Podróż do wnętrza pyłku. Dla naukowców to niewyczerpane źródło wiedzy – nie tylko botanicznej

„Im bardziej prószy śnieg, / Bim-bom / Tym bardziej sypie śnieg / Bim-bom / Jak biały puch z poduszki” – brzmi mruczanka wiecznie głodnego misia. Ale prószyć mogą nie tylko spadające z nieba kryształki lodu czy puch z kołder – także pyłek, zarodniki czy jednokomórkowe bruzdnice. Stąd też się bierze palinologia, od greckiego palýnein oznaczającego „sypać”, „przyprószyć”. Ta jedna z młodszych dyscyplin z pogranicza nauk botanicznych i geologicznych wciąż odkrywa swoje użyteczności nie tylko w biologii, ale i kryminalistyce czy choćby w wytwarzaniu miodu.

Prapoczątki palinologii datuje się na połowę XVII w. Wtedy to Nehemiah Grew, duchowny jednego z radykalnych odłamów protestantyzmu, a zarazem wszechstronnie wykształcony badacz nazywany „ojcem anatomii roślin”, dokonał szeregu zaskakujących odkryć. Np. dzięki jego pionierskiemu opisowi powierzchni dłoni, palców i stóp rozpoczęła się daktyloskopia.

Ale to nie sekrety budowy ludzkiego ciała pochłaniały Grewa najbardziej, a świat roślin. W celu ich dogłębnego badania stosował w swojej pracy mikroskop. Powszechnie uważa się, że to dopiero on jasno stwierdził, „że chociaż ziarna pyłku mają zazwyczaj kształt kulisty, różnią się one wielkością i kształtem u różnych gatunków, ale te należące do tego samego gatunku są wszystkie podobne”. Była to jednak ledwie zapowiedź palinologicznych poszukiwań.

Spotkał katar naukowca

I tak, nieco na marginesie palinologii, doszło do niezwykłego odkrycia. Charles Harrison Blackley, XIX-wieczny angielski lekarz słynący z nieortodoksyjnych praktyk, opierających się w dużej mierze na homeopatii, nie mógł sobie poradzić z uporczywym katarem siennym. Miał już świadomość, że błony śluzowe drażnione są głównie przez alergeny roślinne, w związku z czym zbadał pyłki ponad 80 rodzajów roślin. Doszedł do wniosku, że największą reakcję wywołują trawy. Eksperymentował także ze świeżymi i suchymi ekstraktami pyłkowymi podawanymi do nosa, ust, oczu i naciętej skóry dłoni, jak się to i dziś robi przy tzw. odczulaniu.

Jego analizy tak poruszyły samego Darwina, że między naukowcami wywiązała się epistolarna przyjaźń. Wielki ewolucjonista – i botanik! – pisał: „Szanowny Panie, czytałem pańską książkę z dużym zainteresowaniem. Siła pyłku w pobudzaniu skóry i błon śluzowych wydaje mi się zdumiewającym faktem”. Dalsze eksperymenty realizował Blackley w równie niestandardowy sposób: budował niewielkie latawce, których ogony były zaopatrzone w szkiełka mikroskopowe, za pomocą których sprawdzał, jak wysoko unosi się i rozprzestrzenia pyłek.

Nieco później na podobną przypadłość co Blackley cierpiał biolog Samuel Lockwood. Aby podreperować zdrowie, wyjechał na prowincję, gdzie nie zaprzestawał badań, a najbardziej interesowało go opracowanie skutecznej metody liczenia pyłku. W 1889 r. opublikował analizy próbek pobranych z różnych miejsc, które wykazały, że choć nie dzieliła ich duża odległość, nie wszystkie zbiory były takie same. Niestety prace te nie mogły być kontynuowane, bo ówcześni akademicy nie wykazywali zainteresowania tym, co dziś nazywamy aeropalinologią.

Małżeństwo z rozsądku

Do dzisiaj granica pomiędzy palinologią a geologią wydaje się dosyć płynna i jeszcze pod koniec lat 70. ubiegłego wieku taki mariaż budził kontrowersje. Przykładem polemiczny artykuł „Archeologia i palinologia – małżeństwo z rozsądku” archeologa Romualda Schilda. Podążając za tą metaforą, zauważmy jednak, że związki zawierane pod wpływem racjonalnych przesłanek bywają trwałe – i tak też stało się w tym przypadku.

