ARBORÉTUM MLYŇANY
Slovenskej akadémie vied

Domov » Aktuality » Palynológia - História

Palynológia - História

Pridané: štvrtok, 12. apríl 2012 13:40

Začiatky a éra svetelného mikroskopu

Už Asýrčania poznali princípy opelenia, avšak nie je jasné, či poznali povahu peľu. V podstate však do 16. storočia poznatky o peli ustrnuli v tomto štádiu.

Až Nehemiáš Grew (1662) vo svojej slávnej práci „Anatómia rastliny“ uvádza, že jedinci toho istého druhu produkujú peľové zrná morfologicky zhodné. Inými slovami, objavil morfológiu peľu, teda bol prvým, kto zistil, že všetky rastliny majú svoj „vlastný“ peľ. Termín peľ však ako prvý použil až Carl von Linné v roku 1751 (samozrejme v latinskom jazyku).

Počas osemnásteho a začiatku devätnásteho storočia sa dosiahol značný pokrok v chápaní peľu a opelenia. Napríklad Gottlieb Koelreuter (1776) spolu s Christianom Konradom Sprengelom, priekopníkom rastlinnej ekológie, pochopili dôležitosť hmyzu pri opeľovaní rastlín a taktiež zistili, že peľové zrná sú tou časťou rastliny, ktorá určuje znaky a vlastnosti potomstva. Sprengel (1793) bol prvým vedcom, ktorý rozoznával póry a ryhy v stene peľového zrna, demonštroval účinok kríženia na potomstvo, popísal dichogamiu (dozrievanie samčích a samičích častí kvetu v rozdielnom čase, čo má zabrániť samoopeleniu) a rozlišoval medzi vetroopelivými a hmyzoopelivými druhmi rastlín.  Jan Evangelista Purkině (1830) a Franz Andreas Bauer  (okrem iných samozrejme) taktiež významne prispeli  k rozšíreniu poznatkov z tejto oblasti. Bauer je napríklad známy pre svoje vynikajúce a presné kresby peľu, ktoré sa v súčasnosti nachádzajú v knižnici botaniky v „Natural History Museum“ v Londýne. Z tohto diela však bolo publikovaných iba niekoľko obrázkov (napr. v publikácii od Kesselera a Harleya z roku 2004). Robert Brown (1828, 1833) uverejnil a potvrdil Bauerovu skoršiu prácu a po prvýkrát popísal pôvod peľového vrecúška. Nové a lepšie mikroskopy umožnili Hogovi von Mohl (1834) a Carlovi Juliusovi Fritzsche (1837) jasne oddeliť hlavné vrstvy steny peľového zrna a publikovať pozorovania morfológie peľu mnohých krytosemenných rastlín. Za pojmy polenín, exina a intina vďačíme práve Fritzscheovi. Johan Heinrich Robert Göppert (1837) a Christian Gottfried Ehrenberg (1838) po prvý krát popísali fosílne peľové zrná. Eduard Strasburger (1882) dosiahol priekopnícke výsledky, zaoberajúce sa vývojom a vnútornou štruktúrou peľu.  Hugo Fischer (1890) bol prvým vedcom, ktorý zosumarizoval poznatky zaoberajúce sa fylogenetickým významom jednotlivých znakov peľu. V roku 1916 Lennart von Post uverejnil prvý peľový diagram a peľová štatistika sa tým stala prvou aplikáciou poznatkov z tohto oboru.

Približne do roku 1960 prevládalo využívanie svetelného mikroskopu, ktorého použitie umožnilo nové objavy (napr. LO analýza – metóda pre analýzu usporiadania vzorov nachádzajúcich sa na exine pomocou svetelného mikroskopu. Táto metóda je založená na zmene intenzity osvetlenia počas pozorovania – L = Lux - svetlé, O = Obsuritas - tmavé ). Publikácie od Rogera Wodehousa (1935), Gunnara Erdtmana (1943, 1952, 1969) alebo Knuta Faegra a Johannesa Iversena (1950) sumarizujú poznatky práve z tejto problematiky. Ich veľký rozsah udržuje ich vysokú hodnotu aj v súčasnosti. 

V prvej polovici dvadsiateho storočia začal základný výskum v oblasti palynológie postupne prechádzať do aplikovaného. V tomto čase začalo dochádzať k jej diverzifikácii. Postupne začína vznikať: aeropalynológia (zaoberá sa štúdiom palynomorf v atmosfére), biostratigrafia (náuka o vývoji organizmov vo vzťahu k vrstvám hornín), kopropalynológia (zaoberá sa štúdiom palynomorf v koprolitoch a fekáliách), kryopalynológia (zaoberá sa štúdiom palynomorf nájdených v ľade), forenzná palynológia (študuje palynomorfy vo forenzných vzorkách), iatropalynológia (študuje palynomorfy zapríčiňujúce alergie), melisopalynológia (študuje palynomorfy nachádzajúce sa v mede), paleopalynológia (študuje fosílne palynomorfy), farmakopalynológia (študuje palynomorfy v liekoch) i ďalšie.

