设计一项跨越几个世纪的科学实验，有哪些注意事项？
2014 年，数名微生物学家启动了一项历时长久的实验，他们希望在自己离世之后该实验仍能继续进行。如此漫长的实验在世界上还有许多例，而它们面临的最大障碍或许是未来的不确定性。
图片来源：Pixabay
来源 the Atlantic
撰文 Sarah Zhang
翻译 谷玉玺
审校 戚译引
在 2514 年，几名科学家将会来到爱丁堡大学（University of Edinburgh，假设那时它还存在），开启一只木匣（假设这个盒子还未丢失），将其中的玻璃瓶取出打碎，培养瓶中封存了 500 多年的干燥细菌。当然，以上全部的前提是这一实验还没有被人忘却，实验说明没有随时间的流逝被歪曲，而科学（或是变换形式的它）依旧存在于 2514 年。
到那个时候，设计这一历时 500 年之久的实验的科学家们——德国航空航天中心（German Aerospace Center）的微生物学家拉尔夫·穆勒（Ralf Möller）和他在英国和美国的同事，都早已与世长辞。他们再也不会知道那个在 2014 年困扰他们的问题的答案——细菌的寿命能有多长。穆勒在爱丁堡大学的合作者查尔斯·科克尔（Charles Cockell）曾将一盘干燥培养皿里的拟甲色球藻（Chroococcidiopsis）遗忘在角落里约 10 年，等他想起来时居然发现这些菌体依然保有活力。同样地，科学家们曾经从 118 年前的肉罐头里成功复苏了细菌，而且颇有争议的是，有人还曾宣称从数百万年前的琥珀和盐类晶体中复活了细菌。
穆勒说，所有的这些事实都表明“这颗星球上的生命不会受限于所谓的人类标准”。要彻底弄清生命的含义需要在远超人类生命跨度的尺度上进行实验。
这一长达 500 年的实验需要 800 个保存有拟甲色球藻或枯草芽胞杆菌（Bacillus subtilis）的玻璃瓶。这些玻璃小瓶用火焰灼烧密封，半数的样品用铅封裹，以保护它们免受氡射线或是宇宙射线的影响，辐射会使 DNA 受到损伤。这套玻璃瓶的复制品作为备份保存在英国的自然历史博物馆（Natural History Museum）。科学家们将在刚开始的头 24 年中每年对这些干燥细菌的活力及 DNA 损伤情况进行检测，之后剩下 475 年中每 25 年进行一次检测。实验的首批数据已于上月发表。
掰开玻璃瓶，加入适量的水，将重新水化的细菌进行培养，对菌落进行计数，以上实验操作十分简单。实验中困难的部分，在于如何确保在将来能有人坚持按照计划执行这一操作。该团队留下了一支存有实验说明的 U 盘，但考虑到数字技术更新换代的速度，他们意识到这远远不够。于是他们也留下了一份纸质版的复印件。“但想想一张保存了 500 年的纸。”穆勒说，它会泛黄破碎成什么样。“我们该把它雕刻在石碑上么？还是应该把它刻在金属板上？”要是未来的人无法阅读其所承载的内容又该怎么办？就像曾经劫掠古墓的盗墓者们一样，他们或许会把它当做某种酷炫的文物。
封存着枯草芽孢杆菌芽孢的玻璃瓶。 图片来源：R. Möller and C. S. Cockell
看来没什么办法能确保实验在 500 年间万无一失。因此该团队要求实验者在每个 25 年的节点复制一份实验说明，以确保它能在语义和技术上紧跟时代的脚步。
穆勒和同事们是一群最有抱负的科学家，计划着超长时间的实验，当然世上还有不少和他们并肩作战的伙伴。1927 年，一名叫托马斯·帕内尔（Thomas Parnell）的物理学家将焦油沥青倒入漏斗，等待着这种粘度超高的物质缓慢滴落。当帕内尔去世的时候，已经有好几名科学家接管了沥青滴漏实验（pitch-drop experiment）的管理工作，他们都忠实地记录了沥青滴落的情况。最近一次沥青滴落发生在 2014 年 4 月，并且只要漏斗里还有沥青，那么这个实验就可以进行下去。