Przykładowo w 2023 r. w „Nature Ecology and Evolution” opublikowano wyniki badań z Australii, których autorzy dokonali próby rekonstrukcji dawnej bioróżnorodności ekosystemu na podstawie analizy śladów pyłku. Dane pozyskane z badań pyłku kopalnego porównano z niezależnymi zapisami dotyczącymi przeszłych klimatów. Okazało się, że w ciągu ostatnich 12 tys. lat różnorodność roślinna Australii mogła osiągać szczytowe poziomy zarówno w klimacie suchym, jak i wilgotnym, choć w tym drugim zaobserwowano u roślin więcej zmian w strukturze liści. Pozyskano cenne informacje przyrodniczo-historyczne, ale – co może ważniejsze – także podstawy do prognozowania na przyszłość. Naukowcy oczekują, że przewidywane suchsze warunki w południowo-wschodniej Australii w nadchodzących dziesięcioleciach spowodują zmiany w funkcjonowaniu i produktywności roślin.

Tym samym za pomocą pyłku kopalnego możemy stworzyć scenariusze rozwoju roślinności, a niekiedy szacować podaż pewnych produktów – np. oliwy. Nad takim zagadnieniem skupili się francuscy palinolodzy, którzy badali wpływ zmian klimatycznych na drzewa oliwne. W opublikowanej w styczniu 2023 r. w „Nature Plants” analizie czytamy: „Olea europaea to jeden z gatunków najlepiej przystosowanych do klimatu śródziemnomorskiego. Niemniej klimatolodzy uznają basen Morza Śródziemnego za »gorący punkt« zmian klimatycznych, ponieważ prognozy przyszłych modeli sugerują znaczne ocieplenie i wysuszenie”.

Uznano, że w nadchodzących dziesięcioleciach pojawią się nowe wyzwania środowiskowe, które zarówno osłabią, jak i zagrożą obszarom upraw oliwek. Na jakiej podstawie wysnuto takie wnioski? W pobliżu cmentarzyska Al-Bass, 80 km od Bejrutu, pobrano próbki pyłku kopalnego drzew oliwnych i porównano je z analizami pyłku i modelami klimatycznymi obejmującymi 5400 lat. Zdefiniowano też preferencje dotyczące temperatury i opadów na podstawie analizy ponad 300 obecnych obszarów uprawy oliwek w basenie Morza Śródziemnego. W każdym przypadku wysokie i maksymalne wartości produkcji pyłku od neolitu do okresu perskiego mieszczą się w optymalnym zakresie temperatur 15-25 st. Celsjusza. Sugeruje to, że na dawne i obecne plony oliwek mają wpływ te same parametry i te same maksima temperatur. A ponieważ drzewo oliwne jest wrażliwe na temperaturę i opady, przewidywane zmiany klimatyczne będą miały znaczący wpływ na gospodarkę oliwą z oliwek i bezpośrednio zagrożą przemysłowi rolnemu.

Kto przeżył czarną śmierć

Bywa, że ocalony przed działaniem niszczącego upływu czasu pyłek potrafi namieszać nie tylko w materiach przyrodniczych, ale i historycznych czy nawet medycznych. Przekonał się o tym zespół badaczy z Instytutu Maxa Plancka, pracujący pod przewodnictwem Adama Izdebskiego z UJ. Dwa lata temu zajęli się oni badaniem wpływu czarnej śmierci na demografię średniowiecznej Europy.

Dotychczas w tego typu pracach posługiwano się zachowanym ludzkim DNA i danymi zawartymi w archiwaliach, ale ostatnio dołączono do tego „paleoekologię big data”, ważnym elementem jest tu ponadnarodowa baza danych paleologicznych (PBDB). Przeanalizowano zatem materiał z tzw. rdzeni, czyli kilkudziesięciocentymetrowych próbek wydobytych z podłoża, zawierających pyłek kopalny. O skali tego przedsięwzięcia może świadczyć fakt, że pozyskano aż 1634 próbki z 261 stanowisk w 19 krajach europejskich.

Po zestawieniu tych informacji z istniejącymi już wykresami określono „dynamikę demograficzną w przeszłości, ponieważ presja człowieka na krajobraz w okresie przedindustrialnym była bezpośrednio zależna od dostępności siły roboczej na obszarach wiejskich”, czytamy w artykule z „Nature Ecology & Evolution” z lutego 2022 r. A tę można było oszacować, analizując zachowany pyłek – świadczący o występowaniu na danym terenie i w danym okresie konkretnych roślin. Z badań wyciągnięto wnioski, że „śmiertelność w wyniku czarnej śmierci była znacznie bardziej niejednorodna przestrzennie, niż wcześniej sądzono”, a ponadto „stwierdzono niezbicie, że czarna śmierć nie dotknęła wszystkich regionów w równym stopniu”.

