Послание в пробирке. Как ученые проводят эксперименты, длящиеся дольше жизни

В 2514 году некий ученый придет в Эдинбургский университет, откроет деревянную коробку и разобьет набор стеклянных пузырьков, чтобы вырастить хранящиеся в них 500-летние высушенные бактерии. Но только при условии, что к тому времени университет, коробка, да и наука в каком-либо виде все еще будут существовать, эксперимент не подвергнется забвению, а инструкции по его проведению не претерпят изменений. Через 500 лет Чарльз Кокелл из Эдинбургского университета, придумавший многовековой опыт с соавторами из Германии и США, давно будет мертв. Он с коллегами так и не узнает ответов на вопросы о долговечности бактерий, поставленные еще в 2014-м.

Впрочем, возникли они немного раньше. Однажды Кокелл на 10 лет забыл высохшую чашку Петри с бактериями Chroococcidiopsis, а когда она попалась ему на глаза, обнаружил, что клетки все еще жизнеспособны. И это не единственный случай "оживления" микроорганизмов. Ранее ученым удавалось проделать такой трюк с бактериями из 118-летних мясных консервов, а также из янтаря и кристаллов соли, возраст которых составляет миллионы лет.

По словам одного из авторов эксперимента, микробиолога из Германского центра авиации и космонавтики Ральфа Меллера, все это указывает на то, что "жизнь на нашей планете не ограничена человеческими стандартами". Однако понимание подлинного значения этого требует работы, которая выходит далеко за рамки человеческой жизни.

Привет на 500 лет

500-летний эксперимент включает 800 простых стеклянных флаконов, в которых содержится либо Chroococcidiopsis, либо другая бактерия, Bacillus subtilis. Емкости герметично запаяны, половина из них экранирована свинцом для защиты от радиации или космических лучей, которые могут повредить ДНК. Кроме того, существует дублирующий набор флаконов, который хранится в Музее естествознания в Лондоне.

Каждые два года в течение первых 24 лет, а затем раз в четверть века на протяжении следующих 475 лет ученые должны будут вскрывать емкости и проверять высушенные бактерии на жизнеспособность и целостность ДНК.

Сама по себе процедура не сложна: открыть флаконы, добавить воду и подсчитать численность колоний, которые вырастут из регидратированных бактерий. Куда сложнее сделать так, чтобы кто-то продолжал делать это в будущем, придерживаясь намеченного графика. Для этого авторы исследования оставили USB-флешку с инструкциями. Но цифровые технологии устаревают довольно быстро, так что вдобавок к этому была оставлена и бумажная копия. "Но подумайте, что станет с бумагой за 500 лет, – говорит Меллер. – Она пожелтеет и станет ломкой. Может, нам стоит вырезать это в камне? Или на металлической пластине?". Но что, если придет кто-то, не умеющий читать, и решит взять ее в качестве блестящей реликвии, как это в свое время делали расхитители древних гробниц?

500 лет – слишком долгий срок, и, вероятно, что ни одна стратегия не будет полностью надежной. Посему исследователи просят, чтобы каждые 25 лет ученые копировали инструкции, поддерживая их лингвистическую и технологическую актуальность.

Капля за каплей

Меллер и его коллеги – одни из самых амбициозных ученых, планировавших долгосрочный эксперимент, но были и другие. В 1927 году физик Томас Парнелл налил смоляной пек в воронку и ждал, пока высоковязкое вещество медленно стекало. После смерти Парнелла эксперимент, демонстрирующий свойства данной субстанции, опекали его коллеги, прилежно фиксировавшие каждую каплю. Сегодня оборудование, оставленное Парнеллом, хранится в Квинслендском университете (на фото выше). Последняя, 9-я за все время капля, упала в апреле 2014-го. В следующий раз такое произойдет только в 2020-х.

