跨越500年的科學實驗

1.

在遙遠的2514年，有一批科學家將要進行一項特殊的任務：他們要前往英國的愛丁堡大學，找到那裡的一個木箱，取出木箱中的一組玻璃瓶。在玻璃瓶中，是已被封存了500年之久的干細菌，他們要將玻璃瓶打碎，然後培育這些細菌。當然，這所有一切的發生前提是，在500年後，愛丁堡大學依然存在、箱子沒有遺失、實驗沒有被遺忘、實驗說明仍然完整，以及科學仍以某種方式存在。

那時，在2014年啟動了這項實驗的科學家們都已不在人間，他們永遠無法知道，他們在21世紀提出的這個與細菌壽命有關的問題的答案是什麼。這項實驗的發起人是德國航空航天中心的微生物學家Ralf M?ller，英國愛丁堡大學的天體生物學教授Charles Cockell，以及美國康涅狄格大學的生物化學教授Peter Setlow。

有一次，Cockell在一個有蓋的培養皿中存放了乾燥的擬甲色球藻（chroococciopsis），但他全然忘記了這回事。當他想起來時，十年已經過去，但他卻驚喜地發現這些細胞仍然存活。

這樣的例子並不罕見，有科學家曾從有著上百年歷史的罐頭中復甦了細菌，甚至還人宣稱從有著數百萬年曆史的琥珀和鹽晶體中復活了細菌。不過目前，科學界對於這樣的結果仍有爭議。

M?ller等人認為，要真正理解這意味著什麼，我們需要在遠超人類壽命極限的時間跨度上進行研究。

這項跨越了500年的實驗在設計上其實相對簡潔明晰。實驗由800個簡單的玻璃瓶組成，玻璃瓶中含有要麼是擬甲色球藻（Chroococcidiopsis），要麼是枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）的干細菌。玻璃瓶已用火焰密封完好。由於氡或宇宙射線的輻射有可能損傷DNA，因此為了進行對比，其中一半的樣品被蓋上了鉛，作為隔絕輻射的屏障。除此之外，他們還複製了這樣一套小瓶作為備用，存放在倫敦自然歷史博物館中。

實驗要求在最初的24年里，科學家每隔一年就要來測試這些乾燥細菌的生存能力和DNA的受損情況；在剩下的400多年裡，科學家只需每25年進行一次這樣的檢查。實驗的第一組數據於2018年12月公布在了PLOS ONE上。

△ 實驗設計：A.500年微生物實驗及其組成。B. 裝有枯草芽孢桿菌的玻璃瓶。C.保持乾燥的硅珠。| 圖片來源：[2]

正如上面所介紹的那樣，這項實驗在操作上並不難——研究人員只需將玻璃瓶打開，往裡頭注入水，然後數一數經過再水化後的細菌菌落數量。而它難就難在，在漫長的500年間，一直有人能按計劃完成這項實驗。

一開始，研究團隊為後人準備了一個附有實驗說明的U盤。但很快他們就意識到這遠遠不夠，因為數字技術可能很快就會過時，於是他們又在紙上留下了一份列印稿。可再想想，保留了500年的紙肯定會變得破碎黃舊。難道要把實驗它刻在石頭上？或者刻在金屬片上？萬一這些也被人當廢品處理掉了怎麼辦?

研究人員悠遠而周全的擔憂有些可愛，但也並非毫無道理。對於這樣一項實驗來說，沒有哪種信息傳遞方案是能確保在500年後仍萬無一失的。因此，研究人員又在實驗說明中添加了一條要求：未來的研究人員必須每隔25年，就對這份說明書進行一次複製，使它在語言和技術上都能跟上時代的變遷。

2.

像這樣曠日持久甚至跨越世紀的實驗並非這幾位科學家的首創。一個著名的例子就是曾獲得過「搞笑諾貝爾獎」的「瀝青滴漏實驗」。實驗由一個裝有黑色瀝青的玻璃漏斗構成，整個裝置被封閉在一個容器中。我們知道，在室溫下，瀝青摸上去是非常堅硬，甚至還有些脆，用鎚子輕輕一敲就能砸碎。

而物理學家Thomas Parnell想要證明，瀝青實際上是一種非常粘稠的液體，它有著非常大的粘性——是水的1千億倍。他想以此告訴大家，一些我們非常熟悉的日常材料，可以表現出非常驚人的特性。

1927年，Parnell教授將加熱過的瀝青倒入這個密封的玻璃漏斗中。隨後，他讓瀝青在漏斗中冷卻、穩定了3年。1930年，他切斷漏斗的滴口，然後等待瀝青的滴下。從那時起，瀝青就開始慢慢地從漏斗中流出。流出的過程非常緩慢，第一滴瀝青用了8年的時間才滴落下來。

在接下來的40年里又滴落了5滴。在Parnell去世之後，一群物理學家繼續負責這項瀝青滴漏實驗，他們盡職盡責地記錄下每一滴瀝青。在漏斗被切斷至今的近90年時間裡，滴落的瀝青共有9滴。最近的一次滴落髮生在2014年4月。物理學家預測，下一次的滴落將發生在2020年的某個時刻。只要漏斗中還有剩餘的瀝青，這個實驗就會繼續持續下去。

△ 到目前為止，滴落的瀝青共有9滴。| 圖片來源：[3]

3.

