7 долгосрочных экспериментов
Можно ли наблюдать эволюцию в реальном времени и можно ли ею управлять? Способны ли клетки из организма пережить человека и оказаться бессмертными? Есть ли у твердых веществ способность течь, как вода? Где зарыты научные «клады»? Какой эксперимент будет длиться 500 лет, до 2514 года? Мы собрали самые впечатляющие долгосрочные исследования ученых.
32 года эволюции кишечной палочки
В Мичиганском университете более 30 лет ученые наблюдают за эволюцией. Профессор микробной экологии Ричард Ленски в реальном времени отслеживает жизнь 12 популяций кишечных палочек Escherichia coli (E. coli), происходящих от одного штамма. Опыт стартовал в феврале 1988 года: ученые поместили образцы в искусственную среду, где единственным источником пищи была глюкоза. Кроме того, в растворе присутствовал цитрат, но E. coli поначалу им не питались.
За 30 лет сменилось более 68 000 поколений палочек, бактерии во всех популяциях стали крупнее и научились эффективнее усваивать питательные вещества, в том числе цитрат. Мутации, позволившие E. coli адаптироваться к среде обитания, во всех популяциях были разные, но происходили в одних и тех же генах — каждое бактериальное сообщество старалось найти свой путь в эволюции. Ленски надеется, что эксперимент будет продолжаться и наглядно ответит на фундаментальный вопрос: насколько воспроизводима эволюция?
60 лет опытам по приручению лисиц
Еще один опыт по эволюции в действии проводят новосибирские ученые в Институте цитологии и генетики. Объектом исследования стали лисицы: первых животных завезли в 1959–1960 годах. В основу опытов легла гипотеза, что звери превращались в домашних, поскольку наши предки отбирали более ручных особей, менее агрессивных и пугливых по отношению к человеку. Этот эксперимент стартовал на планете еще 15 000 лет назад.
Сибирские ученые последовали примеру древних людей: они стали отбирать животных, более лояльных к людям. Их положительные качества усиливались путем скрещивания с более домашними особями. Потребовалось более десяти поколений и не менее десяти лет, чтобы дикая лисица приобрела характеристики, свойственные собакам. Теперь прирученные лисы, словно домашние псы, машут хвостами и подпрыгивают при виде хозяина, демонстрируя радость, желание поиграть или получить ласку. Они совершенно неагрессивны и тянутся к человеку — правда, дома могут подрать занавески и книги, так как очень любопытны. Самое интересное, что одомашнивание повлияло не только на характер, но и на внешний вид животных. У них появились белые пятна — «носочки», «шапочки», грудки, которые есть у собак, кошек, овец. Причина появления этих пятен до сих пор остается загадкой для ученых.
«Этот эксперимент поможет нам ответить на вопрос: а была ли эволюция вообще? Если да, то один вид может превращаться в другой, порождать другие виды», — говорят селекционеры. С 2011 года домашние лисицы, выведенные в новосибирском институте, стали продаваться в частные руки. Некоторые уже живут в Америке, Германии и Голландии. На зооферме института приручают также норок: по поведению они становятся похожи на кошек.
68 лет бессмертным клеткам
В 1951 году из опухоли афроамериканки Генриетты Лакс, страдавшей от рака шейки матки, были получены особо живучие клетки — их назвали HeLa по первым буквам имени и фамилии пациентки. Как показало лабораторное исследование, они размножаются вдвое быстрее клеток из нормальных тканей и при этом у них нет предела для деления, а значит, они могут жить и расти вечно. За уникальные свойства ученые назвали их бессмертными.
Начальник лаборатории Джордж Гай, который получил их на анализ, провел первые эксперименты с HeLa, разослав их в посылках своим коллегам в другие страны. Они оказались невероятно жизнеспособными, поэтому ученые продолжили опыты с делением клеток и линия HeLa живет до сих пор, представляя собой первую в мире стабильную и бессмертную клеточную линию, имитирующую сущность человеческого организма. За почти 70 лет существования эти клетки становились объектами самых разнообразных опытов и экспериментов: на них тестировались лекарства и вакцины, проводились исследования рака, СПИДа, воздействия радиации и токсичных веществ. С их помощью тестируется чувствительность человека к косметике, химикатам, клею. Наконец, они первыми полетели в космос и на лунную орбиту.
Возможно, феноменальная живучесть HeLa связана с аномальным кариотипом: у них 49–78 хромосом, в то время как человеческие клетки содержат 46 хромосом. HeLa были с самого начала заражены вирусом папилломы, который привел к онкологическому заболеванию и смерти женщины. В те годы у пациентов не спрашивали согласия на взятие биоматериала, так что Генриетта Лакс так и не узнала, что ее клетки стали сенсацией для науки.
89 лет опыту с каплями битума
Старейший лабораторный опыт, который даже попал в Книгу рекордов Гиннесса, проходит в Квислендском университете в Австралии. Он начался в 1927 году, когда профессор физики Томас Парнелл решил продемонстрировать студентам необычные свойства твердого смолоподобного битума и доказать, что он может течь. Ученый налил нагретый образец смолы в запечатанную воронку и оставил его остывать на три года. В 1930 году он распечатал горлышко воронки и начался эксперимент, который продолжается и по сей день.
