Jeden z najstarszych eksperymentów naukowych na świecie wynurza się z ziemi.
Co 20 lat, pod osłoną ciemności, naukowcy wykopują nasiona, które 142 lata temu zostały ukryte pod kampusem uniwersyteckim.
_________________________________________________
Wpis jest tłumaczeniem artykułu "One of the World’s Oldest Science Experiments Comes Up From the Dirt" / Cara Giaimo / 21-04-2021 / https://www.nytimes.com/2021/04/21/science/beal-seeds-experiment.html
_________________________________________________
W czwartek rano, kilka godzin przed wschodem słońca, Marjorie Weber dotarła na miejsce spotkania na kampusie Uniwersytetu Stanowego Michigan. Trzech innych naukowców zajmujących się roślinami z tej uczelni już tam było, czekając w prószącym śniegu. Kiedy stali i dmuchali sobie w ręce, piąty członek ich ekipy, Frank Telewski, "wyłonił się z ciemności z łopatą przewieszoną przez ramię" - powiedziała dr Weber.
Kiedy wszyscy inni tłoczyli się wokół, dr Telewski, lider grupy, wyciągnął kopię mapy, narysowanej jak plan architektoniczny. Miała ona zaprowadzić ich do botanicznej wersji zakopanego skarbu: butelki wypełnionej piaskiem i garścią naprawdę starych nasion.
Dr Weber i jej koledzy są ostatnimi opiekunami eksperymentu Beala dotyczącego żywotności nasion: wielowiekowej próby ustalenia, jak długo nasiona mogą leżeć uśpione w glebie, nie tracąc zdolności do kiełkowania. Co 20 lat opiekunowie eksperymentu zakradają się pod osłoną nocy w sekretne miejsce, wykopują butelkę, rozrzucają jej nasiona na tacy ze sterylną glebą i sprawdzają, które z nich wyrosną.
Jest to jeden z najdłużej trwających eksperymentów na świecie - trwa już 142 lata. Botanicy z East Lansing mają nadzieję, że będzie trwał co najmniej przez kolejne 80.
To, co na początku było prostą próbą zmierzenia trwałości nasion, z biegiem lat przerodziło się w coraz ciekawszy eksperyment. Wraz z postępem technologicznym i wzrostem wiedzy, strażnicy mogą zrobić coś więcej niż tylko liczyć udane kiełki w każdej butelce. Mogą zajrzeć do wnętrza nasion, by sprawdzić, jak działają, zacząć ustalać, co decyduje o ich długowieczności, a nawet, w niektórych przypadkach, sprawić, że gatunki, które wydawały się skończone, wykiełkują ponownie. Wnioski z ich pracy mogą pomóc we wszystkim - od odbudowy zniszczonych ekosystemów po długoterminowe przechowywanie nasion roślin uprawnych.
Ale najpierw musieli znaleźć miejsce, w którym mogliby kopać.
W butelce, której szukał zespół, znajduje się ponad tysiąc nasion: po 50 z 21 różnych gatunków, od gorczycy czarnej przez koniczynę białą po szarłat czerwony.
W 1879 roku William James Beal, botanik z Michigan State, napełnił 20 takich butelek i zakopał je w rzędzie gdzieś na terenie kampusu. Wykombinował, że on - a później jego następcy - będą mogli wykopywać jedną z nich co pięć lat i sadzić w niej zakonserwowane nasiona.
Kiedy nasiona są rozsiewane przez swoich rodziców, nie zawsze rosną od razu. Pod każdym skrawkiem ziemi znajduje się konstelacja śpiących nasion, które "czekają na swój czas", powiedział dr Weber. Często leżą one w uśpieniu - przez sezon, kilka lat lub nawet dłużej - dopóki nie otrzymają odpowiedniego zestawu wskazówek, które pozwolą im wykiełkować.
Ta rezerwa roślin jest znana jako bank nasion. Odtwarzając go eksperymentalnie, dr Beal miał nadzieję lepiej zrozumieć, jak długo rośliny mogą przetrwać w glebie i co pobudza je do wzrostu. Prawdopodobnie chciał w ten sposób pomóc miejscowym rolnikom - sfrustrowanym niekończącym się pieleniem i zastanawiającym się, jak długo potrwa "zanim będą mogli mieć nadzieję na zmniejszenie się banku nasion, a ich nakład pracy spadnie" - powiedział dr Telewski.
Przez kilka pierwszych rund eksperymentu, wiele gatunków kwitło, a nasiona rosły łatwo po 10, 15 lub 20 latach. W miarę upływu kolejnych dekad większość z nich odpadała jeden po drugim. Pozostał tylko jeden niezawodny kiełkownik: Verbascum blattaria, zioło o rozłożystych liściach i żółtych kwiatach. Prawie połowa nasion Verbascum z butelki z 2000 roku zakwitła, mimo że od ponad wieku znajdowały się w stazie pod ziemią.
