Полезная помощница

Спорово-пыльцевой анализ возник и развился как отрасль палеоботаники и вскоре превратился в один из основных методов палеоботанических исследований. А. Н. Криштофович писал по этому поводу: "Тот примитивный подход в обработке палеоботанических данных - "молоток и лупа", который существовал ранее, уже недостаточен, и на помощь приходит новая методика, при которой часто толщи, казавшиеся "немыми", дают богатейшие данные для познания растений прошлого"^*.

^* (А. Н. Криштофович. История палеоботаники в СССР. М., 1956, стр. 50.)

Палинология, едва появившись на свет, сделалась совершенно необходимым методом исследования в различных областях знаний, которые ждут от нее ответов на разнообразные, порой даже неожиданные вопросы. В некоторые научные дисциплины палинологические методы исследования вошли настолько прочно, что без них был бы немыслим их прогресс в последние десятилетия.

О роли этого метода в изучении стратиграфии и истории растительности прошлых эпох говорилось в предыдущей главе. В этой главе мы обратим внимание читателя на значение спорово-пыльцевого анализа в решении наиболее сложной палеоботанической задачи - изучении эволюции растительных организмов. В этом вопросе основное значение приобретают морфологические исследования как ископаемых остатков пыльцы и спор, так пыльцы и спор современных растений.

Изучение морфологии пыльцы было начато в конце прошлого века работами Ю. Фрицше и Д. С. Михайлова. Но только в последующих работах С. М. Розанова, А. А. Кузнецова, Б. М. Козо-Полянского и других ученых мы находим данные по применению изучения морфологии пыльцы для целей филогении^* и систематики растений. А. А. Кузнецов на основании изучения пыльцы свыше 500 видов растений, принадлежащих к 93 семействам, пришел к выводу, что одновременно с усложнением различных органов растений (стеблей, листьев, цветка и т. д.) идет процесс усложнения споровых и пыльцевых зерен.

^* (Филогения - историческое развитие органического мира, его отдельных групп, а также тех или иных органов.)

Исследования Н. А. Болховитиной показали, что эволюция пыльцы хвойных происходит, например, в направлении усовершенствования летательных приспособлений. Из пыльцевого зерна примитивного типа, не имеющего воздушных мешков, развились более современные типы с обособленными воздушными мешками. Эволюция пыльцы хвойных шла, оказывается, различными путями. И. А. Болховитина выделила восемь рядов развития, в пределах которых, в свою очередь, различаются 29 типов пыльцы.

В связи с выяснением происхождения и эволюции покрытосемянных растений большой интерес представляют работы А. Л. Тахтаджяна, Г. Пфлуга, Л. А. Куприяновой, Е. Д. Заклинской.

Л. А. Куприянова сделала в 1954 г. интересные выводы по филогении однодольных растений на основе изучения морфологии пыльцы 44 семейств этого класса. Ею выявлено три направления в развитии однодольных растений. Первое направление идет от лилейных и представлено энтомофильными^* видами; в них преобладает бороздная пыльца крупных размеров с богатой орнаментацией. Второе начинается от пальм и включает в себя анемофильные^** растения. Соответственно этому во второй группе развились мелкие пыльцевые зерна с мало заметной орнаментацией, имеющие чаще всего только одну пору. Третье примыкает к двудольным и идет по линии приспособления к водным условиям жизни. Пыльца в этом случае имеет тонкую экзину, входные отверстия отсутствуют. На основе этих данных Л. А. Куприянова делает вывод, что пальмы и лилейные являются наиболее древними семействами класса однодольных.

^* (Энтомофильные растения - насекомоопыляемые, у этих растений пыльцу переносят с цветка на цветок насекомые.)

^** (Анемофильные растения - ветроопыляемые, т. е. опыление у них происходит при помощи ветра.)

В последние годы пыльцевой анализ приподнял завесу над одной из давних загадок происхождения культурных растений. Известно, что до сих пор не найдены дикие предки современной кукурузы. Однако совсем недавно, в 1957 г., в Мексике в пластах на глубине 60-80 м была обнаружена пыльца кукурузы. Возраст этих отложений не менее 60 тыс. лет. Эта находка дает основание считать родиной "королевы полей" Мексику.