Первая капля упала спустя восемь лет. За прошедшие почти 90 лет упало девять капель: последняя в апреле 2014 года. С установкой в комнате кондиционера в 1988 году процесс стал происходить медленнее: если раньше до падения новой капли проходило около восьми лет, то теперь ее приходится ждать 12–13 лет из-за более прохладного воздуха. Самое интересное — то, что никто не мог увидеть момент падения капли, этому мешали различные обстоятельства. Например, в 2000 году чудо должно была заснять веб-камера, но именно в это время в университете отключили свет — всего на 20 минут. Как раз в этот промежуток и упала восьмая капля. Девятая же упала не совсем сама: ответственный за эксперимент Эндрю Уайт хотел произвести замену мензурки, заполненной битумом, до того, как туда упадет очередная капля, но его действия спровоцировали падение девятой капли и она прилипла к остальным. На трансляцию опыта подписаны 35 тысяч человек из 160 стран. Считается, что количества битума, положенного в воронку Парнеллом, хватит еще на столетие.
И все же отделение капли битума удалось заснять на видео: в июле 2013 года в аналогичном опыте, который проходит в Тринити-колледже Дублина с 1944 года. С помощью этих экспериментов ученые подсчитали, что вязкость смолы примерно в 2 млн раз больше вязкости меда и в 100 млрд раз больше вязкости воды. Тем не менее это жидкость.
119 лет тушенке
119 лет назад нечаянно стартовал эксперимент по длительному хранению продуктов в условиях вечной мерзлоты. В 1900 году исследователь северных земель России Эдуард Толль приказал во время полярной экспедиции, снаряженной Российской академией наук, зарыть на полуострове Таймыр продуктовую заначку. Вскоре путешественник трагически погиб, а его «клад» был найден в 1973 году членами научно-исследовательской экспедиции Минпищепрома СССР и «Комсомольской правды». В числе обнаруженного был ящик с 48 банками мясо-растительных консервов, по 6 кг сухарей и овсянки, около 2 кг сахара, шоколад и чай. Часть продуктов была доставлена для исследования, и ученые с удивлением отметили, что они остались пригодными в пищу. Тогда было решено продолжить эксперимент. С тех пор специалисты по длительному хранению продуктов регулярно изымают часть «клада» на Таймыре и закладывают новые образцы. Проект ведут сразу 12 научно-исследовательских институтов России, на Таймыре побывали уже пять научных экспедиций, часть оставшихся банок «клада» Толля будет вынута и продегустирована в 2025 году, а окончательно эксперимент завершится в 2050 году. Один из экземпляров — консервы «Щи с мясом и кашею», произведенные в Санкт-Петербурге в 1900 году, — до сих пор хранится в Институте проблем хранения и, по заверениям ученых, съедобен.
140 лет зарытым семенам
Самый длинный в мире эксперимент по прорастанию семян проводится в Мичиганском университете. Начало ему положил профессор ботаники Уильям Джеймс Бил в 1879 году. Ученый закопал в университетском саду 20 стеклянных бутылок с семенами 20 различных видов растений, смешанных с песком. В основном это были сорняки: пастушья сумка, подорожник, клевер, мальва и др. Каждая бутылка содержала 50 семян и была закопана горлышком вниз, чтобы исключить попадание воды. Бил составил карту расположения зарытого материала и предписание для коллег: каждые пять лет выкапывать одну из бутылок и проверять семена на всхожесть. До 1915 года ученый лично занимался своим опытом, затем его продолжили ученики.
В 1920 году ботаники решили выкапывать бутылку раз в десятилетие, а с 1980-го — раз в 20 лет, чтобы максимально продлить опыт. В 1980-м году жизнеспособность доказали три вида семян из бутылки, а в 2000 году взошли семена одного лишь растения: сорняка Verbascum blattaria, известного как коровяк тараканий. Кураторов проекта это не удивило: именно это растение единственное прорастало во всех испытаниях. Следующая бутылка Уильяма Джеймса Била будет выкопана в 2020 году. По итогам эксперимента ботаники наконец выяснят, как долго семена сорняка могут оставаться жизнеспособными. Ответ интересен всем, кто занят в сельском хозяйстве.
Эксперимент на 500 лет
Группа микробиологов из Великобритании, Германии и США проводит эксперимент, рассчитанный на 500 лет. Его цель — выяснить, сколько могут прожить микробы в полной изоляции, без влаги и воздуха. Для этого еще в 2014 году ученые поместили высушенные споры сенной палочки Bacillus subtilis и бактерии Chroococcidiopsis в 800 герметичных колб и оставили их до 2514 года в Эдинбургском университете. Некоторые из сосудов подвергаются воздействию низких температур, радиации, сухому и влажному нагреву — для изучения того, как высушенные споры реагируют на суровые условия окружающей среды. Каждые два года ученые вскрывают несколько сосудов, но спустя четверть века периодичность вскрытия резко уменьшится: далее содержимое колбочек будут проверять раз в 25 лет. Последнее вскрытие в конце прошлого года показало, что жизнеспособность спор осталась прежней.
Каждая коробка с флаконами содержит инструкции в письменном и электронном виде. Раз в 25 лет ученые должны будут копировать инструкции современными методами, чтобы обеспечить их сохранность. С помощью этих данных ученые надеются выяснить, как на Земле зарождалась жизнь 3,5 млрд лет назад, а также определить вероятность ее существования на других планетах. (Фото: Möller and C. S. Cockell.)
