Пыльца растений обладает морфологическими признаками, позволяющими установить ее систематическую принадлежность. По этой причине ископаемые пыльца и споры широко используются для восстановления растительности прошлых эпох, и косвенно для индикации палеоклиматических изменений. Однако многие исследователи при изучении морфологических особенностей пыльцы современных растений неоднократно фиксировали значительное количество полиморфных пыльцевых зерен. При изучении ископаемой пыльцы также отмечались схожие аномалии в морфологическом строении. Исследователи по-разному называют необычные пыльцевые зерна: ненормальные, отклоняющиеся, деформированные, дефективные, карликовые, гиганты, уроды, недоразвитые, нетипичные, тератоиды, мутанты и гибридные формы. Но чаще всего по отношению к необычным пыльцевым зернам употребляются термины «палинотератные» [1; 2] или «тератоморфные» [3-5]. Причины, вызывающие отклонения морфологического строения пыльцевых зерен, разнообразны. Они могут быть связаны как с воздействием природных факторов (гибридизация, недостаточная влажность, пожары, интенсивная вулканическая деятельность, низкие температуры), так и с антропогенной деятельностью (промышленные выбросы, пожары, повышение уровня радиации, концентрации тяжелых металлов и пестицидов). Несмотря на многообразие факторов, можно говорить о том, что появлению аномальных пыльцевых зерен способствует нарушение условий существования растений. Ранее автором [6] была изучена тератоморфная пыльца из отложений, которые накапливались в течение последних 3 тыс. лет.
Цель настоящего исследования – выявить взаимосвязь влияния климатических условий на возникновение морфологических аномалий у пыльцы сосен на протяжении последних 13 тыс. лет.
Материал и методы
Материалом для исследования послужил керн колонки J-3 (35° 53´ с.ш., 130° 14´ в.д.), отобранной сотрудниками ТОИ ДВО РАН во время рейса на НИС «Академик Александр Виноградов», в южной части Японского моря. Мощность исследованного керна - 562 см. Радиоуглеродные датировки (1610±50 л.н. на глубине 55 см, 1850±60 л.н. на глубине 60 см, 5010±70 л.н. на глубине 295 см и 10100±50 л.н. на глубине 510-512 см) свидетельствуют, что изученные осадки формировались в позднем плейстоцене-голоцене [7].
Подготовка образцов для палинологического анализа выполнялась с использованием щелочной методики Поста, сепарационной Гричука и ацетолизной методики Эрдтмана. Определение таксономической принадлежности пыльцы осуществлялось c помощью светового микроскопа ZEISS AXIO Lab. A1 (х 400). При просмотре препаратов в качестве среды использовался глицерин. В каждой пробе подсчитывалось 400-900 зерен пыльцы сосны. Из них отдельно фиксировались аномальные пыльцевые зерна, и определялось их процентное участие.
Результаты и обсуждение
В ходе палинологического анализа морских отложений колонки J-3 было обнаружено значительное количество нетипичных пыльцевых зерен сосны. Аномальные пыльцевые зерна (п.з.) отличались от типичных: размерами, формой, количеством и способом соединения воздушных мешков [6]. На основании этого было выделено восемь типов пыльцы (рис. 1):
Рис. 1. Типичное и аномальные пыльцевые зерна сосны
1-й тип – п.з. с тремя воздушными мешками;
2-й тип – п.з. с четырьмя воздушными мешками;
3-й тип – п.з. с двумя воздушными мешками, смыкающимися между собой;
4-й тип – п.з. с тремя воздушными мешками, два из которых слившиеся;
5-й тип – п.з. с двумя воздушными мешками, слившимися между собой;
6-й тип – п.з. с двумя воздушными мешками разных размеров (один мешок почти в два раза больше другого);
7-й тип – п.з. с тремя воздушными мешками, один из которых значительно больше двух других;
8-й тип – п.з. с двумя воздушными мешками очень маленьких размеров.
