Как се провежда 500 годишен научен експеримент?

Дългосрочните научни експерименти изискват голяма доза оптимизъм.

2514 година. Някой бъдещ учен пристига в Университета в Единбург (ако университетът все още съществува), отваря дървена кутия (ако приемем, че кутията не е била изгубена или унищожена през вековете),  разбива няколко стъклени флакона, за да намери 500-годишните сухи бактерии вътре. Всичко това предполага, че целият експеримент не е забравен, че инструкциите не са изкривени и науката – или някаква нейна версия – все още съществува през 2514 година.

Дотогава учените, които са мечтали за този 500-годишен експеримент – Ралф Мюлер, микробиолог от Германския аерокосмически център и неговите американски сътрудници, разбира се, няма да бъдат живи. Те никога няма да знаят отговорите на въпросите, които са ги интересували през 2014 г., за дълголетието на бактериите.

Идеята се родила от това, че сътрудникът на Мюлер в Университета в Единбург, Чарлз Кокел, забравил бактерии от вида Chroococcidiopsis в суха петриева колба и те останали там 10 години. След като ги открил разбрал, че клетките са все още жизнеспособни. Има случаи, при които учени са успявали да възродят бактерии от 118-годишни кутии с месо …

„Всичко това подсказва, че животът на нашата планета не е ограничен от човешките стандарти за дължина на живота”. Това означава, че в много случаи ще се изисква работа, която надхвърля продължителността на човешкия живот, казва Мюлер.

Физически 500-годишният експеримент се състои от 800 прости стъклени колби, съдържащи бактерии от вида Chroococcidiopsis или Bacillus subtilis. Стъклените колби са херметизирани с пламък. Половината са защитени с олово, за да ги предпазва от излъчването на радон или космически лъчи, което може да причини увреждане на ДНК.

Всяка година през първите 24 години, а след това на всеки четвърт век за следващите 475 години, учените трябва да дойдат да тестват изсушените бактерии за жизнеспособност и да проверят дали има увреждане на ДНК. Отварянето на флаконите, добавянето на вода и преброяването на колонии, които растат от рехидратирани бактерии, е относително лесно. Трудната част е да се гарантира, че някой ще продължи да прави това по график и през следващите 500 години. Екипът е оставил USB стик с инструкции, което Мюлер осъзнава, че е далеч от адекватно, като се има предвид колко бързо цифровите технологии стават ненужни. Те също така са оставили хартиен носител.

„Но помислете за 500-годишна хартия“, казва той, как би пожълтяла и вероятно разпаднала се … Но трябва ли да издълбаем инструкциите върху камък? Трябва ли да ги издълбаем в метална плоча? Но какво ще стане, ако някой, който не може да чете днешното писмо, дойде и реши да си вземе металната плоча като лъскава реликва, както някога са плячкосвали древни гробници…

Никоя стратегия няма да е напълно сигурна 500 години по-късно. Така екипът изисква от изследователите на всеки 25-годишен период да копират инструкциите, така че те да останат лингвистично и технологично актуални следващите пет века.

Мюлер и колегите му са сред най-амбициозните учени, които планират дългосрочен експеримент, но има и други.

През 1927 г. физик на име Томас Парнел изсипва катран във фуния и изчаква бавното капене на високо вискозната субстанция. Когато Парнел умрял, попечителството на експеримента с капката минава през верига от физици, които послушно са записвали всяка капка. Последната капка пада през април 2014 г., а експериментът може да продължи толкова дълго, колкото е по-голяма височината на фунията.

В биологията има и няколко други дългосрочни изследвания. В провинциалното имение на производител на тор в Англия, учени изучават как различни торове влияят върху специфичните култури, отглеждани в същите полета година след година от 1843 г.

В Илинойс учени провеждат проучване за царевица от 1896 година. А в Мичиганския държавен университет, ботаник погребал 20 стъклени бутилки с по 50 семена през 1879 г., които трябва да бъдат изкопавани на редовни интервали и тествани за жизнеспособност. Местоположението на бутилките се пази в тайна, за да се предотврати подправяне. Последната бутилка ще бъде изкопана през 2020 година.

В Мичиганския държавен университет се провежда и експеримент с бактерията Е. coli, който може да продължава векове наред. От февруари 1988 г. лабораторията на микробиолога Ричард Ленски наблюдава как Е. coli придобива мутации и се развива през поколенията. В момента те са генерация номер 70 500. Тъй като Е. coli се възпроизвежда толкова бързо, това е като да наблюдаваме еволюцията със супер скорост. Независимо от това, че експериментът е успешен във времето, Ленски не мисли за далечното бъдеще. Смята, че експериментът ще продължи още няколко години и в един момент, когато усети, че е събрал толкова, колкото може, ще го прекрати. „Но всеки път, когато споменавах на хората, че може да приключя експеримента“, спомня си той, „те казваха – не бива да го правиш. Това ме накара да осъзная, че хората оценяват дълголетието на подобен експеримент и потенциала на изненадите.“

Лабораторията на Ленски направи едно от най-изненадващите си открития през 2003 г. Е. coli внезапно е развила мутация даваща й способността да яде молекула, наречена цитрат. Разглеждайки предишните поколения, които лабораторията е запазила и архивирала, студент на Ленски успява да реконструира поредицата от мутации, които постепенно са довели до това, което прилича на бърза промяна.

Всеки ден някой в лабораторията на Ленски прехвърля Е. coli в нова колба, използвайки същия вид стъклени съдове и същите растежни среди, които използват от 30 години. Подобно на бактериите, техниките за изучаването им са се развили. Днес учените могат да подредят целия геном на Е. coli, например – но бактериите ще продължат да се променят. Ленски е идентифицирал вече учен, на когото ще завещае експеримента, когато се пенсионира.

„Разбира се, за да продължи подобен експеримент, предполагам, че науката все още ще изглежда като днес, в смисъл, че университетите ще съществуват, ще има професори с лаборатории и т.н.“, казва Ленски. „И все пак, ако погледнем не толкова далеч в миналото, това не е начинът, по който е правена науката.“ Само преди няколкостотин години парите за научни изследвания са идвали главно от богати покровители, а не от правителствени агенции.

Вековният експеримент се нуждае и от дългосрочен финансов план, а Ленски търси свой заможен патрон. Експериментът му се ползва с държавно финансиране, но той знае, че това е ненадеждно, особено ако обществената подкрепа за науката бъде прекратена. В идеалния случай, той би искал да създаде дарение и вече е направил изчисленията: дарение от 2,5 милиона долара ще осигури възвръщаемост от около $ 100 000 на година, която трябва да покрива разходите за материали и заплатата на техник, който да работи всеки ден по експеримента.

500-годишният микробиологичен експеримент на Мюлер е далеч по-евтин и по-малко ангажиращ, тъй като изисква един изследовател да работи върху него само веднъж на всеки 25 години. Но това изисква от хората да си спомнят, да ценят науката като начинание и да разполагат с ресурси, за да я изпълнят. Тъй като експериментът започва едва през 2014 г., планирането му за 500 години напред изглежда изисква определен оптимизъм за стабилността на нашия настоящ свят.

Публикувано в TheAtlantic.com.