Co więcej, dzięki nowatorskim metodom bazującym głównie na pyłku zbóż, udało się wyciągnąć kolejne wnioski. Gdyby w wyniku dżumy zmarło w całej Europie zakładane wcześniej 50 proc. ludności, skutkowałoby to „dużym i znaczącym spadkiem upraw zbóż i równoległym odrostem lasów, jak wykazano wcześniej w przypadku Szwecji z połowy XIV w. Wyniki badań paleologicznych jednak takiej hipotezy nie potwierdzają. Owszem, są obszary – m.in. w Anglii, Włoszech, Francji czy Niemczech – gdzie faktycznie drastycznie zmniejszyła się ilość pól uprawnych na rzecz lasów i pastwisk, ale choćby w Europie Środkowej i Wschodniej czy też Irlandii zachowano ciągłość, a nawet przyrost upraw. Co więcej, na podstawie multidyscyplinarnych studiów wykazano, że „w Polsce, w XIV w. nastąpił wzrost gospodarczy, związany z centralizacją władzy królewskiej”. Mogłoby to oznaczać, że odpowiedzialna za zarazę Yersinia pestis, czyli pałeczka dżumy, nie atakowała z jednakową siłą w każdym środowisku – skomentowała w „Medical Humanities” współuczestniczka projektu Alessia Masi z Uniwersytetu w Rzymie – a niepoznane dotychczas „lokalne konteksty kulturowe, demograficzne, gospodarcze, środowiskowe i społeczne miały wpływ na występowanie, zachorowalność i śmiertelność”.

Białe plamy z Białowieży

Z każdym rokiem przybywa też polskich odkryć palinologicznych, choćby rodem z Białowieży. „Miejsce to przestaje być w końcu archeologiczną białą plamą” – głosi Dariusz Krasnodębski z Instytutu Archeologii i Etnologii PAN w Warszawie. W latach 2010-2014 realizowano tam projekt „Przyrodnicza historia Puszczy Białowieskiej w świetle badań paleoekologicznych”, o którym prof. Małgorzata Latałowa pisała, że jego „celem było nowe podejście do rekonstrukcji historii roślinności Puszczy z uwzględnieniem dynamiki zbiorowisk leśnych i najważniejszych gatunków lasotwórczych […] szczególnie w okresie ostatnich dwóch tysięcy lat”. Wyniki tej kwerendy opublikowano m.in. w książce „Późnoholoceńska historia lasów Rezerwatu Ścisłego Białowieskiego Parku Narodowego” z 2017 r. Czytamy w niej, że „bez sięgnięcia do paleoekologicznego zapisu historii roślinności nie można odpowiednio ocenić ani zakresu skutków ekologicznych dawnej aktywności człowieka na tym terenie, ani naturalnej dynamiki poszczególnych gatunków lasotwórczych w perspektywie długoterminowej, obejmującej zarówno przeszłość, jak i potencjalne zmiany w przyszłość”.

Od tamtego czasu prowadzi się kolejne badania, dzięki którym dowiadujemy się m.in., że są w puszczy rejony, które nigdy nie były ani zasiedlone, ani traktowane jako pola uprawne, a samo „odlesienie nigdy nie przekroczyło tu kilku procent” – konkluduje cytowany już Krasnodębski. Takie wnioski naukowcy wysnuli, badając rodzaje pyłków zachowanych w Puszczy Białowieskiej. Jednak, jak zauważają autorzy monografii „Archeologia Puszczy Białowieskiej” z 2022 r., wciąż potrzebne jest wykonanie kolejnych analiz palinologicznych. Zwłaszcza zaś należałoby poznać „licznie występujące tam kopce ziemne, których badanie przy użyciu tradycyjnych metod wykopaliskowych nie przynosi na razie zadowalających rezultatów palinologicznych” oraz – co brzmi elektryzująco dla łowców tajemnic – „niewielkie wały, tworzące mniej lub bardziej regularne struktury (…) na terenie Europy Północnej i Zachodniej zwane celtic fields”, o których wciąż niewiele wiadomo.

Diabelski deszcz

To ledwie kilka przykładów, bo pyłek otacza nas ze wszystkich stron, nawet w wodzie – czego dowodzą stanowiska palinologiczne umiejscowione na dnach jezior czy mórz. Poza tym dla większości z nas nauka ta ma wartość czysto praktyczną. Dzięki niej niejednokrotnie odkrywa się nowe złoża ropy i gazu, alergicy mogą poznać prognozy pylenia najbardziej uczulających roślin, a i teraz na pewno wiele przedsiębiorstw rozważa skorzystanie z takich badań w obliczu handlu ukraińskim miodem, ponieważ pozwalają one określić, na jakich kwiatach żerowały pszczoły. Zresztą biolodzy też interesują się pyłkiem, bo badanie jego śladów na owadach pozwala choćby na lepsze zrozumienie ich zachowania – czy jego zmian pod wpływem czynników środowiskowych.

A pomyśleć, że starożytni w czasie pylenia niektórych drzew, gdy padał deszcz, uciekali w popłochu na widok żółtych kałuż. Spodziewali się diabelskiej, siarkowej substancji. I choć wiara w rogatego diabła coraz bardziej u nas słabnie, to palinologia jest jedną z tych cichych nauk, która może wyjaśnić jeszcze niejedną tajemnicę.