XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Актуальность

Спорово-пыльцевой анализ (СПА) - это один из методов палеоботаники, находящий активное применение в области геолого-географических исследований: в геоморфологии и палеогеографии, в стратиграфии и прикладной геологии, при поисковых и разведочных работах.

Стратиграфическое расчленение осадочных отложений происходит с применением биостратиграфической основы, для которой главным материалом часто оказываются результаты спорово-пыльцевого анализа.

Большое значение спорово-пыльцевой анализ имеет и в палеофлористике. По мере накопления данных по изучению ископаемых растительных остатков, в том числе спор и пыльцы, постепенно выявляются звенья, связывающие отдельные этапы истории формирования флоры, проливается свет на происхождение и становление современной растительности различных ботанических областей[1].

Благодаря использованию данного метода становится возможным исследование состояния окружающей среды плоть до древнейших времён, что позволяет определить спектр опасных экологических факторов конкретной территории.

Именно поэтому изучение метода исследования – спорово-пыльцевой анализ является крайне важным для дальнейшего развития многих отраслей науки и для практического сбора информации об окружающем мире.

Цель

Цель проведения спорово-пыльцевого анализа – сбор информации полезной для комплексных исследований.

Задачи

решаемые методом спорово-пыльцевого анализа

- датирование исследуемых образцов;

- определение единства/разности происхождения исследуемых образцов;

- определение опасных эколого-биологических факторов места отбора проб.

Методы исследования

Лучше всего пыльца и споры растений сохраняются в торфе, озерных отложениях (сапропели), разных типах органических осадков (угли, лигниты). В минеральных, в особенности карбонатных отложениях, пыльца встречается реже, и для получения ее в достаточной концентрации приходится прибегать к обогащению.

Основной трудностью для применения палинологического анализа почв является отсутствие их строгой стратификации, в отличие от других типов отложений.

Для сохранения пыльцы в состоянии, пригодном для проведения полноценного анализа необходимо соблюдение определённых внешних условий, препятствующих, допустим, микробиологическому разложению (сухость, высокая кислотность, избыток соли или токсичных металлов), что часто бывает невозможным, так как не контролируется человеком.

Различные типы почв обладают определёнными свойствами и характеристиками, в связи с чем специалистам необходимо учитывать данные параметры при проведении анализа. Так, например в кислых подзолистых почвах наибольшее количество пыльцы сосредоточено в верхних слоях и постепенно уменьшается с глубиной. Уменьшение количества пыльцы с глубиной связано не только с постепенным вымыванием ее из почвы, но и с разрушением пыльцевых зерен микроорганизмами. Тем не менее, на всех глубинах почвенного профиля есть пыльца самого разного возраста. Из этого следует, что почвенные пыльцевые диаграммы должны читаться особым образом.

Спорово-пыльцевой анализ надо проводить на верхних слоях почвы, так как нижние слови часто не имеют достаточного количества спор для процедуры, а также в самых нижних слоях, содержащих «старую» пыльцу (до нескольких тысяч лет), часто сохраняется только самый устойчивый к окислению тип.

Осложнять анализ может активная жизнедеятельность организмов, обитающих в ней, которые могут перемешивать слои, нарушая их хронологическую очерёдность.

Морские отложения, коры выветривания и ледниковые отложения пыльцу практически никогда не содержат, поэтому рассматривать их как материал исследования нет смысла.

Наиболее благоприятными являются условия практически постоянно анаэробные условия, например в озерных отложениях и торфах. Для реконструкции условий палеосреды озерные отложения имеют наибольшую важность. В глубоководных участках водоемов в течение времени накапливаются осадки, сносимые с водосбора и содержащие остатки животных и растений, живших в водосборном бассейне, а также организмов, обитавших в озере. Озерные отложения являются уникальными архивами непрерывных данных об изменениях природной среды, происходивших на локальном, региональном и даже глобальном уровнях. Накопление и расшифровка таких природных архивов позволяет не только реконструировать пространственное проявление тех или иных климатических изменений в определенные временные интервалы в прошлом, но и косвенно судить о возможных факторах, формирующих климат.

В регионах, где озера промерзают зимой, гидрологический режим носит сезонный характер, что приводит к формированию зимнего и летнего слоев.

Отбор образцов является первым шагом при палинологических исследованиях. При сборе образцов для палинологического анализа необходимо соблюдать следующие правила:

- стараться не допустить загрязнение образцов материалом из выше или ниже лежащих слоев, а также занесенным из воздуха;

- тщательно вести документацию (полевой дневник), которая должна содержать номер образца, топографическую привязку, номер керна, геологического разреза или археологического раскопа, глубину взятия образца, номер слоя, данные о составе и структуре слоя, дату взятия образца.

- необходимо брать последовательную серию образцов, охватывающую весь разрез. В противном случае невозможно будет построить споровопыльцевую диаграмму, а, следовательно, решить задачи, как стратиграфического расчленения разреза, так и реконструкции динамики природной среды.

