Деревья древности: как смола помогает восстановить экосистемы возрастом в миллионы лет
Ископаемые древесные смолы — это окно в глубокое прошлое. Их органические соединения, называемые биомаркерами, позволяют определить ботаническое происхождение древних деревьев и палеоэкологические условия, в которых они росли. Янтарь, одна из таких смол, — не только драгоценный камень, но и материал, сохраняющий растения и насекомых, живших на дереве в момент выделения смолы, в мельчайших деталях.
Благодаря исключительной сохранности смолы получили особое палеонтологическое и геологическое название — Konservat Lagerstätten. Для деревьев смола имеет практическое значение: обладает противогрибковыми и антибактериальными свойствами, отпугивает вредителей, например насекомых, которые в итоге сами сохраняются в ней. Также смола может привлекать опылителей.
В осадочных породах ископаемые смолы встречаются размером от нескольких сантиметров до миллиметров. Они часто переносятся в прибрежные и мелководные среды, а иногда даже в глубоководные. Именно из этих отложений учёные берут образцы смол для химического анализа, чтобы понять изменения окружающей среды и экологии с течением времени.
Каждый сохранившийся биомаркер смолы в этих отложениях имеет уникальный химический паттерн, который созревает со временем по мере погружения смолы под новые слои осадков, образуя биотерпеноиды. Для изучения этих биотерпеноидов и идентификации семейств деревьев, существовавших миллионы лет назад, исследователи используют передовые технологии.
Один из методов — газовая хроматография-масс-спектрометрия. Небольшие образцы смолы измельчают, нагревают, испаряют и подвергают химическим реакциям, что приводит к разделению органических соединений. Масс-спектрометр затем визуализирует эти соединения в виде хроматограммы для анализа. Это позволяет отнести ископаемую смолу к одному из пяти основных классов, связанных с определёнными семействами деревьев, что помогает восстановить прошлые растительные сообщества.
В самом общем виде смолу можно идентифицировать как принадлежащую либо голосеменным (растения с открытыми семенами, обычно вечнозелёные, например сосны, кедры, гинкго), либо покрытосеменным (цветковые и плодовые растения и деревья, обычно листопадные, например дубы и клёны).
Обзорное исследование учёных из AGH University of Science and Technology (Польша), недавно опубликованное в Earth-Science Reviews, выделяет 25 ключевых биомаркеров для голосеменных и 15 — для покрытосеменных, которые можно связать с определёнными условиями окружающей среды. Работа обобщает множество предыдущих исследований янтаря из разных регионов мира и разного возраста.
Интересно, что на набор биомаркеров влияет причина выделения смолы, как поясняет ведущий исследователь Ян Паньезак: «Наличие некоторых соединений может указывать на палеосреду, но не все соединения дают прямую информацию, например, из-за причин выделения смолы, таких как атака травоядных или микроорганизмов».
К этим биомаркерам относятся:
- Монотерпены — изначально присутствуют во всех смолах, но со временем трансформируются, поэтому обычно встречаются только в более молодых смолах (например, из позднего плиоцена и раннего плейстоцена, 3,6–0,77 млн лет назад, из Восточных Гималаев). Сегодня они входят в состав эфирных масел растений, привлекающих опылителей.
- Сесквитерпены — ещё одна группа ранних биомаркеров, которые созревают. В современных растениях обладают антимикробными и защитными свойствами. Например, бикадинаны указывают на тёплый и влажный климат (известны из тропических зон Юго-Восточной Азии в кайнозое, последние 66 млн лет), а розан предполагает среду с высоким содержанием кислорода.
Более сложные биомаркеры из категорий дитерпенов и тритерпенов включают сульфидизированные формы, указывающие на присутствие восстанавливающих бактерий, которые процветают в условиях дефицита кислорода. Определяя условия образования конкретных биомаркеров, учёные смогли локализовать регионы происхождения деревьев и установить, какие семейства деревьев преобладали в тех или иных климатических условиях.
Кроме того, палеоклимат на момент выделения смолы можно определить по изотопному составу кислорода, углерода и водорода. Эти показатели остаются неизменными с течением времени и служат важными индикаторами (прокси) палеотемпературы, что позволяет выявлять события изменения климата.
Поскольку эти биомаркеры до сих пор встречаются в современных растениях, взгляд в прошлое — важный ключ к пониманию того, как нынешние растительные сообщества могут реагировать на текущие и будущие изменения климата.