На века. Эксперименты длиною в сотни лет, которые все еще не закончены

МОСКВА, 3 фев — РИА Новости, Альфия Еникеева. Более полувека новосибирские генетики одомашнивают черно-бурых лисиц, австралийские физики 90 лет наблюдают за капающей смолой, а американские ботаники столетие с лишним регулярно выкапывают семена и изучают их свойства. РИА Новости разбирается, зачем ученые начинают эксперименты длиною в сотни лет и как эти исследования передаются по наследству.

Жизнестойкие бактерии

В 2514 году международная группа микробиологов приедет в Эдинбургский университет (если он все еще будет существовать), откроет герметично запечатанные деревянные коробки (если они не будут утеряны к этому моменту) и достанет оттуда парочку стеклянных ампул с бактериальными спорами внутри. Ученые попытаются вырастить из них колонии Chroococcidiopsis и Bacillus subtilis, чтобы наконец ответить на вопрос, как долго эти микроорганизмы остаются жизнеспособными в крайне неблагоприятных условиях — без влаги и воздуха.

Так будет проведен один из самых амбициозных экспериментов в истории науки, начатый весной 2014 года британскими, немецкими и американскими исследователями. Именно тогда микробиологи упаковали в специальные деревянные ящики 800 небольших стеклянных ампул с высушенными образцами бактерий. Все ампулы герметично запечатали, а часть из них дополнительно защитили от радонового излучения, которое может повредить ДНК.

Предполагается, что сосуды с микроорганизмами будут проверяться каждые два года в течение первых 24 лет эксперимента, потом раз в 25 лет. Примерно раз в четверть века будут переписывать план исследования и инструкции по его проведению, чтобы лингвистически и технически они соответствовали времени.

© Nikea Ulrich et al. Experimental studies addressing the longevity of Bacillus subtilis spores – The first data from a 500-year experiment. PLOS One, Published: December 4, 2018, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0208425

Ампулы и коробки, в которые микробиологи поместили образцы высушенных бактерий. Через пятьсот лет из них попробуют вырастить колонии микроорганизмов.

Сегодня известно, что микроорганизмы рода Chroococcidiopsis остаются жизнеспособными через десять лет после попадания в неблагоприятные условия. Есть сведения, что ученым удалось оживить бактерии, обнаруженные в янтаре и кристаллах соли возрастом в несколько миллионов лет, но у специалистов эти работы вызывают вопросы. Других экспериментально подтвержденных данных о способностях бактерий к выживанию пока нет. Через пятьсот лет — точнее уже через 495 — человечество, вероятно, их получит. Первые результаты пятивекового эксперимента были опубликованы в декабре 2018 года.

Смола время точит

В то время как в Эдинбургском университете закладывали на пятисотлетнее хранение мензурки с бактериальными спорами внутри, на другом конце Земли, в Квинслендском университете (Австралия), из воронки с разогретым 90 лет назад пеком — так называют остаток от перегонки каменноугольного, торфяного или древесного дегтя — появилась девятая капля этого вещества. Третий хранитель эксперимента, длящегося уже почти столетие, Эндрю Уайт зарегистрировал промежуточный итог, который помог уточнить вязкость пека. Она оказалась почти в 230 миллиардов раз больше, чем у воды.

© CC BY-SA 3.0 / John Mainstone, University of Queensland

Опыт с капающим пеком. Университет Квинсленда в Брисбене (Австралия)

Физик Томас Парнелл, в 1927 году поместивший эту смолу в укрепленную на штативе стеклянную воронку, хотел показать своим студентам, что некоторые вещества, кажущиеся на первый взгляд твердыми, на самом деле — жидкости очень высокой вязкости. К моменту, когда в стакан под воронкой упала первая капля (это случилось в декабре 1938-го), большинство его студентов уже окончили университет. Сам ученый успел дожить только до второй капли. Она появилась в 1947-м, год спустя Парнелл умер.

К настоящему моменту в стакане под воронкой уже девять капель. На формирование каждой из них в среднем ушло около десяти лет. Появления следующей ожидают к концу 2020-х годов. Ее падение можно будет увидеть в режиме реального времени через интернет. Для этого над воронкой закрепили веб-камеру.

