เรณูวิทยาในชั้นหิน (อังกฤษ: Stratigraphic palynology หรือ อังกฤษ: Geological palynology) เป็นวิทยาศาสตร์ที่นักธรณีวิทยาศึกษาเกี่ยวกับเรณูสัณฐานของสิ่งมีชีวิตปัจจุบันและซากดึกดำบรรพ์เพื่อศึกษาหาอายุเปรียบเทียบและการลำดับชั้นหิน จากซากเหลือของ ละอองเรณู (pollen) สปอร์ (spores) ไดโนแฟลกเจลเลต (dinoflagellates: resting cysts หรือ hypnozygote) อาคริทาร์ช (acritarchs) ไคตินโนซัว (chitinozoans) และสโคเลโคดอนต์ (scolecodonts) รวมไปถึงอินทรีย์วัตถุ (other microfossils) และเคอโรเจนที่มีลักษณะเฉพาะที่พบในตะกอนและหินตะกอน บางครั้งการศึกษาเรณูสัณฐาน (Palynomorphs) จะรวมถึงการศึกษาไดอะตอม (diatom) ฟอแรมมินิเฟอรา (microforaminifera) หรือสิ่งมีชีวิตอื่นที่มีโครงร่างภายนอกเป็นสารพวกซิลิก้าและเนื้อปูน (อ้างอิงจาก Palynology ที่ U. of AZ)
เรณูวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์เชิงสหวิทยาการและเป็นสาขาหนึ่งของธรณีวิทยาและชีววิทยาโดยเฉพาะอย่างยิ่งพฤกษศาสตร์ วิชาการลำดับชั้นหินทางเรณูวิทยาเป็นสาขาหนึ่งของวิชาบรรพชีวินวิทยาจุลภาคและพฤกษศาสตร์โบราณซึ่งศึกษาเกี่ยวกับซากดึกดำบรรพ์ของเรณูสัณฐานจากช่วงพรีแคมเบรียนตลอดจนถึงสมัยโฮโลซีน
ประวัติวิชาเรณูวิทยา
ประวัติเริ่มแรก
มีรายงานการค้นพบละอองเรณูภายใต้กล้องจุลทรรศน์เป็นครั้งแรกสุดในช่วงทศวรรษที่ 1640 โดย เนเฮเมียห์ กรีว นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษเป็นผู้บรรยายลักษณะของละอองเรณู เกสรตัวผู้ และเป็นผู้ทำนายได้อย่างถูกต้องว่าละอองเรณูเป็นสิ่งจำเป็นในการสืบพันธุ์ของพืชทั้งหลาย กล้องจุลทรรศน์ได้เข้ามามีบทบาทในการศึกษาเรณูวิทยามากยิ่งขึ้นรวมไปถึงผลงานของโรเบิร์ต คิดสตัน และพี เรนช์ผู้ตรวจสอบพบสปอร์ในชั้นถ่านหินที่เปรียบเทียบได้กับสปอร์ของพืชปัจจุบัน ผู้บุกเบิกช่วงแรก ๆ ยังรวมถึงคริสเตียน กอทต์ฟรายด์ อีห์เรนเบิร์ก (ผู้ศึกษาเรดิโอลาเรียนและไดอะตอม) ไกเดียน แมนเทลล์ (ผู้ศึกษาสาหร่ายเดสมิด) และเฮนรี โฮฟเรย์ ไวต์ (ผู้ศึกษาไดโนแฟลกเจลเลต)
เรณูวิทยายุคใหม่
การวิเคราะห์ละอองเรณูเชิงปริมาณแรกสุดถูกตีพิมพ์โดยเลนนาร์ต วอง โพสต์ เป็นผู้วางรากฐานในการวิเคราะห์ละอองเรณูยุคใหม่ในการบรรยายที่คริสเตียนาของเขาในปี ค.ศ. 1916 การวิเคราะห์ละอองเรณูช่วงแรก ๆ ถูกจำกัดเฉพาะในแถบประเทศกลุ่มนอร์ดิกเนื่องจากการตีพิมพ์ในช่วงแรก ๆ จำนวนมากเป็นภาษานอร์ดิก การจำกัดการศึกษาจำกัดเฉพาะในหมู่ประเทศนอร์ดิกนี้ได้สิ้นจุดลงด้วยการตีพิมพ์วิทยานิพนธ์ของกุนนาร์ เอิร์ดมัน ในปี ค.ศ. 1921 เมื่อมีการวิเคราะห์ละอองเรณูอย่างแพร่หลายทั่วทั้งยุโรปและอเมริกาเหนือสำหรับใช้ในการศึกษาพืชพันธุ์และการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศยุคควอเทอร์นารี