如此的長期實驗更常見於生物領域中。例如在英國，植物學家自1843年起，就一直在一片鄉間莊園里研究不同的肥料會如何影響同一塊地里的特定作物。這是世界上最古老、持續時間最長的農藝試驗。

在美國密歇根州立大學，一位植物學家在1879年將20瓶裝有50顆種子的玻璃瓶埋了起來。從那時起，每隔一段時間，研究人員就會將這些種子挖出來進行活性測試，對這些埋葬於140年前的種子在發芽後的幼苗進行培育和檢驗。瓶子的位置是保密的，以防止被干預或篡改。最後一瓶將在2020年被挖掘出來。

4.

密歇根州大學對進行這種長期的實驗似乎非常感興趣，在他們的生物實驗室中，還正進行著一項可持續數個世紀的大腸桿菌實驗。

自1988年2月以來，微生物學家Richard Lenski一直在觀察大腸桿菌如何在代與代的更迭中突變和進化。現在，這些大腸桿菌已經經歷了70500代，它們的複製速度非常快，因此對它們的研究就像是在超高倍速下觀看進化一般。

但是在一開始，Lenski並沒有預見到如此遙遠的未來。他本以為這個實驗會持續幾年，然後當收集了足夠多信息時就可以將它終止。但是每當他向他人提到可能要結束這個實驗時，別人都會表示「不可以」或感到惋惜。這讓他意識到，這樣一個時間跨度很長的實驗是大多數人喜聞樂見的，而且大家也希望從這樣一個實驗中收貨驚喜。

2003年，他的實驗室做出了一項重大發現——這些大腸桿菌突然進化出了能吞噬檸檬酸分子的能力。通過整理這項實驗的存檔數據，Lenski的研究生能對一系列的突變進行了重建，他們發現這一個看似快速的轉變實則是由一系列逐漸出現的突變所導致的。

現在，Lenski的實驗室每天都有人將大腸桿菌轉移到新的燒瓶中，他們使用的玻璃器皿和生長介質與30年前完全一樣。而發生了變化的除了不斷進化的大腸桿菌之外，還有他們的研究技術，例如現在，科學家已經能對大腸桿菌的整個基因組進行測序。這樣的變化還將繼續。

5.

Lenski挑選了一位科學家，準備在退休後將這項實驗交給他負責。Lenski說：「要讓這樣一個實驗繼續下去，我們需要假設未來的科學在某種程度上仍與如今大致相似，大學系統也仍將存在，教授們還能擁有自己的實驗室……」

他的考量並非杞人憂天，因為就在幾百年前，科研經費的主要來源還是富人的資助，而非政府機構。對於這些長達幾個世紀的實驗來說，它必須要有一個更加長期的財務計劃，才有確保實驗得以順利進行。雖然Lenski獲得了政府的資助，但他知道這並不可靠，尤其是如果哪天公眾對科學的支持減弱的話，實驗就會岌岌可危。因此，他一直在尋找其他的贊助人。

與之相比，文首提到的長達500年的微生物實驗的成本就要低廉得多，它只需要每25年進行一次檢查。但即便如此，它也需要人們將珍視科學、創造資源實現科學銘記於心。因為500年的時間實在是太漫長了，存在著太多太多的未知。正如這項始於2014年的三國合作實驗，以那時的眼光來看，德國、英國、美國的合作絕對能稱得上是一個可靠的組合，但就在短短的幾年，歐美相繼出現那麼多重大的變化，許多科研工作也因此受到了嚴重的影響和挑戰。

當然，我們也無需悲觀。無論在多麼遙遠的未來，只要仍有人在不斷地追問和探索未知的問題，我們就無需太過擔心。因為人類的好奇心是世間最值得樂觀的事。

編譯：糖獸

參考來源：

[1]https://www.theatlantic.com/science/archive/2019/01/500-year-long-science-experiment/581155/

[2] https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0208425

[3] https://smp.uq.edu.au/pitch-drop-experiment

[4] https://msutoday.msu.edu/news/2000/120-year-old-experiment-sprouts-new-gardening-knowledge/

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