- на палинологический анализ необходимо отбирать образцы из всех типов отложений (аллювиальных, озерных, эоловых, прибрежно-морских, погребенных почв и т.д.).

- расчистку обнажений и искусственных разрезов необходимо проводить широкими стенками, чтобы получить достаточное представление о стратиграфическом положении горизонтов.

Отбор образцов из обнажений (в том числе и из археологических раскопов) следует производить, предварительно зачистив стенку снизу вверх, чтобы не загрязнить поверхность сбора материалом вышележащих слоев. На зачищенной стенке при помощи рулетки ставят отметки с наименованием пробы. После того как обнажение размечено, необходимо сделать фотографию стенки и нанести точки отбора проб на рисунок разреза или план археологического раскопа.

В зависимости от задач исследования интервал взятия может быть разный – от 2 до 25 и более сантиметров. Отбор образцов следует проводить чистым инструментом снизу вверх.

Количество осадка достаточное для палинологического анализа зависит от генетического типа отложений и региона. Навески образцов из озерных кернов могут быть всего 1-2 гр. сухого осадка, в то же время образцы из небогатых пыльцой и спорами лессовидных отложений и некоторых типов почв могут достигать 250-300 гр. При отборе проб из отложений археологических объектов лучше брать не менее 100-150 гр.

Каждый образец помещается в закрывающийся полиэтиленовый пакетик, который в свою очередь следует положить в еще один такой же пакетик, не забыв вложить между ними этикетку с информацией о пробе. Этикетка должна быть написана простым карандашом.

Этикетка для палинологической пробы может выглядеть примерно так:

Рисунок 1. Образец этикетки для пробы

Следующий этап палинологического анализа заключается в химической обработке образцов в лаборатории. В современной палинологической лаборатории можно увидеть: весы для взвешивания образцов; вытяжной шкаф, в котором проводят все химические реакции; центрифугу, использующуюся после каждого этапа обработки химикатами; дистиллятор для получения дистиллированной воды; водяную баню для подогревания пробирок с образцами, а также магнитные мешалки для перемешивания содержимого пробирок и ультразвуковую ванну для удаления частиц плохо растворимых химикатами. Важно отметить, что в палинологической лаборатории не должно быть открытых окон во избежание загрязнения ископаемых образцов современной пыльцой[4].

Для обработки образцов в настоящее время используется несколько методик. Выбор правильной методики является очень важным моментом в приготовлении проб для анализа. Наиболее употребляемыми методами обработки палинологических образцов являются сепарационный метод Гричука, который применяется при исследовании минеральных отложений (рисунок 2) и методика Фаегри-Иверсена, разработанная для торфов и озерных отложений (рисунок 3).

Рисунок 2. Сепарационный метод Гричука

Рисунок 3. Метод Фаегри-Иверсена

Особенностью сепарационного метода Гричука является то, что порода, обработанная едкой щелочью для удаления растворимых веществ, центрифугируется в тяжелой жидкости такого удельного веса, который больше удельного веса пыльцы, и меньше удельного веса наиболее легкого минерального компонента. В такой жидкости порода разделяется – все микроорганические частицы всплывают наверх, а минеральные частицы выпадают в осадок. Фракция породы с удельным весом меньше, чем у применяемой жидкости, затем собирается и в ней подсчитывается пыльца.

Метод Фаегри - Иверсена хорошо применяется для отложений содержащих большое количество органики и богатых пыльцой. Особенностью метода является использование сильной плавиковой кислоты для удаления кремнистых и глинистых частиц[2].

Для подсчета концентрации зерен на первом этапе обоих методов добавляются две растворимые в соляной кислоте таблетки с калиброванными маркерами - ацетолизированными спорами плауна, пыльцой эвкалипта или полистериновыми сферами. Во время анализа маркеры подсчитываются наряду с пыльцевыми зернами и спорами. Затем, зная подсчитанное в образце количество фоссильных зерен, подсчитанное количество маркеров, число маркеров в одной таблетке и навеску, взятую для химической обработки образца, нетрудно рассчитать концентрацию пыльцы и спор в образце.

Именно концентрация является основным показателем насыщенности отложений пыльцой и спорами:

Кп = (∑п *Nм/∑пм)/Н,

где Кп – концентрация пыльцы в образце; ∑п – сумма пыльцевых зерен, подсчитанных в образце; Nм – количество маркеров, добавленных в образец;

∑пм – сумма маркеров, подсчитанных в образце; Н - масса или объем навески. В зависимости от того в каких единицах была взята навеска (в см3 или граммах), концентрация будет выражаться в количестве пыльцевых зерен в одном см3 или в одном грамме.

Следующий этап обработки спорово-пыльцевых данных – микроскопирование и подсчет пыльцевых зерен и спор в каждом образце.