คำว่า “palynology” (มีความหมายว่า “เรณูวิทยา”) ถูกเสนอใช้โดยไฮด์ และวิลเลียม ในปี ค.ศ. 1944 (ตามการใช้โดยแอนเทฟส์ นักธรณีวิทยาชาวสวีเดน) ในหลายหน้าของเอกสารแจก (เป็นหนึ่งของวารสารฉบับแรก ๆ ที่อุทิศให้เกี่ยวกับการวิเคราะห์ทางละอองเรณูผลิตโดยพอล เซียร์ ในอเมริกาเหนือ) ไฮด์และวิลเลียม เลือกคำว่า “palynology” บนพื้นฐานรากศัพท์ภาษากรีกโบราณจากคำว่า “paluno” หมายถึงการหว่านหรือพรมและ “pale” หมายถึงฝุ่นละออง (ซึ่งตรงกับคำว่า “pollen” ในภาษาละติน)
วิธีการศึกษา
เรณูสัณฐานมีความหมายกว้าง ๆ ว่าเป็นซากดึกดำบรรพ์ที่มีผนังเป็นอินทรีย์สารมีขนาดระหว่าง 5 ถึง 500 ไมครอน สกัดออกมาจากหินและตะกอนทั้งโดยวิธีการทางกายภาพ (ด้วยการกรองและปรกติจะใช้คลื่นอัลตราโซนิกด้วย) และวิธีการทางเคมี (โดยการย่อยสลายด้วยสารเคมีแล้วแยกออกจากส่วนที่ไม่เป็นอินทรีย์วัตถุ)
การเตรียมทางเคมี
การย่อยสลายด้วยสารเคมีจะประกอบด้วยหลายขั้นตอน เริ่มต้นด้วยการแช่ตัวอย่างหินหรือตะกอนในสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เพื่อแยกกรดฮิวมิกออกมา ซึ่งจะทำให้เรณูสัณฐานจมตัวลงจากผิวของสารละลาย หรือโดยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่อาจจะส่งผลกระทบสร้างความเสียหายต่อผนังเซลล์ของเรณูสัณฐานได้ การใช้กรดไฮโดรฟลูออริกย่อยสลายแร่ซิลิเกตถูกนำมาใช้โดยแอสซาร์สันและแกรนลุนด์ ในปี ค.ศ. 1924 ช่วยย่นเวลาในการค้นหาเรณูสัณฐานบนแผ่นสไลด์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์เป็นอย่างมาก การศึกษาทางเรณูวิทยาจากตัวอย่างพีตทำให้เห็นอินทรีย์วัตถุในสภาพที่สมบูรณ์ดีประกอบด้วยรากฝอยเล็ก ๆ ใบเล็ก ๆ ของมอสส์ และอินทรีย์สารอื่น ๆ วิธีการอะซีโตไลซีสถูกพัฒนาขึ้นโดยกุนนาร์ เอิร์ดมันกับน้องชายของเขา เพื่อย่อยสลายและแยกเอาวัตถุเซลลูโลสขนาดเล็ก ๆ ออกมา ในการทำอะซีโตไลซีสวัตถุจะทำปฏิกิริยากับสารเคมีอะซีติกแอนไฮไดรด์และกรดกำมะถันเพื่อย่อยสลายเซลลูโลสซึ่งจะทำให้เห็นเรณูสัณฐานได้ชัดเจนขึ้น
ในบางขั้นตอนทางเคมีมีความจำเป็นที่จะต้องเอาใจใส่เพื่อความปลอดภัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้กรดไฮโดรฟลูออริกซึ่งซึมผ่านผิวหนังได้อย่างรวดเร็วและทำให้ผิวหนังไหม้เกิดการพองบวมได้
มีวิธีการอื่น ๆ อีกอย่างเช่นการลอยตัวในเคอโรซีนสำหรับวัตถุจำพวกไคติน
การวิเคราะห์
เมื่อดำเนินการเตรียมตัวอย่างทางเคมีแล้ว ตัวอย่างจะถูกนำไปทำสไลด์กล้องจุลทรรศน์โดยการใช้น้ำมันซิลิโคน กลีเซอรอล หรือกลีเซอรอลเยลลี แล้วทำการตรวจสอบภายใต้กล้องจุลทรรศน์แสงหรือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องกราด