Считается, что количества пека, заложенного в воронку Парнеллом, хватит еще на столетие.

Семена правды

Самым длительным на сегодняшний день считается эксперимент по определению лежкости семян. Он продолжается без перерыва уже 140 лет. Осенью 1879 года профессор ботаники Мичиганского университета Уильям Джеймс Бил отобрал семена 21 вида растений — главным образом сорняков — пастушьей сумки, подорожника, мальвы, клевера. Ученый сформировал из них 20 наборов, смешал с влажным песком и положил полученную смесь в обыкновенные полулитровые бутылки. После чего закопал емкости в университетском ботаническом саду вверх дном, чтобы в них не попала вода.

Бил хотел экспериментально установить, как долго семена растений могут сохраняться в почве, не прорастая. Для этого каждые пять лет он выкапывал по одной бутылке, высаживал извлеченные оттуда семена в лоток со стерильной почвенной смесью и регистрировал, какие из них взошли. До 1915 года ученый сам проделывал все манипуляции с образцами, затем эксперимент продолжили его ученики.

С 1920 года бутылки стали выкапывать раз в десятилетие, с 1980-го — раз в двадцать лет. Последнюю, пятнадцатую, бутылку извлекли из земли в 2000-м. Тогда из 21 вида растений всходы дали семена только двух — коровяка и мальвы круглолистной.

В земле университетского ботанического сада осталось пять бутылок. Следующую откопают весной 2020 года. Окончание эксперимента запланировано на 2100-й.

Эволюция в реальном времени

В Мичиганском университете в настоящее время идет и другой длительный эксперимент — группа ученых, возглавляемая биологом Ричардом Ленски, в реальном времени наблюдает за эволюцией кишечной палочки Escherichia coli (E. coli). Цель исследования — понять, какова повторяемость эволюционных изменений для различных популяций, существующих в одинаковой среде, и измерить скорость этих изменений.

Эксперимент начался в феврале 1988 года, когда ученые создали 12 популяций одного штамма кишечной палочки и поместили их в искусственную среду, где единственным источником пищи была глюкоза. Кроме того, в растворе присутствовал цитрат, но E. coli не могли им питаться.

© Фото : Brian Baer and Neerja Hajela

Двенадцать популяций бактерии E. coli, за эволюцией которых ученые наблюдают в реальном времени.

За тридцать лет (сменилось более 68 тысяч поколений кишечной палочки) бактерии во всех популяциях укрупнились 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.

Лисицы вместо собак

Уже почти 60 лет российские ученые из Новосибирского института цитологии и генетики СО РАН проводят масштабный эксперимент по приручению черно-бурых лисиц. Первоначально генетики планировали сделать животных менее пугливыми и более "домашними" существами, которых можно было бы выращивать на фермах. Для этого советские селекционеры отбирали самых дружелюбных зверей из стаи и позволяли им размножаться, а остальных пускали на производство меховых изделий.

© Фото : Дарья Шепелева, ИЦиГ СО РАН

Домашняя лисица в Институте цитологии и генетики СО РАН в Новосибирске

Через несколько поколений чернобурки действительно перестали бояться людей и начали привязываться к ним, однако подобное одомашнивание неожиданным образом поменяло не только их поведение, но и облик. Лисы стали похожими на собак — у них обвисли уши, появились светлые пятна на шкуре, а хвост начал закручиваться крючком. Это сделало их бесполезными для производителей меховых изделий и крайне интересными для эволюционистов и нейрофизиологов.

Одомашненные лисицы уже позволили ученым обнаружить гены, ответственные за потерю страха к человеку и появление "собачьего" поведения. В частности, изменения в характере чернобурок были связаны с мутациями в гене SorCS1, отвечающем за способность нейронов образовывать новые связи. По мнению исследователей, проводящих эксперимент, одомашнить можно практически все виды животных. В настоящее время, кроме лисиц, в институте пытаются приручить норок и крыс.