跨越500年的科學(xué)實(shí)驗(yàn)

姜常紅

在遙遠(yuǎn)的2514年，有一批科學(xué)家將要進(jìn)行一項特殊的任務(wù)：他們準(zhǔn)備前往英國的愛丁堡大學(xué)，找到一個木箱，取出木箱中的一組玻璃瓶。這些玻璃瓶中裝有被封存了500年的干細(xì)菌，科學(xué)家們要小心翼翼地將其打開，然后培育這些細(xì)菌。當(dāng)然，所有這一切能夠發(fā)生的前提是：500年后，愛丁堡大學(xué)依然存在，箱子沒有遺失，實(shí)驗(yàn)沒有被人們遺忘，實(shí)驗(yàn)說明仍然完整，以及科學(xué)仍以某種方式存在。

到那時，在2014年啟動這項實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家都已不在人間，他們永遠(yuǎn)無法知道，在21世紀(jì)提出的這個與細(xì)菌壽命有關(guān)的問題的答案是什么。這項實(shí)驗(yàn)的發(fā)起人是德國航空航天中心的微生物學(xué)家拉爾夫·穆勒、英國愛丁堡大學(xué)的天體生物學(xué)教授查爾斯·科克爾和美國康涅狄格大學(xué)的生物化學(xué)教授彼得·塞特洛。

一次，科克爾在一個有蓋的培養(yǎng)皿中存放了干燥的擬甲色球藻，但他全然忘記了這回事。當(dāng)他想起來時，十年已經(jīng)過去，但他發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞仍然存活著。于是，他驚喜地把這一消息告訴了合作伙伴穆勒和塞特洛。

穆勒覺得，既然擬甲色球藻被認(rèn)為是一種能夠在火星上生存的微生物，有助于火星生成有氧環(huán)境和表面土壤，那么人類需要在遠(yuǎn)超壽命極限的時間跨度上研究它。于是，他們設(shè)計了長達(dá)500年的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)由800個簡單的玻璃瓶組成，玻璃瓶中含有擬甲色球藻或枯草芽孢桿菌（太空飛行中的極端生存試驗(yàn)物種，它的內(nèi)生孢子可以在太空中存活6年）的干細(xì)菌。一半玻璃瓶已密封完好，但由于氡或宇宙射線的輻射有可能損傷DNA，所以為了進(jìn)行對比，另一半的玻璃瓶被蓋上了鉛，作為隔絕輻射的屏障。除此之外，他們還復(fù)制了一套作為備用，存放在倫敦自然歷史博物館中。

在最初的24年里，科學(xué)家每隔一年要來測試這些干燥細(xì)菌的生存能力和DNA的受損情況;在剩下的400多年里，科學(xué)家只需每25年進(jìn)行一次這樣的測試。從2014年算起，這項實(shí)驗(yàn)已經(jīng)持續(xù)了4年時間，第一組數(shù)據(jù)于2018年12月公布在了《PLOS ONE》這本權(quán)威科學(xué)期刊上。

實(shí)際上，這項實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過程并不難，研究人員只需將玻璃瓶打開，往里面注入水，然后數(shù)一數(shù)經(jīng)過水化后的細(xì)菌菌落數(shù)量。而它難就難在，在漫長的500年間，能夠一直有人按計劃完成這項實(shí)驗(yàn)。

為了將實(shí)驗(yàn)說明完整地流傳下去，起初，研究團(tuán)隊將實(shí)驗(yàn)說明存在U盤里，但隨即就開始擔(dān)心將來數(shù)字技術(shù)會過時，于是他們又留下了一份打印稿，然而紙張保留500年后肯定會變得破碎黃舊。為了有備無患，研究人員在實(shí)驗(yàn)說明中添加了一條要求：未來的研究人員必須每隔25年，復(fù)制一次這份說明書，確保它在語言和技術(shù)上都能跟上時代的變遷。

像這樣曠日持久甚至跨越世紀(jì)的實(shí)驗(yàn)并非這幾位科學(xué)家的首創(chuàng)。自1843年起，英國的植物學(xué)家就一直在一片鄉(xiāng)間莊園里研究不同的肥料對同一塊地里的特定作物的影響，這可以說是世界上最古老、持續(xù)時間最長的農(nóng)藝試驗(yàn)。

生物領(lǐng)域中的長期實(shí)驗(yàn)似乎很常見。1879年，密歇根州立大學(xué)一位植物學(xué)家將每瓶裝有50顆種子的20個玻璃瓶埋了起來。從那時起，每隔一段時間，研究人員就挖出一瓶種子，對其進(jìn)行活性測試。瓶子的位置是保密的，以防止被干預(yù)或篡改。最后一瓶種子將在2020年被挖掘出來。

密歇根州大學(xué)對這種長期的實(shí)驗(yàn)似乎非常感興趣，在他們的生物實(shí)驗(yàn)室中還進(jìn)行著一項可持續(xù)數(shù)個世紀(jì)的大腸桿菌實(shí)驗(yàn)。自1988年2月以來，微生物學(xué)家理查德·倫斯基就一直在觀察大腸桿菌如何在代與代的更迭中突變和進(jìn)化。經(jīng)過30年，大腸桿菌已經(jīng)更新到70500代，它們的復(fù)制速度是如此之快，給研究人員的感覺就像是在觀察一部高速進(jìn)化史。

然而在一開始，倫斯基并沒有預(yù)見到如此遙遠(yuǎn)的未來，他本以為當(dāng)自己從實(shí)驗(yàn)中收集了足夠多的信息時就可以將它終止。但是，每當(dāng)倫斯基提出要結(jié)束這個實(shí)驗(yàn)時，別人都感到惋惜或者希望不要結(jié)束。這讓他意識到，人們對于這個時間跨度很長的實(shí)驗(yàn)是喜聞樂見的，同時也給了他很大的鼓勵。2003年，倫斯基的實(shí)驗(yàn)室有了重大發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌突然進(jìn)化出了吞噬檸檬酸分子的能力。這樣的變化隨時都有，還將持續(xù)下去。

萬事萬物都充滿著變數(shù)，時間跨度大的實(shí)驗(yàn)要想成功，需要科學(xué)家們克服重重困難，付出不懈的努力。就像文章一開始提到的長達(dá)500年的微生物實(shí)驗(yàn)，人的一生太短，500年的實(shí)驗(yàn)太長，這些令人崇敬的科學(xué)家們正在做著一件令人無比欽佩的事情，他們?nèi)缤R拉松般前赴后繼，樂此不疲。