Obrázky 1 a 2: Peľ z druhu Armeria maritima bol ako jeden z prvých analyzovaný pomocou snímacích metód elektrónovej mikroskopie (SEM), ktorých využitie bolo prelomovým momentom v histórii palynológie.

Éra elektrónového mikroskopu

Ako poznamenal Knox (1984): „Terminológia použitá na peľovú stenu je obmedzujúca predovšetkým  v prípadoch ak bola vyvinutá v ranných prácach, kde hlavným nástrojom bol svetelný mikroskop a potom použitá v obrázkoch, kde bol hlavným nástrojom elektrónový mikroskop“.

Elektrónová mikroskopia so svojimi dvoma typmi (TEM a SEM) umožnila hlavný pokrok v palynológii: pozorovanie ultrašruktúry vyvíjajúceho sa a dospelého peľového zrna a šokujúcu vizualizáciu morfologických charakteristík peľu.

Počas päťdesiatych rokov a začiatku šesťdesiatych rokov dvadsiateho storočia nastal značný progres v preparačných metódach (od fixácie do mikrotómu až po farbenie) používaných pre analýzu peľu v transmisnom elektrónovom mikroskope (TEM). Vyššia rozlišovacia schopnosť transmisného elektrónového mikroskopu (oproti mikroskopu svetelnému) bola základným predpokladom pre získanie nových poznatkov o vývine i ultraštruktúre peľových zŕn. Napriek tomu informácie o detailoch štruktúry steny peľového zrna získané z pozorovania v elektrónovom mikroskope sa vyskytujú do roku 1965 zriedkavo. V tomto čase boli rozšírenejšie replikačné metódy založené na pozorovaní v transmisnom elektrónovom mikroskope. Tieto metódy sa však vyznačovali obmedzeným rozlíšením a ostrosťou (napr. jednostupňová uhlíková replikačná technika; Rowley & Flynn 1966, Flynn & Rowley 1967). Časovo náročný a prácne replikačné TEM procedúry boli prekážkou rozsiahlejšieho výskumu morfológie peľu. Z tohto dôvodu boli úspešne nahradené snímacími metódami elektrónovej mikroskopie (SEM) (Harley & Ferguson 1990). Využitie SEM v palynológii bolo kľúčovou inováciou pri detailnom štúdiu povrchu peľového zrna. Výhody SEM oproti TEM spočívajú v relatívne rýchlej a jednoduchej príprave vzoriek i neprekonateľnej hĺbke ostrosti. SEM bola považovaná v elektrónovej mikroskopii za nesmierny skok (Hay & Sandberg 1967). Prvé  práce, v ktorých bol peľ pozorovaný pomocou metódy SEM publikovali Thornhill et al. (1965) a Erdtman & Dunbar (1966).

Po nich ďalší palynológovia vytvorili množstvo mikrosnímok peľu. „SEM technika poskytla o mnoho väčší impulz pre ďalší výskum v palynológii ako iné technické vymoženosti počas celej histórie tejto vedy“ (Blackmore 1992).

V súčasnosti sú svetelná mikroskopia (s či už základným alebo rozšíreným vybavením) a dva hlavné typy elektrónovej mikroskopie výhodnou kombináciou zobrazovacích techník. Svetelná mikroskopia i naďalej zostáva ťažiskovou metódou (Traverse 2007, Reille 1992, 1995, 1998), hoci diagnostické znaky na úrovni druhu nie sú pomocou tejto metódy pozorovateľné. Rozlišovaciu schopnosť na tejto úrovni má iba metóda SEM. Úloha metódy SEM ako neodmysliteľného nástroja pri ilustrácii tvaru (skulptúry) a ornamentácie exiny sa však nemožno preceňovať (Harley & Ferguson 1990).

Nové výzvy

V súčasnosti môžeme palynológiu považovať za jednu z najrozvinutejších základných vied, ktorá často slúži ako nenahraditeľný nástroj pre rozličné aplikované vedy. Vo všeobecnosti je však samčí gametofyt v porovnaní s diploidnými časťami rastliny preskúmaný stále nedostatočne. Z asi 250000 druhov rastlín bola približne iba desatina preskúmaná z hľadiska morfológie peľu a po jeho anatómickej stránke bolo preskúmaných dokonca ešte menej druhov.

Bez ohľadu na to, či bude palynológia v 21. storočí predovšetkým vedou základnou alebo vedou aplikovanou v iných disciplínach, životne dôležitou úlohou bude nárast našich poznatkov o peľových zrnách a v tomto kontexte i vylepšenie súčasnej terminológie. Moderná palynológia využívajúca svetelnú i elektrónovú mikroskopiu pre opis potrebuje jasne definovanú, obrazovú terminológiu zahrňujúcu množstvo znakov a obrovské spektrum charakteristík.

(Príspevok nadväzuje na príspevok: "Palynológia - veda o peli a spórach" z 20.3.2012. Komplexný historický prehľad obsahujú práce Wodehousa (1935) a najmä Dückera & Knoxa (1985). V tomto príspevku sú uvedené iba najvýznamnejšie osobnosti, ktoré pracovali s peľom.)

Spracoval: Peter Maňka