Для микроскопирования используется световой микроскоп проходящего света с увеличением в 200-400 раз. Несколько капель содержимого пробирки капается на предметное стекло, прижимается покровным стеклом, и палинологический препарат готов для анализа.

Для определения таксономической принадлежности пыльцы и спор следует пользоваться определителями и атласами.

Бланки с записями содержания пыльцы и спор оформляются в виде электронных таблиц, которые потом подвергаются статистической обработке и используются для построения диаграмм. Спорово-пыльцевая диаграмма отражает процентное распределение палинотаксонов относительно глубин (стратиграфических слоев).

Спорово-пыльцевые диаграммы можно строит с применением различных компьютерных программ, как специализированных (Tilia-Tiliagraph; POLPAL), так и программ широкого пользования (MS Excel, MS PowerPoint, CorelDraw).

Основное содержание

Экологическая безопасность является важной отраслью жизнедеятельности человека. Наука активно развивается в данном направлении, создавая методы, способные помочь в её обеспечении. В том числе и на начальном этапе – определении опасных экологических факторов окружающей среды. Ведь для того, чтобы обеспечить безопасность, необходимо определить возможные параметры, способные нанести вред человеку или природе.

Определение опасных экологических факторов является сложным процессом, который должен учитывать многие внешние показатели и генезис их происхождения. В данном случае СПА является полезным методом, который может помочь с определением периода возникновения каких-либо опасных факторов, путём датирования возникновения той или иной эколого-биологической обстановки на конкретной местности. Так же при помощи данного метода учёные способы воссоздать образ экосистем и условий в целом, которые возникли давно и определить на основании этих данных существует ли или может ли возникнуть в ближайшем будущем опасная экилогическая ситуация, связанная с активной деятельностью живых организмов и состоянием природы конкретной территории[3].

Общее состояние вопроса

СПА – относительно молодой метод, находящий применение в различных отраслях практических наук. Поэтому можно говорить о недостаточной проработанности всего спектра применения данного метода.

Проблемы

Проблема применения спорово-пыльцевого анализа заключается в сложности подбора эффективного места отбора образцов.

В силу относительной молодости СПА метод является недостаточно проработанным с точки зрения методических вопросов. Существует относительно слабая изученность морфологических особенностей пыльцевых зерен и спор современных растений, что затрудняет возможное определение родовидовой принадлежности их. Определителей пыльцы и спор создано не обширное количество.

Проблемы, решаемые методом спорово-пыльцевого анализа:

- определение возраста исследуемых образцов (актуально для палео-наук);

- определение единства/разности происхождения исследуемых образцов (актуально для биологических, криминалистических сфер);

- определение опасных эколого-биологических факторов места отбора проб (актуально для сфер обеспечения экологической безопасности окружающей среды и населения).

Решение проблемы

Решение проблемы данного метода, заключающегося в малом количестве определителей для материалов современных растений заключается в проведении активных исследований появившихся относительно недавно видов культурных и диких растений, выделение их особенностей и точных характеристик для дальнейшего применения этих знаний на практике при проведении анализа.

Вывод

Спорово-пыльцевой анализ является уникальным методом, способным решить вопросы науки наиболее точно в отличие от аналогичных методов, разработанных ранее.

Активное использование данного метода в современных научных исследованиях подтверждает то, что он является практически значимым и осуществимым, а так же перспективным.

Данный вид анализа даёт более точные данные при сочетании его с другими видами анализов, например радионуклеидный изотопный анализ, так как они дополняют информацию.

Спорово-пыльцевой анализ является достаточно универсальным при правильном подборе материалов для исследования и месте отбора проб. Такие места можно найти даже в самых труднодоступных местностях, так как есть высокий шанс сохранения в этом месте более древних отложений.

Таким образом можно говорить, что применение СПА может ускорить процесс определения точных эколого-биологических опасных факторов конкретной местности с древнейших времён по наши дни.

Список литературы

Колясникова, Н.Л. Спорово-пыльцевой анализ: методические указания / Н.Л. Колясникова; М-во с.-х. РФ, федеральное гос. бюджетное образов, учреждение высшего образов. «Пермский гос. аграрнотехнологич. ун-т им. акад. Д.Н. Прянишникова». – Пермь: ИПЦ «Прокростъ», 2018. – 21 с.

Кузьмичева Е. А. Динамика растительности и климата гор Бале (Эфиопия) в голоцене / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук. Москва — 2015. – 23 с.

Кузьмичева Е.А., Северова Е.Э., Хасанов Б.Ф.. Спорово-пыльцевой анализ зоогенных отложений афроальпийского пояса гор Бале (Эфиопия) / Динамика экосистем в голоцене. – 2010. – С. 118-122.

Рудая Н.А. Палинологический анализ: Учеб.-метод. пособие / Новосиб. гос. ун-т, Ин-т археол. и .этногр. СО РАН. Новосибирск, 2010. – 48 с.

Код для цитирования: Скопировать