Большую пользу спорово-пыльцевые исследования оказывают лесной типологии, особенно в разработке естественных классификаций типов леса, учитывающих генезис растительных сообществ. Еще в 1891 г. С. И. Коржинскпй писал: "...современное состояние растительности какой-либо страны есть лишь одна из стадий непрерывных изменений ее растительного покрова, результат минувших условий, зачаток будущих"^*. Такой подход к решению вопросов лесной типологии целиком соответствует идеям советской геоботанической науки, которая не признает никаких заключительных устойчивых ассоциаций или формаций, в противоположность взглядам ученых американской школы, возглавляемой Ф. Клементсом.

^* ("Вопросы советской науки". Изд-во АН СССР, 1955, стр. 30.)

При изучении смен растительного покрова лесоводы сталкиваются с процессами различного масштаба. С одной стороны, это смены, которые происходят на наших глазах после вырубок, пожаров и т. п. Они изучены довольно хорошо. Значительно хуже исследованы процессы медленного преобразования растительного покрова: вековые смены (по Е. М. Лавренко), или филоценогенез (по В. Н. Сукачеву). Здесь палинологический метод может оказаться весьма эффективным. "Понятно, с каким глубоким интересом, - писал С. И. Коржинский, - собираются все факты относительно доисторических условий растительности, так как в них именно ученые должны искать ключ к пониманию современных явлений растительного мира"^*. Однако до сих пор еще большую сложность для палинологов представляет переход от изучения истории флор к изучению растительных сообществ.

^* ("Вопросы советской науки", стр. 30.)

Огромно значение спорово-пыльцевого анализа и сравнительной морфологии для развития геологических наук, особенно для стратиграфии. Мы уже упоминали, что до появления этого метода терригенные (континентальные) отложения часто не поддавались стратиграфическому расчленению. Не представлялось возможным также установить синхронность морских и континентальных фаций^*. Благодаря находкам пыльцы в морских отложениях эта задача теперь полностью разрешена.

^* (Фация (facies - облик) - термин, предложенный Греем в 1838 г. для обозначения разновидностей осадочных пород, отличающихся литологическими и палеонтологическими особенностями.)

Широко применяется спорово-пыльцевой анализ в геологии полезных ископаемых. Изучение углей, начало которому положили в прошлом веке работы П. Рейнша и Шульце, в последние десятилетия получили большое развитие в Советском Союзе. В результате к настоящему времени сформировалось особое направление - микроскопическое изучение ископаемых углей (антрокография). Исследование спорово-пыльцевых комплексов угленосных отложений помогает лучше выявлять возраст, геологическое строение месторождения, определять его запасы. Установлено, например, что крупнейшие каменноугольные бассейны - Донецкий, Подмосковный, Карагандинский в СССР, Вестфальский и Силезский в странах Западной Европы - образовались в каменноугольную эпоху, а такие бассейны, как Тунгусский, Кузнецкий, Печорский - в пермский период. Подсчитаны и примерные запасы угля в этих бассейнах. Можно определить возраст и запасы не только каменного угля, но и других полезных ископаемых. Совсем недавно при разведке железных руд в Соколовско-Сарбайско-Аятском районе на помощь геологам, геофизикам, буровикам и геохимикам пришли палеонтология и спорово-пыльцевой анализ, которые помогли открыть здесь около десяти миллиардов тонн железных руд. Геологи-нефтяники используют спорово-пыльцевой анализ при изучении генезиса нефти и путей ее миграций (перемещений) из одной зоны в другую.

В годы Великой Отечественной войны значение спорово-пыльцевого анализа особенно возросло в связи с изучением геологии россыпных месторождений.

Благодаря большому размаху строительства в нашей стране в последние годы возникает необходимость в более детальном геологическом обосновании гидротехнических и других проектов.

На помощь инженерной геологии приходит спорово-пыльцевой анализ. Ведь большинство грунтов, с которыми имеют дело строители, представляет собой отложения четвертичного периода. В одних случаях они являются основанием для фундаментов, в других - непосредственно используются в качестве строительных материалов (намывные плотины и т. п.). Поэтому ни одно крупное сооружение (строительство гидростанций, каналов) не обходится без услуг спорово-пыльцевых лабораторий.