ปกตินักวิจัยจะทำการศึกษาจากตัวอย่างปัจจุบันจากหลาย ๆ แห่งในพื้นที่หนึ่ง ๆ ที่กำหนด หรือไม่ก็จากตัวอย่างจากแห่งหนึ่ง ๆ ที่มีการสะสมตัวหลายช่วงกาลเวลาอย่างต่อเนื่องอย่างเช่น จากพีตหรือจากตะกอนทะเลสาบ การศึกษาในปัจจุบันมีการใช้เทคนิคเชิงเปรียบเทียบจากตัวอย่างเรณูสัณฐานปัจจุบันกับตัวอย่างที่มีอายุเก่าแก่กว่า เพื่อเปรียบเทียบให้เข้าใจชุมชนพืชดั้งเดิม
เมื่อทำการดูสไลด์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์นักวิจัยจะนับจำนวนเรณูสัณฐานของพืชแต่ละชนิดแล้วจัดทำแผนภูมิเรณูสัณฐาน ข้อมูลเหล่านี้สามารถนำไปใช้ในการตรวจสอบผลกระทบอันเกิดจากการกระทำของมนุษย์อย่างเช่นการตัดและลากซุงในอดีต, รูปแบบการใช้ที่ดิน หรือการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศของภูมิภาคในระยะยาว เรณูวิทยาสามารถนำไปประยุกต์แก้ปัญหาได้หลายด้าน ได้แก่ ธรณีวิทยา พฤกษศาสตร์ บรรพชีวินวิทยา โบราณคดี ปฐพีวิทยา และภูมิศาสตร์
การประยุกต์ใช้
เรณูวิทยาถูกนำไปประยุกต์ใช้ที่หลากหลาย มีความเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์แขนงอื่น ๆ มากมาย
- การลำดับชั้นหินทางชีววิทยา หรือ การหาอายุทางธรณีวิทยา นักธรณีวิทยาใช้การศึกษาทางเรณูวิทยาในทางการลำดับชั้นหินทางชีววิทยาเพื่อเปรียบเทียบชั้นหินและหาอายุเปรียบเทียบของชั้นหิน หมวดหิน หรือการลำดับชั้นหินหนึ่ง ๆ
- นิเวศวิทยา และ การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโบราณ เรณูวิทยาสามารถนำไปใช้วิเคราะห์ชุมชนพืชในอดีตและชุมชนแพลงตอนพืชในทะเลหรือแหล่งน้ำจืด และสามารถอนุมานเป็นสภาพแวดล้อมและภูมิอากาศในอดีตได้
- การศึกษาลักษณะปรากฏทางเรณูวิทยา ด้วยการตรวจสอบสภาพการเก็บรักษาของอินทรีย์วัตถุที่จะทำให้ทราบสภาพแวดล้อมของการตกสะสมตะกอนของหินตะกอน
- การศึกษาการเปลี่ยนแปลงความร้อนใต้พิภพ ด้วยการตรวจสอบสีของเรณูสัณฐานที่แยกออกมาจากเนื้อของหินทำให้ทราบการแปรผันของอุณหภูมิและการพัฒนาเต็มที่ของสารไฮโดรคาร์บอนของการลำดับชั้นตะกอนซึ่งจะทำให้สามารถประมาณการอุณหภูมิโบราณสูงสุดได้
- การศึกษาทางชลธีวิทยา เรณูสัณฐานน้ำจืดและเศษชิ้นส่วนของพืชและสัตว์ รวมถึงพวกสาหร่ายหลากหลายชนิด (พราซิโนไฟต์ เดสมิด และสาหร่ายสีเขียว) ที่สามารถศึกษาระดับน้ำในทะเลสาบในอดีตและการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศในระยะยาว
- อนุกรมวิธาน การจำแนกทางวิทยาศาสตร์ และ การศึกษาเชิงวิวัฒนาการ
- นิติเรณูวิทยา เป็นการศึกษาละอองเรณูและเรณูสัณฐานอื่น ๆ เพื่อการใช้เป็นหลักฐานประกอบในพื้นที่เกิดเหตุอาชญากรรม
- การศึกษาโรคภูมิแพ้ เป็นการศึกษาการกระจายตัวในตำแหน่งทางภูมิศาสตร์และการปริมาณการการผลิตละอองเรณูตามฤดูกาลที่สามารถช่วยผู้ป่วยจากอาการภูมิแพ้อย่างเช่นโรคแพ้เกสรดอกไม้ได้
- เรณูวิทยาน้ำผึ้ง เป็นการศึกษาละอองเรณูและสปอร์ที่พบอยู่ในน้ำผึ้ง