昆士兰大学（University of Queensland）沥青滴落实验，后面是当时的管理者约翰·麦恩斯通（John Mainstone）。照片拍摄于 1990 年，此时距离第七滴沥青落下过去了 2 年，还要再过 10 年才能等来第八滴。| 图片来源：Wiki Commons
植物学领域也有几个长期实验。自 1843 年以来，科学家们就在英国一个化肥大亨的乡间庄园研究不同肥料对相同土壤中种植的特定农作物的生长情况有何影响。在伊利诺伊州，农业学家们从 1896 年起开展了一项玉米育种实验。密歇根州立大学（Michigan State University）的一名植物学家在 1879 年埋下了 20 个装有 50 粒种子的玻璃瓶，定期挖出并检测其活力。为了防止其受到干扰，样品的埋藏地点对外保密，最后一瓶将在 2020 年被挖掘出来。
密歇根州立大学同样承担着一项持续了数个世纪的大肠杆菌实验。自 1988 年 2 月以来，微生物学家理查德·伦斯基（Richard Lenski）的实验室一直在观察大肠杆菌各代间是如何产生突变并进化的。现在大肠杆菌已经繁殖到了第 70500 代，因为它们的复制速度非常快，因此该实验就像是在加速模式下观看进化的历程。
尽管这一实验本质上牵涉到漫长的时间跨度，但伦斯基并没仔细想过遥远的未来将会怎样。他认为实验可能会进行若干年，在某一时刻，在他感觉收集到了足够多的数据时，他就要终止该实验。“但每当我告诉人们我可能会停止实验的时候，”他回忆道，“他们总会说‘不行。’这让我意识到人们对这种旷日持久的实验有着一种特殊的热情，对它所能带来的惊喜充满了希望。”2003 年，该实验收获了目前为止最令人惊喜的一大发现。大肠杆菌突然进化出摄取枸橼酸盐的能力。通过观察实验室内先前冷冻存档的数代菌株，伦斯基的研究生能够将这一看起来像是“迅速突变”的结果重建成一系列由逐步突变构成的过程。
伦斯基的实验装置，拍摄于 2008 年 6 月 25 日。图片来源：Wiki Commons
每天伦斯基的实验室都要将大肠杆菌转移到新的培养瓶中，使用和 30 年前相同类型的玻璃器皿和同样配方的培养基。和细菌一样，用来研究它们的技术也在推陈出新（比如现在科学家们可以对大肠杆菌的整个基因组进行测序），并且这些技术还会不断进步。并且伦斯基已经找到了一名这项实验的继承者，在他退休后，他将把该实验移交给这名科学家。
“当然，对于这类漫长的实验，我们的假设前提是未来的科学和现在的还有相似之处，大学还会存在，教授还会有实验室等等，”伦斯基说，“如果我们回望不久前的过去，科学可不是现在这个样子。”仅仅是在几百年前，科学研究的经费很大程度上还来自于富商们的赞助，而非政府机构的支持。
一个长达数个世纪之久的实验必然需要一个超长的经费计划予以支持，伦斯基还在为自己的实验寻找富有的赞助商。虽然他的实验享受着政府基金，但他知道这些靠不住，尤其是当公众对科学的热情减退之时。理想情况下，他希望能创建一项基金，为此他好好计算了一番：一笔 250 万美元的资金能提供每年约 10 万美元的收益，这些钱能够覆盖实验所需的材料费用，并负担起一名每天进行实验的技术人员的工资。“所以如果能以任何形式请求一大笔资助，我都十分感谢。”他在给我的电子邮件末尾写道。
相比之下，穆勒那项长达 500 年的微生物学实验开销就少得多，它只需要一名研究员每 25 年进行一次实验。但它确实需要人们去铭记，需要人们把科学当成需要一辈子奋斗的事物，需要有足够的资源投入进去维持它的运行。因为实验开始于 2014 年——在那时，某些令人感到世界格局变动的大事还未发生，英国，德国，美国之间的关系还是那么得亲密——因此我提醒穆勒，就算是计划一项 500 年之久的实验，看来也需要对我们现在世界的稳定怀有最积极的期望。
他说，试想一下，第一个出发探索的人类心情是怎样的，他会想：“下一座山的后边是什么？下一条河的彼岸是什么？下一片海的那边是什么？我们的好奇心永远是那么的积极乐观。”持续向着未知进发，就意味着选择保持乐观。
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