Исследователи-пыльцевики, изучавшие четвертичные отложения в районе Туркменского канала, обнаружили в молодых отложениях пустынного края пыльцу ореха, орешника, ольхи и других деревьев. Значит, эти деревья совсем недавно здесь росли и перестали существовать лишь с момента осушения русла Узбоя. Эти данные подскажут агрономам и лесоводам, что в насаждения, которые запроектированы вдоль канала, можно включить и некоторые из названных видов растений.

Таким образом, ископаемая пыльца - мельчайший свидетель отдаленных геологических эпох - может оказать помощь разведчикам недр, строителям, агрономам и лесоводам.

Исключительно велика роль пыльцевого анализа в изучении торфяных месторождений. С его помощью решаются вопросы генезиса, возраста торфяников. По пыльцевым диаграммам разрезов, заложенных в различных болотах, исследователи определяют изменения в составе растительности и на основе этого проводят синхронизацию (сопоставление) отложений разных болот и устанавливают ряд фаз в смене растительности и климата. Эти данные позволяют судить об относительном возрасте тех или иных торфяников. Перейти от этих данных к определению абсолютного возраста каждого горизонта можно в том случае, если представится возможность при помощи археологических находок или радиоактивного метода определить время образования хотя бы одного горизонта.

В. С. Доктуровский приводил в пример следующее определение. В Германии, близ Гамбурга, в торфянике Виттмоор на глубине от 1 до 1,8 м была обнаружена дорога в виде настила из бревен, на ней были найдены монеты времен Римской империи. За истекший период (около 2000 лет) прирост торфа за год составлял 0,05-0,1 см. В то же время пыльцевой анализ дает основание утверждать, что время строительства дороги соответствовало так называемой суббореальной фазе^*. Это позволило с большей точностью определить абсолютный возраст для каждой фазы за время нарастания торфяника, а затем и возраст многих торфяников прилегающего района.

^* (Суббореальная фаза - теплая, относительно сухая климатическая фаза. Растительность этого периода характеризовалась распространением бука и граба на северо-западе Европы, максимальным распространением смешанных дубовых лесов, а также проникновением степей к северу.)

Приведем примеры из более поздних исследований. На озере Лача, в бассейне р. Онеги, известна стоянка Веретье, находящаяся в полукилометре от устья р. Кинешмы. Археологи установили, что она относится к началу II тысячелетия до н. э. (т. е. к суббореальной фазе). Пыльцевой анализ торфа, в котором были заключены остатки этой древней стоянки, показал, что здесь некогда росли сосна, ель и береза с примесью дуба и вяза; климат в это время был суше и теплее современного. В настоящее время в этих местах, расположенных севернее 61° с. ш., дуб не растет, он встречается южнее, примерно под 59° с. ш.

К суббореальной фазе относятся две неолитические стоянки, обнаруженные вблизи г. Кемь (1900-1600 гг. до н. э.). Возраст стоянки также подтверждается результатами спорово-пыльцевого анализа; в окружающих лесах преобладала сосна, в большом количестве были представлены ольха, орешник, дуб и вяз.

Спорово-пыльцевой анализ при археологических исследованиях не только позволяет уточнить время тех или иных поселений, но и дает возможность восстановить среду обитания наших далеких предков.

Немецкий ученый Г. Штрак в 1952 г. с помощью спорово-пыльцевого анализа установил начало возделывания злаков в Германии в области Вулканэйфель в эпоху неолита. Кроме того, на основе пыльцевых диаграмм он также констатировал низкий уровень земледелия, соответствовавший временам переселения народов и тридцатилетней войны.

Спорово-пыльцевой анализ пришел на помощь и исследователю тайн острова Пасхи, известному норвежскому ученому Туру Хейердалу. Исследование взятых им проб торфа из отложений болот показало, что на этом безлесном в настоящее время острове в далеком прошлом была более богатая растительность и существовали даже пальмовые рощи. Он уточнил также время появления на острове пресноводного камыша из Южной Америки. Все эти факты наряду с археологическими документами позволили Хейердалу всесторонне обосновать свою гипотезу о заселении островов Тихого океана.