- เรณูวิทยาโบราณคดี เป็นการศึกษาการใช้พืชของมนุษย์ในอดีต ที่สามารถช่วยอธิบายการเพาะปลูกตามฤดูกาล การมีหรือไม่มีกิจกรรมหรือผลผลิตทางการเกษตร และพื้นที่ที่มีกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับพืชในเชิงโบราณคดี บอนไฟร์ เชลเตอร์ เป็นตัวอย่างหนึ่งของการประยุกต์ทางเรณูวิทยานี้
เพราะว่าการกระจายตัวของอาคริทาร์ช ไคตินโนซัว ไดโนแฟลกเจลเลตซิสต์ ละอองเรณู และสปอร์ เป็นหลักฐานในการเปรียบเทียบการลำดับชั้นหินในการวิเคราะห์การลำดับชั้นหินทางชีววิทยาและสภาพแวดล้อมโบราณ การประยุกต์ใช้ทั่วไปของเรณูวิทยาและก่อให้เกิดผลประโยชน์สูงคือในการใช้ประกอบในการสำรวจปิโตรเลียมและแก๊สธรรมชาติ
เรณูวิทยายังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์อนุมานสภาพภูมิอากาศได้จากการปรากฏของชุมชนพืชในพื้นที่ตลอดช่วงเวลาทางธรณีวิทยาย้อนหลังไปนับเป็นพันปีหรือนับเป็นล้าน ๆ ปีทีเดียว และนี้เป็นสิ่งพื้นฐานในการวิจัยถึงการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ
การศึกษาเรณูวิทยาในประเทศไทย
นักพฤกษศาสตร์เรณูวิทยา (Botanist & Palynologist) 2526. ได้ศึกษาเรณูพืชในประเทศไทยและการเทียบเคียงเรณูพืชของป่าฝนเขตร้อน นอกจากนี้ยังติดตามคณะศึกษาโครงการงานทางด้านเรณูวิทยาโบราณคดีร่วมกับคณะโบราณคดี มหาวิทยาลัยศิลปากร ซึ่งลาวัลย์ รักสัตย์ ได้นำดินจากหลุมศพทางภาคใต้ (ภายใต้โครงการของ ศ.ดร.สุรินทร์ ภู่ขจร และคณะ คณะโบราณคดี ม.ศิลปากร) มาศึกษาวิเคราะห์พบเรณูสัณฐานบ่งชี้สภาพของพื้นที่นั้นเคยเป็นแอ่งน้ำมาก่อน ด้วยการปรากฏเรณูสัณฐานของแพงพวยน้ำ (Jussiaea repens L.) เป็นจำนวนมากกว่าเรณูของพืชชนิดอื่น ๆ นอกจากนี้ยังได้ติดตามคณะสำรวจภายใต้โครงการ (ดร.สว่าง เลิศฤทธิ์ และคณะ) ของคณะโบราณคดี มหาวิทยาลัยศิลปากรไปศึกษาการขุดซากของวัตถุโบราณที่ จ.ลพบุรี และได้เก็บตัวอย่างดินมาวิเคราะห์ศึกษา พบเรณูสัณฐานบ่งชี้ของพืชหลายชนิดโดยภาพรวมเป็นสภาพป่าแดงหรือป่าโคก และมีเรณูสัณฐาณของพรรณไม้สัก (Tectona grandis L.) เป็นจำนวนมาก ทั้งนี้เนื่องจากบริเวณพื้นที่ที่ทำการสำรวจรอบ ๆ นั้นมีร่องรอยของการทำสวนป่าสัก
บรรณานุกรม
- Moore, P.D., et al. (1991), Pollen Analysis (Second Edition). Blackwell Scientific Publications. ISBN 0-632-02176-4
- Traverse, A. (1988), Paleopalynology. Unwin Hyman ISBN 0-04-561001-0
- Roberts, N. (1998), The Holocene an environmental history, Blackwell Publishing. ISBN 0-631-18638-7
แหล่งข้อมูลอื่น
- International Federation of Palynological Societies
- The Micropalaeontological Society
- Commission Internationale de Microflore du Paléozoique (CIMP), international commission for Palaeozoic palynology.