Распределение выделенных типов пыльцы по разрезу колонки представлено на рисунке 2. В нижней части керна, в интервале 560-290 см, выявлены в основном п.з. 3, 5, 6, и 8-го типов. С глубины 290 см появляются зерна 1-го и 4-го типов. В интервале 190-60 см аномальная пыльца практически отсутствует, исключения составляют спектр с глубины 150 см, в котором установлены п.з. 4, 5 и 8-го типов, и 125 см с аномальным зерном 6-го типа. С отметки 60 см наблюдается тенденция увеличения разнообразия выделенных типов. Здесь встречаются все выявленные типы аномальных п.з. Стоит отметить, что п.з. 2-го и 7-го типов присутствуют только в верхней части разреза. Наиболее часто встречаются п.з. 8-го типа, реже – п.з. 1, 3, 4, 5 и 6-го типов, единичны находки п.з. 2-го и 7-го типов.
Содержание выделенных типов в осадках колонки постоянно меняется (рис. 3). Оно колеблется от единичных зерен до 16%. В основном содержание типов не превышает 4%. Однако на глубине 560 см их участие достигает максимальных значений по разрезу 15,8%. Значительное их увеличение наблюдается на глубине 300 см (до 8,8%) и на глубине 60 см (до 5,8%).
Считается, что пыльцевые зерна сосен полиморфны. Однако в благоприятных условиях естественный полиморфизм не превышает 3-7%, зато в стрессовых ситуациях он существенно усиливается [3]. Изученные осадки накапливались на протяжении последних 13 тыс. лет. Степень и масштабы воздействия человека на окружающую среду на протяжении этого времени были не такими значительными по сравнению с современным влиянием.
Четвертичный период характеризуется глобальным похолоданием климата, которое неоднократно приводило к образованию обширного покровного оледенения на севере Евразии и в Америке. Последнее и очень сильное оледенение было около 20 000 л.н. После 15 000 л.н. начинается постепенное потепление климата. К началу голоцена (10 000 л.н.) практически полностью исчезло покровное оледенение. Начинается один из самых коротких этапов четвертичной истории. В его пределах выделяют следующие периоды: пребореальный (10 300 - 9 300 л.н.), бореальный (9 300 - 8 000 л.н.), атлантический (8 000 - 4500 л.н.), суббореальный (4 500 - 2 500 л.н.) и субатлантический (2 500 - 0 л.н.). Интервал 8 000 – 4 500 л.н. считается временем относительно ровного и теплого климата. Однако климатические характеристики последних 15 тыс. лет не были постоянными. На фоне глобального потепления отмечается серия резких и непродолжительных похолоданий.
Рис. 2. Распределение типов пыльцы сосны по разрезу колонки
Рис. 3. Содержание аномальной пыльцы сосны по разрезу колонки
Таким образом, вероятнее всего, увеличению содержания тератоморфной пыльцы в изученных отложениях способствовали резкие колебания температуры и влажности при переходе от одной климатической ситуации к другой (возможно понижение температур и иссушение). По-видимому, увеличение количества аномальной пыльцы в нижней части разреза свидетельствует о развитии сосен в условиях холодного климата позднего плейстоцена (11 000 – 10 300 л.н.), на отметке 300 см - о похолодании на границе атлантической и суббореальной фаз голоцена (4 500 л.н.), на отметке 60 см - о похолодании в субатлантике (около 1 800 л.н.).
Заключение
В результате палинологического исследования были выявлены аномальные типы пыльцевых зерен сосен в морских донных отложениях Японского моря, которые накапливались на протяжении последних 13 тыс. лет. Прослежено участие выделенных типов по разрезу колонки. Установлено, что увеличение их процентного содержания свидетельствует о резких переменах условий окружающей среды, переходе от одной климатической ситуации к другой: о похолодании в конце позднего плейстоцена, о похолодании на границе атлантической и суббореальной фаз голоцена, о похолодании в субатлантике. Таким образом, наличие тератоморфной пыльцы в осадках может быть использовано в качестве дополнительного критерия при реконструкции состояния палеоэкосистем в прошлом.