессах. За большие заслуги перед советской наукой В. С. Доктуровский был награжден в 1924 г. золотой медалью Российского географического общества.

В развитии палинологии имели значение и работы советского торфоведа Д. А. Герасимова. На основе анализа спорово-пыльцевых спектров им был сделан вывод об изменении климата и растительного покрова в голоцене.

Новое направление в развитии спорового анализа в нашей стране было начато работами С. Н. Наумовой, А. А. Любор и И. Э. Вальц, применивших этот метод для изучения мезозойских и палеозойских отложений. В дальнейшем они распространились и на протерозойские отложения. Эти работы наряду с большим теоретическим значением получили широкое практическое применение при корреляции^* угольных пластов, а также при стратиграфическом^** расчленении протерозойских и нижнекембрийских отложений, крайне бедных руководящими ископаемыми (см. геохронологическую таблицу).

^* (Корреляция - сопоставление слоев горных пород или частей разрезов кок близких, так и отдаленных территорий для выяснения геологического возраста этих частей и слоев; сопоставление пластов угля одного или различных месторождений.)

^** (Стратиграфия - раздел геологии, занимающийся изучением последовательности залегания слоев и толщ и установлением их возраста.)

Новый этап в развитии спорово-пыльцевого анализа был связан с появлением метода "обогащения" исходных образцов спорами и пыльцой, созданного В. П. Гричуком в 1937 г. Новая методика значительно расширила возможности применения спорово-пыльцевого анализа, позволив широко использовать его при изучении не только органогенных, но и минералогенных пород. В настоящее время метод В. П. Гричука применяется во всех лабораториях спорово-пыльцевого анализа в нашей стране и за рубежом.

В СССР образовался большой отряд специалистов-палинологов. Лаборатории спорово-пыльцевого анализа имеются в ботанических, геологических, географических, нефтяных и многих других научно-исследовательских учреждениях нашей страны. А это обстоятельство потребовало специальных пособий, руководств и систематических справочников и определителей для подготовки и целенаправленной работы растущей армии палинологов. Большим событием в истории пыльцевого анализа в СССР было появление двух первых капитальных руководств: в 1948 г. "Анализ пыльцы и спор и его применение в палеогеографии" В. П. Гричука и Е. Д. Заклинской и затем "Пыльцевой анализ", созданный большим коллективом исследователей. Составители этой книги были награждены Государственной премией.

Большую помощь специалистам по спорово-пыльцевому анализу (палинологам) оказывают работы по морфологии пыльцы современных растений, систематически проводимые М. Х. Монозсон, А. Н. Сладковым и другими учеными. Их определители пыльцы древесных и травянистых растений позволяют установить род и вид растений по ископаемой пыльце из молодых отложений. Такие определения позволяют делать выводы о составе растительных ассоциаций^* и смене видового состава в растительном покрове в зависимости от изменений климатических условий.

^* (Ассоциация - растительные сообщества, характеризующиеся определенным видовым составом растений.)

Сейчас спорово-пыльцевой анализ применяется при изучении отложений всех геологических периодов. Особое значение он приобрел при изучении стратиграфии континентальных отложений^*, в которых споры и пыльца зачастую являются единственным видом руководящих ископаемых.

^* (Континентальные отложения - породы, образовавшиеся на земной поверхности вне области моря. Одни из них осадочного происхождения: озерные, болотные, речные; другие образуются в результате деятельности ветра или ледника; третьи представляют собой скопления обломочного материала разрушенных выветриванием горных пород.)

В последние годы спорово-пыльцевой анализ используется при изучении упавших на землю метеоритов. Как показывают данные Б. В. Тимофеева, в них содержатся спороподобные образования, очень сходные с кембрийскими и докембрийскими формами. Все исследованные метеориты обладают почти одинаковым комплексом этих образований. Это наводит на мысль, что попавшие на землю метеориты, возможно, являются частицами одной планеты.

Геохронологическая таблица

В области изучения морфологии пыльцы и тонких структур пыльцевых оболочек широко известны работы шведского ученого Г. Эрдтмана и его сотрудников. В Германии большие исследования по систематике спор мезозоя и палеозоя выполнены Р. Потонье и Г. Кремпом; ценные работы в связи с археологическими исследованиями опубликованы Штраком. Важные данные по характеристике климата и растительности ледникового периода получены австрийским палинологом Г. Гамсом и датским ученым Я. Иверсоном, который в содружестве с К. Фегри написал широко известное руководство по основам пыльцевого анализа. Интересные работы в области палинологии проводят ученые Польши, Чехословакии, Венгрии, Австрии, Индии, Америки, Японии, Новой Зеландии и других стран.