Большие возможности спорово-пыльцевого анализа совместно с археологическим раскрываются в последние годы в связи с применением радиоактивного углерода С¹⁴. Этот элемент образуется в земной атмосфере под действием нейтронов. Он входит в состав растительных и животных организмов, а также различных органических остатков (ископаемые раковины, торф, древесина и т. д.), которые могут быть использованы для определения и уточнения возраста соответствующих отложений. В 1956 г. в лаборатории Гронингенского университета (Голландия) при анализе торфа с помощью радиоуглеродного и пыльцевого анализов в разрезе были выделены два пласта - более древний сфагновый торф и более молодой. Эти слои разделялись пограничным горизонтом, возраст которого был определен в 3500 лет. Радиоактивный метод позволил установить, что верхний слой торфа начал отлагаться в субатлантический период^*; это соответствует максимуму бука на пыльцевой диаграмме, т. е. имеет возраст около 2500 лет.

^* (Субатлантическая фаза - следующая за суббореальной влажная и прохладная климатическая фаза современной эпохи, продолжающаяся до нашего времени. Она характеризуется отступанием леса на севере и степей на юге, более широким распространением сосны и ели и сокращением распространения бука и дуба.)

Как мы видим, все описанные факты представляют наглядный пример взаимопроникновения и взаимопомощи ряда наук: палеоботаники, болотоведения, археологии, палеоклиматологии и др.

Взаимопомощь пыльцевого анализа и почвоведения можно видеть на примере исследования природы Большеземельской тундры, проведенной Р. В. Федоровой. Природа этого района была не всегда такой, какой мы ее видим сейчас. Исследования почвы показали, что в ней распространены мощные подзолы - почвы, развивающиеся под лесом. В современных же условиях подзолистые лесные почвы в тундре не образуются, они здесь, следовательно, являются реликтовыми почвами. Судя по их распространению, сплошные леса в Большеземельской тундре в прошлом заходили на север почти до океана. Пыльцевой анализ показал также, что в самой северной части лесной зоны была распространена еловая тайга.

Немаловажную помощь палинология оказывает медицине. Работы английского палинолога Х. Хайда показали, что сенную лихорадку^* в Европе вызывает пыльца злаков и некоторых древесных пород, а также пыльца отдельных видов сорняков. В США в этом отношении основную роль играют амброзия и некоторые степные растения. В Австрии и Новой Зеландии паллинозы вызываются пыльцой ряда растений европейского происхождения.

^* (Сенная лихорадка (паллиноз) - заболевание, возникающее у лиц с повышенной чувствительностью к некоторым видам цветочной пыльцы. При попадании пыльцы на слизистую оболочку носа, гортани, бронхов, возникает лихорадочное состояние, слезоточение, кашель и даже приступы удушья.)

Особой ветвью спорово-пыльцевого анализа является мелиссо-палинология, т. е. пыльцевой анализ меда. Определив, к каким видам растений относится пыльца, содержащаяся в меде, можно точно установить растения, с которых пчелы собирали нектар, а следовательно, и его ценность. Кроме того, можно выяснить географический район сбора меда. В 1925 г. опубликована работа В. Н. Андреева - первый в мире определитель пыльцы для ее распознавания в меде, включавший 160 видов медоносных растений.

Можно надеяться, что дальнейшее развитие палинологии и смежных дисциплин вскроет неизвестные пока возможности применения спорово-пыльцевого анализа для решения новых проблем. Параллельно со спорово-пыльцевым анализом и палиноморфологией развивается ряд новых методов палеоботаники, которые можно- назвать микропалеоботаническими, - палеомикология (изучение спор грибов), диатомовый анализ (микроскопическое изучение диатомовых водорослей), ксилотомический анализ (микроскопическое изучение остатков древесины), анализ остатков микроскопических водорослей и др. Таким образом, сформировалось целое "семейство" микропалеоботанических приемов исследования, в котором спорово-пыльцевой анализ занимает ведущее место.