Dziś rolnicy nie potrzebują takiej pomocy w walce z chwastami, jaka skłoniła Beala do zakopania butelek. Ale naukowcy zajmujący się roślinami zainteresowali się kwestią tego, które nasiona są trwałe i w jaki sposób, z innych powodów.
Glebowe banki nasion leżące u podstaw różnych siedlisk są "wielką niewiadomą" w ekologii odtworzeniowej, ponieważ eksperci próbują promować rodzime gatunki, jednocześnie zwalczając te inwazyjne, powiedział Lars Brudvig, adiunkt w Michigan State i inny członek zespołu eksperymentującego z nasionami Beala. W niektórych przypadkach, nasiona zagrożonych lub dawno zaginionych roślin mogą nawet ukrywać się w glebie.
Inni badacze pracujący nad kwestiami długowieczności i kiełkowania mogą zachowywać nasiona w kontrolowanych warunkach klimatycznych lub badać bardzo stare nasiona, które przypadkiem znajdą. Jednak eksperyment dr Beala jest najdłużej trwającym eksperymentem z nasionami, w którym połączono warunki naturalne z dokładnie zarejestrowanymi danymi, powiedziała Carol Baskin, profesor nauk o roślinach i glebie na Uniwersytecie Kentucky, która wykorzystała wyniki eksperymentu w swojej pracy.
"Myślę, że profesor Beal ma tu najlepszy eksperyment," powiedziała dr Baskin. "Szkoda, że nie zakopał więcej butelek".
Uzbrojeni w łopaty, rękawice i latarki czołowe, zespół podążał za mapą na miejsce wykopalisk. Atmosfera była "bardzo piracka" - powiedział dr Weber. Dr Telewski zabrał się do kopania czystego, prostokątnego dołka.
Ale gdy kopali coraz głębiej i szerzej, nie znaleźli żadnych butelek. "Ptaki zaczęły ćwierkać" - powiedział dr Weber, a słońce groziło, że zdmuchnie ich przykrywkę. "Morale było niskie."
Kiedy dr Beal po raz pierwszy zakopał butelki z nasionami, planował, że jedna będzie wykopywana co 5 lat, a eksperyment będzie trwał sto lat. Ale z czasem osoby odpowiedzialne za eksperyment wydłużyły okres między wykopami do 10 lat, potem do 20. Dwa z nich zostały nieco opóźnione: 1919 przesunięto na wiosnę 1920 roku - co, jak podejrzewa dr Telewski, mogło mieć związek z grypą z 1918 roku; a 2020 przesunięto na ten rok, ze względu na wyłączenia kampusu związane z Covid-19.
Aby uniknąć utraty wątku przez te dekady, na Michigan State rozwinęło się coś w rodzaju ministerstwa posiadaczy nasion, gdzie każde pokolenie botaników przekazuje pochodnię młodszym kolegom.
Dr Telewski - profesor biologii roślin na uniwersytecie i siódma osoba odpowiedzialna za eksperyment - wykopał swoją pierwszą butelkę z nasionami w 2000 roku wraz ze swoim poprzednikiem, Janem Zeevaartem, który zmarł w 2009 roku. Kilka lat temu, zastanawiając się nad własną śmiertelnością, dał kopię mapy Davidowi Lowry'emu, profesorowi nadzwyczajnemu biologii roślin, który wyraził zainteresowanie przyłączeniem się do eksperymentu.
Zaledwie kilka miesięcy później dr Telewski doznał udaru mózgu. Chociaż od tego czasu powrócił do zdrowia, "to tylko pokazało mi, jak delikatne jest przekazywanie takich rzeczy przy jednoczesnym zachowaniu ich w tajemnicy" - powiedział dr Lowry. Wkrótce potem dr Telewski zaprosił dr Webera, który jest adiunktem na uniwersytecie, oraz dr Brudviga, aby również się zaangażowali.
Z biegiem lat, czysto praktyczne decyzje dr Beala nabrały cech mistycyzmu. Dr Beal wydobywał każdą nową butelkę pod osłoną ciemności nie po to, by dramatyzować, ale po prostu po to, by chronić inne butelkowane nasiona przed światłem słonecznym, które mogłoby spowodować ich kiełkowanie przed czasem, jak powiedział dr Telewski. (Z tego samego powodu zespół używa zielonych żarówek w swoich lampach czołowych).
Papierowa mapa została narysowana po tym, jak punkty orientacyjne, które pierwotnie wskazywały położenie butelek, zostały przeniesione. A ukrywanie się jest od niedawna konieczne, ponieważ im starszy jest eksperyment, tym większe zainteresowanie wzbudza, powiedział.