В биологии растений также есть несколько долгосрочных исследований. В загородном поместье в Англии ученые анализируют, как различные удобрения влияют на конкретные культуры, выращиваемые на одних и тех же полях с 1843 года. В Иллинойсе агрономы проводят исследование по селекции кукурузы с 1896 года. Ботаник из Университета штата Мичиган в 1879 году закопал 20 стеклянных бутылок по 50 семян, которые нужно регулярно выкапывать и проверять на жизнеспособность. Расположение бутылок держится в секрете, чтобы предотвратить вмешательство. Последняя будет выкопана в 2020 году.

Университет штата Мичиган также проводит эксперимент с кишечной палочкой (E. coli), который может длиться веками. С февраля 1988 года лаборатория микробиолога Ричарда Ленски наблюдает, как кишечная палочка приобретает мутации и эволюционирует на протяжении поколений. На данный момент прошло уже 70 500 генераций. Поскольку E. coli размножается чрезвычайно быстро, это все равно, что наблюдать эволюцию на гиперскорости.

Изначально Ленски не задумывался о далеком будущем своего эксперимента, полагая, что он продлится несколько лет. В какой-то момент, когда он решил, что собрал все возможные данные, то решил свернуть опыт. Но всякий раз, когда он сообщал об этом намерении коллегам, они призывали Ленски не делать этого. "Это заставило меня понять, что люди ценят его за долговечность и за возможность сюрпризов", – отмечает ученый.

В 2003-м году его лаборатория сделала удивительное открытие. У кишечной палочки внезапно появилась способность питаться молекулами цитрата. Изучив предыдущие поколения, которые лаборатория замораживала и архивировала, аспирант Ленски смог восстановить серию мутаций, которые постепенно привели к этому.

Каждый день кто-то в лаборатории Ленски переносит кишечную палочку в новую колбу, используя стеклянную тару того же типа и ту же питательную среду, как и все последние 30 лет. За это время развивались не только бактерии, но и методы их исследований (теперь, например, ученые могут секвенировать весь геном кишечной палочки), и они продолжат совершенствоваться. Теперь Ленски смотрит в будущее – он уже выбрал ученого, которому завещает эксперимент, когда уйдет на пенсию.

Инвестиции в будущее

"Конечно, для продолжения подобного эксперимента, я полагаю, наука в будущем должна выглядеть примерно так же, как сегодня, в том смысле, что должны существовать университеты, профессора с лабораториями и так далее, – говорит Ленски. – Однако, если заглянуть в не столь отдаленное прошлое, ситуация обстояла несколько иначе". Всего несколько сотен лет назад деньги на научные исследования давали в основном богатые покровители, а не государственные учреждения.

Эксперимент Ленски финансируется государством, но он понимает, что этот источник может быть ненадежным, особенно если общественная поддержка науки ослабеет. В идеале ученый хотел бы создать фонд пожертвований, и даже подготовил математические расчеты: фонд в размере $2,5 млн обеспечил бы доход в размере около $100 тыс. в год, что должно покрыть расходы на материалы и зарплату технического специалиста, который будет ежедневно работать над экспериментом.

500-летний микробиологический эксперимент требует меньших затрат, поскольку для его проведения нужно привлекать исследователя раз в 25 лет. Но для этого нужно, чтобы люди помнили, стремились заниматься наукой и располагали соответствующими ресурсами.

Опыт начался в 2014-м году, до того, как некоторые мировые события заставили всех осознать, что сотрудничество между Великобританией, Германией и США, возможно, не следует воспринимать как должное. Следовательно, планирование столь долгоиграющей работы требует определенного оптимизма по поводу стабильности нашего нынешнего мира.

Однако на сей счет у Меллера есть ответ. Представьте, какие цели перед собой ставил самый первый исследователь. "Что находится за холмом? Что находится за рекой? Что находится за океаном? Наше любопытство всегда оптимистично", - говорит он. Ученый полагает, что наши устремления в неизвестность неизбежно сопряжены с оптимизмом.

По материалам The Atlantic