Te "zamaskowane, tajne" elementy są teraz częścią uroku eksperymentu, powiedział dr Weber. Ale to koleżeństwo i pragnienie, aby zobaczyć eksperyment do końca, utrzymuje wszystko w ruchu. W noc poprzedzającą wykopaliska dr Telewski wysłał do grupy maila motywacyjnego. Zawierał on jego własną pięciowersową reimaginację utworu Simona & Garfunkela "The Sound of Silence". Przykładowy tekst: "Hello bottles my old friends / I've come to dig you up again".
Słysząc o eksperymencie, zanim przybył do Michigan State, "mogłem sobie wyobrazić druidów wychodzących w nocy i wykopujących tę rzecz" - powiedział dr Lowry. "Teraz, kiedy wiem, kto jest w to zaangażowany, to jest jak - 'Hej, to tylko Frank'".
Nieco po szóstej rano, gdy światło dzienne zaczęło się zbliżać, dr Lowry zdał sobie sprawę, że źle odczytał mapę. Ponowna kalibracja sprawiła, że kopali około dwóch stóp na zachód.
Po kilku fałszywych alarmach - korzenie drzew, kamień - dr Weber, kopiąca teraz rękami, natrafiła na coś gładkiego. Powoli wyciągnęła butelkę z ziemi, podczas gdy jej koledzy wiwatowali. "Czułam się jakbym urodziła dziecko, albo znalazła naprawdę ważny skarb" - powiedziała. "Było ogromne poczucie ulgi".
W tym roku, po raz pierwszy, wykopane nasiona nie trafiły prosto do komory wzrostu. Zamiast tego, inny członek zespołu, Margaret Fleming, badaczka podoktorska, przeniosła je do zimnego pomieszczenia, gdzie usunęła niektóre nasiona Setaria glauca - gatunku prosa, który nie wykiełkował w eksperymencie od 1914 roku - do analizy genetycznej.
Zasadzenie nasion to jak zadanie im pytania "tak" lub "nie": Nasiono albo kiełkuje, albo nie. Ale często nasiona, które nie rosną, nie są całkowicie martwe. Badanie jego DNA i RNA pozwala naukowcom zbadać je znacznie dokładniej - mogą dowiedzieć się, czy jego maszyneria uległa degradacji czy przetrwała, jak bardzo uszkodzony jest materiał genetyczny i jakie procesy mogą być nadal możliwe, nawet jeśli kiełkowanie nie jest możliwe, powiedział dr Fleming.
Wprowadzenie nowego pokolenia strażników jest okazją do ponownego przemyślenia możliwości eksperymentu. Kiedy zakopywano te nasiona, "nie wiedzieliśmy nawet, czym jest DNA" - powiedział dr Telewski. Teraz, po wielu pokoleniach, "możemy zająć się bardzo podstawowymi pytaniami, które pomogą nam zrozumieć, czym jest okres spoczynku i żywotność nasion".
Stawka tych pytań również się zmienia. W ostatnich dekadach wzrosła liczba projektów związanych z przechowywaniem nasion, włączając w to działania na rzecz suwerenności żywnościowej ludności tubylczej oraz skarbce nasion roślin uprawnych chroniące przed katastrofą. Lepsze zrozumienie tego, co pozwala określonym nasionom zachować funkcjonalność w stanie uśpienia, a także co powoduje ich kiełkowanie, może pomóc w tych pracach.
Po wysianiu i podlaniu reszty nasion, zespół będzie obserwował, oczekując, że 142-letnie nasiona Verbascum wypuszczą delikatne zielone pędy.
Wtedy spróbują kilku sztuczek opartych na odkryciach z dziedziny ekologii roślin. Na początek poddadzą całą glebę działaniu zimna, aby zasymulować drugą zimę - to posunięcie, które w partii z 2000 roku przyniosło jedną sadzonkę gatunku malwy, Malva pusilla.
Spróbują też czegoś nowego: wystawienia nasion na działanie dymu. Może to wywołać kiełkowanie u niektórych roślin, które są znane z tego, że rozwijają się po pożarach, takich jak Erechtites hieraciifolius, czyli chwast ognisty, który ani razu nie wykiełkował podczas eksperymentu.
Zespół z niecierpliwością czeka na wyniki testów wzrostu, które powinny pojawić się w ciągu najbliższych kilku tygodni.
Ale czekają również na "19 lat od teraz," Dr Brudvig powiedział, "kiedy będziemy szukać młodych kolegów w dziale i powiedzieć 'Psst, hej - mogę pokazać ci mapę?"
___________________
Dołącz do grupy Nauka - to społeczność dla wszystkich zainteresowanych nauką, jej zdobyczami, rozwojem, sukcesami i porażkami; dla głodnych wiedzy i sprawdzonych informacji!
https://www.hejto.pl/spolecznosc/nauka
Obserwuj też wartościowe tagi #qualitycontent #nauka oraz @arcy